Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)
Übersicht WS 2013/2014
Kolloquium Automatisierungstechnik
Sven Hügging, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Untersuchung und Erprobung eines Ansatzes zur Rekonfiguration gekoppelter
Systeme nach Sensor- und Aktorausfällen
Fault tolerant control (FTC) has the purpose to improve the availability of technical processes. A supervision level is introduced and consists of two steps. The fault detection interface (FDI) which detects and isolates the fault and the reconfiguration. In this thesis an approach for reconfiguration after sensor or actuator failures of centralized system is extended for physically interconnected systems. First, conditions are found that allow a distributed implementation of the centralized virtual sensor or virtual actuator in the faulty subsystem. Required are the full model information and communication of the states of the different subsystems. Second, it is shown that observing respectively controlling the other subsystems via the interconnection and providing full model information makes the communication of the states irrelevant. For both methods the stability is guaranteed by the separation principle. Third, only model information of the faulty subsystem are provided, this leads to the decentralized solution of the virtual sensor or virtual actuator. The stability analysis is performed by comparison system and leads to a small gain theorem depending on the coupling strength. Splitting the decentralized system in strong and weakly coupled subsystems leads to a less conservative small gain theorem and only information of the strong coupled subsystems are needed. In simulations on a thermofluid benchmark process the validity of the stability criteria are shown. Furthermore, it is displayed that the disturbance behaviour of the overall system is improved by using distributed respectively decentralized virtual sensors or virtual actuators compared to the centralized versions.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dr.-Ing. Daniel Lehmann (STEAG Energy Services, Essen ) sprach über das Thema:
Berufsfeld Automatisierungstechnik: Tuning von Großkraftwerken
Dr.-Ing. Daniel Lehmann arbeitete nach seiner Promotion 2011 an der RUB für ein Jahr als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Royal Institute of Technology in Stockholm. Seit 2012 ist er als Projektingenieur bei der STEAG Energy Services in der Abteilung Advanced Process Control tätig. In diesem Studierenden Einblicke in Aufgabenbereiche der Regelungstechnik im Rahmen der Energiewende geben. Für die STEAG als Betreiber von Großkraftwerken geht es hierbei um leittechnische Flexibilisierungsmaßnahmen für konventionelle Kraftwerke, die aufgrund der fluktuierenden Einspeisung erneuerbarer Energien, deutlich höhere Anforderungen erfüllen müssen. In seinem Vortrag beantwortet er auch die Frage: "Besteht die regelungstechnische Praxis wirklich nur aus PI-Reglern?"
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dipl.-Ing. Frederik Deroo (TU München) sprach über das Thema:
Verteilte Methoden mit limitierter Modellinformation mit Bezug zu
verteiltem Reglerentwurf
In diesem Vortrag behandeln wir verteilte Methoden für den Entwurf von verteilten Reglern für große, vernetzte dynamische Systeme. Anstatt eines zentralen Entwurfs mit verteilter Implementierung streben wir einen verteilten Entwurf an, bei dem die Agenten nur Teile des Systems - ihre Nachbarschaft - kennen. Ein iterativer Ansatz zur Bestimmung von optimalen Reglern wird vorgestellt. Desweiteren wird eine Methode gezeigt, um den notwendigen Informationsaustausch während des Entwurfs zu reduzieren. Zusätzlich wird ein Algorithmus präsentiert, um mittels Methoden der verteilten Optimierung Stabilität eines vernetzten Systems zu bestimmen. Bei diesem werden ebenfalls nur Nachbarschaftsinformation verwendet.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Tobias Noeßelt, M.Sc. (TU Braunschweig) sprach über das Thema:
Untersuchung eines inversen Modells zur Stromerzeugung einer Asynchronmaschine
Im Vortrag wird eine Möglichkeit zur Steuerung der Ströme (ohne Rückkopplung) bei einem Antriebssystem bestehend aus Frequenzumrichter und Asynchronmaschine vorgestellt. Das zentrale Element der Steuerung ist ein inverses Modell der Maschine, das es ermöglicht die notwendigen Ständerspannungen zu berechnen, so dass sich die gewünschten Ströme einstellen. Das inverse Modell wird in Feldkoordinaten (d.h. orientiert an der Ausrichtung des magn. Flusses in der Maschine) aufgebaut. Zusätzlich wird die Rolle des Frequenzumrichters als Stellglied untersucht und es werden verschiedene Möglichkeiten zur Kompensation seiner Nichtlinearitäten vorgestellt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Farhad Farokhi, M.Sc. (KTH Stockholm, Schweden) sprach über das Thema:
