Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)
Übersicht WS 2011/2012
Kolloquium Automatisierungstechnik
M. Sc. Mickaël Danancher (Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisee, France) sprach über das Thema:
Sicherstellung der gesundheitsbezogenen Sicherheit von älteren Personen unter Nutzung eines Ereignis-diskreten Ansatzes im Kontext von Ambient Assisted Living
Heutzutage nimmt die Lebenserwartung in den meisten Industriestaaten zu. Ambient Assisted Living(AAL)-Technologien erlauben den älteren Menschen ein unabhängiges und selbstbestimmtes Leben in vertrauter Umgebung so lange wie möglich zu führen. In diesem Bereich haben die Mitarbeiter des Lehrstuhls für Automatisierungstechnik (AT+) vor einigen Jahren einen AAL-Ansatz entwickelt. Diese Methode hat drei verschiedene Ziele: den Komfort der Person zu verbessern, die Sicherheit zu garantieren und potenzielle Gesundheitsprobleme zu erkennen. Um das letztgenannte Ziel zu erreichen, wird die Inaktivität einer Person überwacht und eventuell Alarm ausgelöst, wenn es ein Problem gibt [Floeck und Litz, 2009].Unser gegenwärtiges Forschungsthema besteht darin, diesen Ansatz mit Hilfe Ereignis-diskreter Methoden zu verbessern. Im Bereich Ereignis-diskreter Systeme existieren schon viele Ansätzen zur Fehlerdiagnose [Danancher et al., 2011], die für industrielle Anwendungen geeignet sind. Ziel dieser Arbeit ist eine oder einige von diesen Methoden zu adaptieren, um einen neuen Ansatz zur Gesundheitsproblemerkennung zu entwickeln. Die Inaktivitätsüberwachung kann verbessert werden, wenn die genaue Lokalisierung des Einwohners in der Wohnung berücksichtigt wird. Die Lokalisierung wird mittels eines endlichen Automaten geleistet.Zuerst wurde ein Ansatz zur systematischen Erstellung dieses Automaten entwickelt und implementiert. Anschließend wurde die Lokalisierung des Einwohners mit den Inaktivitätsüberwachungsalgorithmen gekoppelt, um die lokale Inaktivität in allen Räumen zu überwachen. Dieser Ansatz wird weiterentwickelt, damit mehrere Einwohner in einer Wohnung überwacht werden können.
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Dipl.-Ing. Sebastian Trimpe (ETH-Zürich) sprach über das Thema:
Reduced Communication State Estimation for Networked Control Systems
In this talk, the problem of state estimation in a networked control system (NCS) with multiple sensor/actuator/control units (called agents) is considered. The agents are spatially distributed along one dynamic system and they can share their sensor data over a broadcast network. The objective is to maintain an estimate of the full system state on each agent while, at the same time, reducing the required exchange of sensory data over the network. Reducing the communication in such a scenario may be beneficial, since it frees up the shared resource \"communication\" for other tasks or it can reduce network-induced delays.To achieve the objective, an event-based transmission protocol is implemented on each sensor node: a measurement is sent if the other agents on the network cannot estimate this measurement well enough themselves. In order to locally estimate the other agents\' knowledge, a dedicated state estimator (called common estimator) is used. It computes an estimate of the system state based on only the sensor data that has been shared over the network. Since this data is identical on all agents (due to the broadcast network), the common estimator reflects the common knowledge in the network.Based on the common estimate, two different rules for the transmit decision on every sensor are considered: a measurement is sent (1) if the difference of the measurement itself and its prediction from the common estimator exceeds a tolerable bound, or (2) if the associated measurement prediction variance exceeds a tolerable bound. In the former case, the Kalman filter variables are random variables (they depend on the event of receiving a measurement or not), whereas in the latter case, they are deterministic and the filter evolution can be computed and analyzed offline. Both methods have been used for state feedback control on the Balancing Cube; the experimental results are presented in this talk. Some theoretical problems associated with the fundamentally different interpretations of the Kalman filter variables in method (1) and (2) are outlined as well.
