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Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)


Übersicht SS 2017




Kolloquium Automatisierungstechnik

Sven Kockmann, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Identifikation eines Plasmaniederdruckreaktors mittels künstlicher neuronaler Netze

Durch plasmabasierte Zerstäubungsprozesse ist es möglich Objekte mit extrem dünnen Schichten zu veredeln. Beispiele für diese Schichten sind korrosionsresistente Schichten, supraleitende Schichten, Hartstoffschichten, magnetische Lacke, integrierte Schaltungen und Schichten für dekorative Zwecke. Zerstäubungsprozesse werden in der Industrie häufig ungeregelt betrieben, wodurch nur eine begrenzte Schichtqualität erreicht werden kann. Ein Grund für den Betrieb in der offenen Kette stellt die Modellierung des nichtlinearen Prozesses dar. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Modellierung und Regelung des Zerstäubungsprozesses basierend auf Künstlichen Neuronalen Netzen vorgestellt, welche an einer realen Anlage implementiert und erfolgreich erprobt worden ist.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 04. April 2017, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Engin Polat, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Erprobung eines Ansatzes zur linearen Regelung von reaktiven Zerstäubungsprozessen

Reaktive Sputterprozesse sind plasmabasierte Niederdruckprozesse, um Dünnfilmschichten auf Substraten abzuscheiden. Bei einem Druck im Bereich von einem Pascal können Dünnfilmschichten auf organischen und anorganischen Materialien abgeschieden werden. Die Wechselwirkung zwischen Plasma und Festkörperoberflächen kann instabile Betriebspunkte verursachen. Für die Stabilisierung solcher Arbeitspunkte ist eine Regelung notwendig, die bisher nur für den kontinuierlichen Fall betrachtet wurde. Aus diesem Grund soll eine zeitdiskrete Regelung erstellt und der Einfluss der Abtastzeit bzw. Reglerparameterwahl untersucht werden. Fortführend wurde eine Erweiterung der Reglerstruktur vorgenommen, um bei höheren Abtastzeiten immer noch Sollwertfolge leisten zu können. Hierbei wurde ein phasenanhebendes Korrekturglied verwendet. Die Reglerparameter wurden zunächst analytisch bestimmt und experimentell angepasst.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 09. Mai 2017, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Erdem Polat, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Erprobung einer Methode zur Synchronisation von Multiagentensystemen in zufälligen Kommunikationsnetzen

In den letzten Jahren wurden große Fortschritte in digitalen Kommunikationsnetzwerken erzielt. Diese Erfolge haben dazu beigetragen, dass sich das Spektrum der Regelung erweitern konnte. Grund hierfür ist, dass nicht physikalisch gekoppelte Teilsysteme über ein digitales Netzwerk vernetzt und dezentral geregelt werden können. Jedoch kommt es nun mal vor, dass Informationen nicht immer versendet oder empfangen werden. In den bisherigen Untersuchungen wurde von einer fest vorgegebenen Kommunikationsstruktur ausgegangen. Im Rahmen dieser Masterarbeit wird das Verhalten von Multiagentensystemen in zufällig, schaltenden Netzwerken untersucht. Dies bedeutet, dass der Informationsaustausch zweier Teilregler zu einem gegebenen Zeitpunkt nur mit einer gegebenen Wahrscheinlichkeit möglich ist. Für die Untersuchungen ist das Konzept an einer realen Anlage mit vier Fahrzeugen, die eine gleiche Dynamik aufweisen, implementiert und erprobt worden.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 09. Mai 2017, 16:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Nurullah Kavak, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Synchronisation von vernetzten ereignisdiskreten Systemen mit vernetzten Trajektorienfolgereglern an einer virtuellen Pick-and Place Anlage

Ein vernetztes ereignisdiskretes System besteht aus geregelten Teilsystemen, die physikalisch und über ein digitales Kommunikationsnetzwerk miteinander verkoppelt sind. Die geregelten Teilsysteme weisen sowohl autonomes als auch kooperatives Verhalten auf, wobei für letzteres Informationen über das digitale Kommunikationsnetzwerk ausgetauscht werden. In dieser Arbeit geht es um die Implementierung und die Erprobung der vernetzten Trajektorienfolgeregler, die sowohl das autonome als auch das kooperative Verhalten der geregelten Teilsysteme gewährleisten.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 23. Mai 2017, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Serife Ok, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Bestimmung der Koppeleingänge in vernetzten Systemen