On the value of model information in decentralized control design
Large-scale control systems are often composed of several smaller interconnected units. For these systems, it is common to employ local controllers, which observe and act locally. At the heart of common control design procedures for distributed systems lies the often implicit assumption that the designer has access to the global plant model information when designing a local controller. However, there are several reasons why such plant model information would not be globally known. One reason could be that the designer wants the parameters of each local controller to only depend on local model information, so that the controllers are not modified if the model parameters of a particular subsystem change. It might also be the case that the design of each local controller is done by individual designers with no access to the global plant model, for instance, due to the fact that the designers refuse to share their model information since they consider it private. This class of problems, which we refer to as limited model information control design, is the topic of the presentation. In this presentation, first, we investigate the achievable closed-loop performance of discrete-time linear time-invariant plants under a separable quadratic cost performance with structured static state-feedback controllers. To do so, we introduce control design strategies as mappings, which construct controllers by accessing the plant model information in a constrained way according to a given design graph. We compare control design strategies using the competitive ratio as a performance metric, that is, we compare the worst case control performance for a given design strategy normalized with the optimal control performance based on full model information. We study the trade-off between the amount of model information exploited by a control design strategy and the best possible closed-loop performance. We generalize this setup to structured dynamic state-feedback controllers for H_2 performance. Later, we discuss recent extensions of these results to design adaptive control laws. Finally, we briefly study a case in which we can use statistical data available for the design procedure (when considering systems with stochastically-varying parameters).
Kolloquium Automatisierungstechnik
Fabian Just, M.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Minimierung der Einwirkungen des Parkinson Zitterns auf einen Joystick
gesteuerten elektrischen Rollstuhl
Diese Arbeit untersucht die Bewegungen eines elektrischen Rollstuhls als ein bereifter mobiler Roboter mit einer aufladbaren Batterie durch regeneratives Bremsen. Der Rollstuhl hat zwei Räder, von denen jedes entweder rollen oder bremsen kann. Dadurch entstehen vier Operationsmodi. Der Rollstuhl soll einer bekannten Trajektorie im Raum folgen. Die Trajektorienplanung in allen Szenarien geschieht durch MPC. Ein entwickeltes Kerbfilter soll parkinsonähnlichen Störungen herausfiltern und damit eine bessere Güte in Trajektorienverfolgung und Geschwindigkeitsprofil erreichen. Das zentrale Resultat dieser Arbeit ist die Minimierung der parkinsonähnlichen Störeinflüsse für einen Joystick eines elektrischen Rollstuhls, um die Lebensqualität der an Parkinson erkrankten Menschen zu verbessern.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand.ing. Felix Schuppert (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Erstellung einer Simulationsumgebung in MATLAB/ Simulink und Entwurf
einer Lagerregelung für einen Quadrocopter
Quadrocopter sind unbemannte Kleinstfluggeräte mit vier symmetrisch angeordneten Rotoren. Die Auslegung geeigneter Positions- und Lageregler erfolgt für gewöhnlich anhand eines entsprechenden mathematischen Modells der Fluggeräte. In diesem Vortrag wird das nichtlineare mathematische Modell eines Quadrocopters präsentiert. Basierend auf einem linearisierten Modell werden zwei alternative Lageregler vorgestellt: Ein PD-Regler und eine beobachterbasierte Zustandsrückführung. In Simulationen am linearisierten und nichtlinearen Modell des Quadrocopters wird das dynamische Systemverhalten, sowie die Güte der Lageregler analysiert. Die Simulationen werden durch eine grafische Simulationsumgebung in MATLAB/Simulink unterstützt, die kurz erläutert wird.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand.ing. Dominik Schwolgin (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Entwurf einer vernetzenden Regelung Multiagentensysteme an der verfahrenstechnischen Anlage VERA