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cand. ing. Irfan Altiok (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Implementierung einer Benutzeroberfläche zur Simulation von Eingangs/Ausgangs-Automaten
Im Rahmen der vorliegenden Studienarbeit ist eine Java-basierteBenutzeroberfläche mit einer Schnittstelle zu MATLAB entwickelt worden. Ziel wares darüber einen ereignisdiskreten Steuerungsentwurf mitEingangs/Ausgangs-Automaten in MATLAB durchzuführen und die erzeugtenAutomatentabellen für die Strecke und die Steuerung in einer editierbaren Zeichenfläche darzustellen.Während des Vortrags wird die Software vorgestellt und Ihre Bedienung anhand eines Beispiels demonstriert.
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B. sc. Melanie Schmidt (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Identifikation in Automaten - Definitionen und Grundlagen
Um Fehler in ereignisdiskreten Systemen zu identifizieren, können Methoden zur Zustands- und Automatenidentifikation genutzt werden. Die vorgestellten Algorithmen und Ergebnisse basieren auf dem Buch ,,Introduction to the Theory of Finite-State Machines von A. Gill. In einem ersten Vortrag werden wichtige Begriffe eingeführt, sowie die Grundlagen der Zustandsidentifikation in Eingangs/Ausgangs-Automaten (E/A-Automaten) erläutert. Wenn ein Modell der Strecke in Form eines E/A-Automaten vorliegt, können durch einen Diagnosealgorithmus Eingaben für die Strecke so erzeugt werden, dass aus den Ausgaben der Strecke ein Rückschluss auf ihren internen Zustand möglich ist. Diese Art von Experiment ist sowohl mit vorab (,,offline") generierten Eingangsfolgen als auch mit erst zur Laufzeit (,,online") erzeugten Eingangsfolgen, die dynamisch an die jeweilige Rückmeldung der Strecke angepasst werden, möglich. Der zweite Vortrag mit dem Titel ,,Identifikation in Automaten - Anwendung im Rahmen der Fehlerdiagnose" wird am 20.12.11 stattfinden."
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B. sc. Melanie Schmidt (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Identifikation in Automaten - Anwendung im Rahmen der Fehlerdiagnose
Aufbauend auf dem Vortrag ,Identifikation in Automaten - Definitionen und Grundlagen vom 29.11.11 wird die Anwendung der Automatenidentifikation auf die Identifikation von Fehlern thematisiert. Unter gewissen Annahmen ist es möglich, die interne Struktur eines unbekannten Eingangs/Ausgangs-Automaten (E/A-Automaten) mit Hilfe von Experimenten zu ermitteln. Eine Diagnoseeinheit erzeugt dazu geeignete Eingangsfolgen, die auf die Strecke angewendet werden, um aus den resultierenden Ausgaben Aussagen über die Strecke abzuleiten. Die dabei verwendeten Algorithmen lassen sich auch für die Fehleridentifikation verwenden. Sind die Modelle der fehlerfreien Strecke und der Strecke unter dem Einfluss verschiedener Fehler als E/A-Automaten gegeben, kann der auf die Strecke wirkende Fehler identifiziert werden, indem der zur Strecke gehörende Modellautomat als einer der gegebenen Automaten identifiziert wird.
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Dipl.-Ing. Jan Maschuw (RWTH Aachen) sprach über das Thema:
Reglerentwurf für verallgemeinerte Kolonnen-Probleme
Einige technische Aufgabenstellungen lassen sich als Transportprozess charakterisieren, in dem Systeme Teil eines gerichteten Flusses sind. Als regelungstechnische Aufgabe gilt es dabei die Bewegung einzelnerTeilsysteme im Transportprozess zu synchronisieren und eingebrachte Störungen zu kompensieren. Als Anwendungsbeispiel, das stellvertretend für eine Klasse von Systemen steht, wird die automatische Längsführung einer Menge von Fahrzeugen untersucht.
In dem Vortrag wird zunächst die Formulierung des Kolonnen-Problems vorgestellt und Systemeigenschaften und damit verbundene Regelaufgaben diskutiert. Neben der Untersuchung von Stabilität, Störkompensation und weiteren dynamischen Anforderungen wird der Einfluss einer sich ändernden Informationstopologie zwischen den Teilsystemen betrachtet. Es werden Ergebnisse (aus Simulationen und Experimenten) vorgestellt und schließlich offene Probleme in der Analyse diskutiert.