In vielen Anwendungen, wie zum Beispiel dem Stromnetz, wird die Regelstrecke durch einen Verbund physikalisch gekoppelter Teilsysteme beschrieben. Physikalisch gekoppelte Teilsysteme mit einem Kommunikationsnetz stellen vernetzte Systeme dar. Aufgrund der physikalischen Kopplung werden die Zustandsgrößen jedes Teilsystems von der eigenen Führungsgröße sowie von den Führungsgrößen der anderen Teilsysteme beeinflusst. Dieser Einfluss wird beschrieben durch Koppelsignale, das heißt durch Koppeleingänge und Koppelausgänge, die jedem Teilsystem unbekannt sind. Die Koppeleingänge können jedoch aus anderen Teilsystemen hergeleitet werden. Jedes Teilsystem hat einen lokalen Agenten. Diese lokalen Agenten tauschen Informationen über das Kommunikationsnetz aus.
Das Ziel dieser Arbeit ist, eine Methode zur Bestimmung der Koppeleingänge in vernetzten Systemen zu entwickeln. Die Methode wird für zyklenfreie und zyklenbehaftete Kopplungsstrukturen entwickelt. Dabei wird nur die Kommunikation unter lokalen Agenten genutzt. Methoden, wie zum Beispiel Unbekannte Eingangsschätzung, werden nicht verwendet. Die entwickelten Methoden ermöglichen, dass ein lokaler Agent eines Teilsystems den stationären Koppeleingang bestimmen kann. Die entwickelten Methoden werden erweitert, sodass der Koppeleingang für alle Zeiten nach oben abgeschätzt wird. Die Tiefe-zuerst-Suche wird als Grundlage verwendet, um alle Teilsysteme zu finden, die auf das Teilsystem koppeln, für welches der Koppeleingang bestimmt werden muss. Dafür wird die Kopplungsstruktur graphentheoretisch dargestellt.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Freitag, 02. Juni 2017, 10:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Carsten Schulte-Bossendorf, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Entwurf einer unterlagerten Steuerung für das Handling-System HANS mit Methoden der Fehlertoleranten Steuerung

Das Handling-System HANS ist eine Fertigungszelle zur Erprobung von automatisierungstechnischen Methoden. HANS besteht aus mehreren physikalisch verkoppelten Teilsystemen, die sich gegenseitig beeinflussen. Auf unterschiedliche Koppeleinwirkungen kann mit den Methoden der fehlertoleranten Steuerung reagiert werden. Eine parallel zur Steuerung des Teilsystems geschaltete Diagnoseeinheit erkennt Abweichungen vom nominellen Verhalten und gibt diese Informationen an eine Rekonfigurationseinheit weiter. Die Rekonfigurationseinheit passt die Steuerung dem veränderten Systemverhalten an.

In dieser Arbeit wird gezeigt, wie die Methode zum Steuerungsentwurf von deterministischen E/A-Automaten mit Beobachter-Zustandsrückführung und die Methoden der fehlertoleranten Steuerung zu einer fehlertoleranten unterlagerten Steuerung für das Handling-System HANS kombiniert werden. Mit Hilfe eines Koordinators kann das sehr komplexe Gesamtmodell durch Zusammenfassung der gesteuerten Teilsysteme abstrahiert werden. Der Koordinator sorgt für die Anpassung der Zielzustände der Steuerungen und die ggf. notwendige Durchführung von alternativen Steuerungsaufgaben durch andere Teilsysteme. Die Funktionsweise der implementierten unterlagerten Steuerung wird anhand einer Simulation überprüft. Deren Ergebnisse werden mit denen der experimentellen Erprobung an der Fertigungszelle verglichen.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 20. Juni 2017, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Dr.-Ing. Christian Hoffmann (Studiengangskoordinator „Robotik und Autonome Systeme“, Universität zu Lübeck) sprach über das Thema:

Lineare optimale Regelung und Schätzung mittels Message Passing auf Faktorgraphen