In diesem Vortrag wird das Führungsverhalten autonomer Agenten, die unter Verwendung vernetzter Teilregler auf eine Referenztrajektorie synchronisiert werden sollen, vorgestellt. Es wird ein abstraktes Modell eingeführt, dass die Kopplungsstruktur der Agenten zusammen mit einem qualitativem Maß einer definierten Verzögerung präsentiert. Die Verzögerung beschreibt die Abweichung des jeweiligen Agenten zur Referenztrajektorie. Es wird gezeigt, wie sich die Verzögerung der einzelnen Agenten für verschiedene Kommunikationsstrukturen verhält. Dazu werden die experimentell ermittelten Ergebnisse einer implementierten Füllstandsregelung an der verfahrenstechnischen Anlage VERA, vorgestellt. Fünf Behälter der verfahrenstechnischen Anlage repräsentieren, zusammen mit deren Füllstandsreglern, die geregelten Agenten, wobei die Regler vorgegebene Güteforderungen erfüllen.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Ahmet Yanak, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Implementierung einer Methode zur automatisierten Online-Reglerrekonfiguration
nach Sensor- und Aktorausfällen eines verfahrenstechnischen Prozesses
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dipl.-Ing. Peter Philipp (TU München) sprach über das Thema:
Zentrale und verteilte Zustandsschätzung für digital vernetzte dynamische Systeme
Die Regelung von dynamischen Systemen erfordert die Übertragung von Daten zwischen den einzelnen Elementen des Regelkreises. Fortschritte in der Kommunikationstechnik eröffnen in jüngster die Zeit die Möglichkeit, Informationen digital in Form von Paketen über Kommunikationsnetzwerke zu übertragen. Dadurch können neue flexible Strukturen realisiert werden, die einerseits die Installations- und Wartungskosten durch den Wegfall überflüssiger Kommunikationsleitungen senken und andererseits neue regelungstechnische Konzepte ermöglichen. Die Herausforderung aus regelungstechnischer Sicht besteht nicht nur darin, diese neuen Möglichkeiten zu nutzen, sondern auch Methoden zu entwickeln, die die spezifischen Eigenschaften der Kommunikationsnetzwerke explizit im Entwurf berücksichtigen. Unter diesem Hintergrund werden im Vortrag neue Methoden für die zentrale und verteilte Zustandsschätzung von linearen und nichtlinearen vernetzten Systemen vorgestellt. Dabei werden die durch die paketgebundene Datenübertragung zwischen den einzelnen Elementen des Regelkreises verursachten Effekte explizit berücksichtigt. Dies beinhaltet Paketverzögerungen, Paketüberholvorgänge, Paketausfälle sowie unsynchronisierte Uhren der ereignisbasiert arbeitenden Sensoren.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dr.-Ing. Efrain Alcorta Garcia (Universidad Autónoma de Nuevo León, Mexico) sprach über das Thema:
Cascada-Like approach to active fault tolerant control
Fault tolerant control (FTC) seeks to avoid unexpected stops of a industrial process due to faults, i.e. change of one or more parameters outside the limits of tolerance. There is in the literature a set of fault tolerante control approaches around the idea of tracking the nominal output trajectory, which have been proved to be effective. However, some of them do not maintain the nominal controller or others if they keep required to meet very demanding conditions of existence. This paper proposes a fault recovery using a cascade control structure. The proposed solution is build around the idea of nominal output trajectory tracking as well, but keeps intact the original control loop while the conditions of existence are not very demanding. The controller can be changed according to the performance needs of the system's response to faults. The controller could be defined by using stability regions and LMI tools. A numerical example is also used to show the approach.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand.ing. Marcel Quast (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Komponentenorientierte Modellbildung eines virtuellen Pick&Place Systems
Im Vortrag wird ein Modell einer virtuellen technischen Anlage vorgestellt. Es handelt sich um ein realitätsgetreues Pick&Place System, das nicht von einer echten Anlage unterschieden werden kann. Das System wird in Komponenten zerlegt, die einzeln durch deterministische E/A-Automaten beschrieben und anschließend zu einem asynchronen Automatennetz zusammengeschaltet werden. Es sollen verschiedene Szenarien unterschiedlicher Komplexität simuliert werden können, sodass mehrere Modelle erstellt werden. Mithilfe einer grafischen Benutzeroberfläche kann ein bestimmtes Szenario ausgewählt werden. Die virtuelle Anlage kann mit einem Simulink-Modell gesteuert werden, welches die Kommunikation mit der Anlage über eine SPS realisiert. Dieses Modell musste einigen getroffenen Annahmen entsprechend verändert werden, sodass die Anlage mit der zusätzlichen Beschaltung dem aufgestellten Automaten-Modell gerecht wird. Anhand spezifischer Beispiele wird dieses Modell validiert, indem auf das Modell und die Anlage die gleiche Eingabefolge gegeben wird, woraufhin die erzeugten Ausgabefolgen verglichen werden.
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