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B. Sc. Melanie Schmidt (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Identifikation in Automaten – Ergänzungen
Ergänzend zu den Vorträgen vom 29.11.11 und 20.12.11 werden in diesem Vortrag einige weitere Aspekte der Identifikation in Automaten vorgestellt. Insbesondere geht es darum, Bedingungen für die Beobachtbarkeit eines Automaten mittels verschiedenen Arten von Experimenten aufzustellen und zu zeigen, wie die Erfüllung dieser Bedingungen geprüft werden kann. Wenn ein Automat nicht mit Hilfe eines statischen Experiments (Eingabefolgen werden vorab generiert) beobachtbar ist, muss er auf Beobachtbarkeit mittels eines adaptiven Experiments (Eingabefolgen werden zur Laufzeit generiert) untersucht werden. Ist auch diese nicht gegeben, kann die Beobachtung nur mit Hilfe eines so genannten ,,Mehrfach-Experiments geschehen. Das bedeutet, dass mehrere identische Kopien des Automaten zur Verfügung stehen müssen, um die Aufgabe zu lösen.
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Dr.-Ing. Laurentiu Hetel (Ecole Centrale de Lille) sprach über das Thema:
Polytopic methods for LTI systems on time-varying time domains
This presentation gives an overview on the use of polytopic methodsfor the control of linear time invariant systems on time-varying timedomains. Such systems may arise from networked / embedded controlsystems, reset control systems or system with time-varying samplingintervals. Adopting a difference inclusion formalism, we investigatewhich class of Lyapunov functions is more appropriate for studying thestability of the closed-loop system. A constructive method forcomputing such functions is provided from the approximation ofquasi-quadratic Lyapunov functions. In practice, this leads tosufficient stability criteria under LMI form. Numerical issuesconcerning the use of polytopic embeddings for the LMI formulation ofthe problem are being addressed. Subsequently, the continuous-timebehavior is discussed. We provide continuous-time methods that use theadvantages of the discrete-time approach. The methods are illustratedusing numerical examples.
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Prof. Dr.-Ing. Frank Ortmeier (Universität Magdeburg) sprach über das Thema:
RIA - An approach to systematically designing reconfiguration
Static rigid systems always reach their boundaries, when their working environment changes, new tasks arise or failures occur. Users call for systems, which are self-organizing, self-configuring, self-healing, self-optimizing and so on. On answer to this questions are Organic Computing system. The idea of Organic Computing system is to build systems which autonomously (re-)organize and adapt to new situations. Such systems exhibit so called self-x properties (e.g. self-healing, self-adaptation). In this talk, we will give (one possible) answer to the question "How can an engineering SYSTEMATICALLY design a system with self-capabilities?" Our answer is a generic, application-independent approach for specifying reconfiguration behavior. The core idea is to describe all possibly allowed behavior by (logical) invariants. One "working" configuration is then simply a valuation of (controllable) variables, which fulfills this invariant. We will then show, how such specifications can be used for implementation of a reconfiguration algorithm (basically the problem can be reduced to a constraint solving problem). We will illustrate the approach on a small exemplary case study.
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cand. ing. Simon Niemann (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Analyse und Erprobung einer Methode zur verteilten ereignisbasierten Regelung mit unvollständiger Messung des Systemzustandes
Diese Arbeit untersucht ein Konzept zur verteilten ereignisbasierten Regelungphysikalisch gekoppelter Systeme, bei denen der Zustand einiger Teilsystemenicht messbar ist. Es werden zwei Berechnungsvorschriften vorgestellt, die unter Angabe der Ereignisschranken der messbaren Zustände, eine Beschränkung für die maximale Abweichung der nichtmessbaren Zustände liefern. Zusätzlichwird eine Formel bestimmt, mit deren Hilfe aus vorgegebenen Grenzen für die Abweichung der nichtmessbaren Zustände, die maximal erlaubte Abweichungder messbaren Zustände angegeben werden kann, unter der die Vorgabe eingehalten wird. Die beiden Konzepte werden in der Simulation und an einem realen Prozess erprobt.