Faktorgraphen bilden eine Klasse probabilistischer graphischer Modelle, welche die Faktorisierung von Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen als bipartite Graphen abbilden. Mithilfe sogenannter Max-Product und Sum-Product Algorithmen werden auf diesen Graphen mittels des Versenden von Nachrichten auf den Kanten statistische Inferenzprobleme gelöst. In diesem Framework lassen sich viele Algorithmen aus sehr unterschiedlichen Forschungsfeldern wie der Statistik, der Kodierungstheorie, dem Maschinellen Lernen und der Signalverarbeitung darstellen. Eine Hauptmotivation der Forschung an Faktorgraphen stellt daher das Potenzial dar, viele vermeintlich heterogene Algorithmen in einem vereinheitlichenden graphischen Modell kombinieren zu können, um so ganzheitliche und verteilte Lösungen für komplexe Probleme zu finden. Das Kalman Filter kann mittels Faktorgraphen dargestellt und mit der Faktorgraphen-Darstellung des Expectation Maximization Algorithmus‘ kombiniert werden. Dies ergibt einen Ansatz für die Identifikation nicht-linearer Systeme in Form affin linear parameter-veränderlicher Darstellungen. Die graphische Formulierung macht dabei eine rekursive Implementierung des Algorithmus‘ offensichtlich. Als duale Formulierung können Faktorgraphen auch eine stochastische Interpretation optimaler Regelung liefern. Eine einfache Reinterpretation der Faktorgraphen-Darstellung bietet die Möglichkeit zur Implementierung iterativ lernender Regelungskonzepte. Beispielhaft werden zudem Erweiterungen auf Basis einer Faktorgraphen-Darstellung des Expectation Maximization Algorithmus‘ erläutert, die es erlauben, die Sequenz optimaler Stellgrößen zu regularisieren. Ansätze zur Berücksichtigung nichtlinearer Systemdynamiken erfolgen mit Hilfe des Ansatzes der Expectation Propagation unter Zuhilfenahme der Minimierung geeigneter Divergenzmaße zwischen Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen. Am Beispiel der LQG-Regelung mit Stellgrößenbeschränkungen ergibt die sogenannte Laplace Approximation die optimale Lösung. Der zugrundeliegende Message Passing Ansatz verspricht neben zahlreichen Optionen zur Kombination von Algorithmen vor allem die Möglichkeit, Algorithmen auf natürliche Weise in separate Recheneinheiten zu modularisieren, um so neue Ansätze für Algorithmen zur verteilten Schätzung und Regelungen zu finden.

Ort: Gebäude ID, Etage 03, Raum 401

Termin: Dienstag, 27. Juni 2017, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Markus Gebing, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Fehlertolerante Regelung von Multikoptern unter Berücksichtigung des nichtlinearen Systemverhaltens

In dieser Arbeit wird ein Ansatz präsentiert, der einen bestehenden aktiven fehlertoleranten Regelkreis dahingegend erweitert, dass das nichtlineare Verhalten des Systems bei der Rekonfiguration im Fehlerfall berücksichtigt wird. Die Methoden der fehlertoleranten Regelung werden am Beispiel von Rotorausfällen eines Hexakopters erprobt. Der Verlust eines Rotors erfordert eine Rekonfiguration des Reglers, der auf Basis des fehlerfreien Modells entworfen ist. Die Rekonfiguration des Reglers erfolgt mittels des Ansatzes der Fehlerverdeckung. Nach Eintritt des Fehlers fordert der rekonfigurierte Regler aufgrund des veränderten Systemverhaltens starke Stelleingriffe in das System. Dies hat zur Folge, dass die Stellgrößen die Beschränkungen zeitweise unterschreiten, wodurch eine vollständige Kontrollierbarkeit des Systems nicht zu jedem Zeitpunkt gegeben ist. Damit der bestehende Regelkreis vorgegebenen Solltrajektorien folgen kann, wird dieser zunächst um eine Vorsteuerung und eine Trajektorienplanung ergänzt. Der Entwurf der Vorsteuerung erfolgt durch den Nachweis der Flachheit als Eigenschaft des nichtlinearen Systems. Um eine Unterschreitung der Stellgrößenbegrenzung zu verhindern, wird die Überwachung um ein Konzept zur Rekonfiguration der Solltrajektorie erweitert. Dazu wird nach Eintritt eines Fehlers zunächst eine neue Solltrajektorie berechnet, die den Hexakopter unter Verwendung des aktuellen Zustandes zurück in den Arbeitspunkt führt. Die rekonfigurierte Solltrajektorie wird so bestimmt, dass die Transitionszeit minimal ist und die Stellgrößen bei der Ausführung innerhalb der Beschränkungen verlaufen. Zur Evalutaion wird der Ansatz in Simulationen und Experimenten erprobt.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 18. Juli 2017, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Dr.-Ing. Eckhard Grebe (Amprion GmbH) sprach über das Thema:

Aktuelle Fragen zur Systemstabilität in modernen Energienetzen

Ort: Gebäude ID, Etage 04, Raum 413

Termin: Freitag, 21. Juli 2017, 14:00 Uhr

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