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Prof. Dr.-Ing. Eric Rogers (University of Southampton, UK) sprach über das Thema:
Iterative Learning Control in Next Generation Healthcare
Annually 15 million people worldwide suffer a stroke and five million are left permanently disabled. Upper limb recovery following stroke is poor. Stroke is also an age-related disease, placing anincreasing burden on long-term health and related resources unless improvements are made in achievingindependence. Consequently there is a pressing need to improve the effectiveness of treatments. Enablingrehabilitation outside the hospital, supported by mobile technology may lead to reduced cost, increasedintensity of therapy, and a shift in the emphasis of responsibility for good health from health professionalsto patients. This seminar will describe the latest results from a research programme at the University Southampton on robotic assisted rehabilitation where iterative learning control, adapted from the engineering domain, is used to regulate the stimulation applied, including the results of clinical trials. Some future research ideas, including applications beyond stroke rehabilitation will also be briefly discussed.
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Dr.-Ing. Axel Schild (BASF, Mannheim) sprach über das Thema:
Lösungsansätze zur Schaltzeitoptimierung von ereignisgesteuerten
kontinuierlichen Systemen
Dieser Vortrag diskutiert das Thema der Schaltzeitoptimierung für ereignisgesteuerte kontinuierliche Systeme. Die in der Literatur vorgeschlagenen unterschiedlichen Lösungsansätze werden kurz vorgestellt und anschliessend hinsichtlich ihrer Vor- und Nachteile miteinander verglichen. Anhand eines Beispielsystems werden die Ansätze illustriert.
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Dipl.-Ing. (FH) Sven Bodenburg (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Lineare Matrixungleichungen – Einführung
In dem Gebiet der konvexen Optimierung ist die Problemstellung die Minimierung einer konvexen Funktion, abhängig von der Variablen x, dessen Definitionsbereich eine konvexe Menge beschreibt. So ist eine Aufgabenstellung die Bestimmung des Minimums unter der Nebenbedingung, dass eine Matrix, die eine affine Transformation der Variablen x darstellt, Definitheitsbedingungen genügt. Unter eben diesen Nebenbedingungen versteht man lineare Matrixungleichungen (LMI = linear matrix inequalities). Eine Vielzahl von Problemen aus der Regelungstheorie können in lineare Matrixungleichungen repräsentiert werden. Das bekannteste Beispiel hierfür ist die Lyapunov Ungleichung die aus der Stabilitätsanalyse eines autonomen LTI-Systems mittels quadratischer Lyapunovfunktion entsteht.Dieser Vortrag gibt eine allgemeine Einführung in die Thematik der linearen Matrix Ungleichungen. Es wird ein kurzer Überblick über die konvexe Optimierung gegeben um so eine Einordnung der Thematik der linearen Matrixungleichungen zu schaffen. Anschließend werden LMIs definiert und wichtige Eigenschaften ausführlich diskutiert. Abschließend endet der Vortrag mit einem Anwendungsbeispiel für die Stabilitätsanalyse autonomer LTI-Systeme.
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cand. ing. Philipp Hohoff (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Steuerungsentwurf eines virtuellen Fertigungsprozesses anhand von
Eingangs-/Ausgangs-Automaten
In diesem Vortrag wird der ereignisdiskrete Steuerungsentwurf für einen emulierten Fertigungsprozess vorgestellt. Dabei wird der zu steuernde Fertigungsprozess mit Hilfe von Eingangs/Ausgangs-Automaten dargestellt. Die Steuerung wird dabei ausgehend von einer Strecke und einer Spezifikation berechnet. Ziel ist es dabei eine Steuerung zu erhalten, die verklemmungsfrei arbeitet. Weiterhin wird die Realisierbarkeit des Steuerungsentwurfs in der Praxis untersucht, indem die Steuerung auf eine SPS vom Typ S7-300 übertragen wird. Die SPS soll folgend den virtuellen Fertigungsprozess "Aufnahme und Ablage" aus der Software ITS PLC steuern.
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