Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)
Übersicht WS 2014/2015
Kolloquium Automatisierungstechnik
Silvia Soub, B.Sc. (ATP, RUB / Robert Bosch GmbH) sprach über das Thema:
Strukturelle Analyse der Diagnostizierbarkeit von Fehlern im Antriebsstrang eines hydraulischen Hybridfahrzeugs
Bei der modellbasierten Diagnose werden Systemgrößen mithilfe eines mathematischen Modells berechnet und durch den Vergleich mit gemessenen Werten Aussagen darüber getroffen, ob das Systemverhalten mit dem Modellverhalten übereinstimmt. Bevor Diagnosealgorithmen entworfen werden, wird ein System zunächst hinsichtlich der Informationsredundanz als Grundvoraussetzung der modellbasierten Diagnose strukturell analysiert. Die Struktur beschreibt qualitativ, d.h. ohne Berücksichtigung von Parameterwerten, das Vorhandensein bzw. Nichtvorhandensein von Kopplungen zwischen Variablen des Systems. Ziel dieser Arbeit ist es, zunächst die physikalische Wirkstruktur eines hydraulischen Hybridantriebs, bestehend aus Hydraulik- und Verbrennungsmotor, zu beschreiben und mithilfe der darauf basierenden strukturellen Analyse das System hinsichtlich der Erkenn- und Unterscheidbarkeit möglicher Fehler zu charakterisieren. Hierzu werden zunächst drei Betriebsmodi anhand eines vereinfachten Modells beschrieben sowie Fehler und bekannte Messgrößen definiert und in das Modell implementiert. In einem zweiten Schritt wird die Struktur mithilfe eines Diagnosetools grafisch dargestellt und das System in Bezug auf die Diagnostizierbarkeit analysiert.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Simon Röchner, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Koordination vernetzter Fahrzeuge an einem Einfädelpunkt
Die Steuerung von Fahrzeugen an Fahrbahnzusammenführungen stellt eine herausfordernde regelungstechnische Aufgabe dar. Zur Koordination der Fahrzeuge müssen Informationen über ein Kommunikationsnetzwerk ausgetauscht werden. Bei der Zusammenführung zweier Fahrzeugströme muss garantiert werden, dass die Fahrzeuge am Einfädelpunkt nicht kollidieren. Zunächst wird eine Abstandsregelung für die Fahrzeuge vorgestellt, die die Eigenschaft der Kolonnenstabilität besitzt. Anschließend werden zwei verschiedene dezentrale Einfädelalgorithmen entwickelt und analysiert. Der erste Algorithmus wird auf Basis der Abstandsregelung entworfen und ist in der Lage die Abstände der Fahrzeuge spurübergreifend zu regeln. Aufgrund eines erhöhten Informationsflusses wird ein zweiter Algorithmus präsentiert, der die Abstandsregelung mit den Vorteilen einer Steuerung mit polynomialer Trajektorienplanung kombiniert, um den Informationsfluss zu reduzieren. Beide Algorithmen werden sowohl simulativ in MATLAB als auch experimentell an der Versuchsanlage SAMS erprobt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Dipl.-Ing. (FH) Gregor Goldbach (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Entwurf eines Beobachters für die Synchronisation ähnlicher Teilsysteme
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Zerlegung der Dynamiken von ähnlichen Teilsystemen, aus denen sich ein Multiagentensystem zusammensetzt. Die Dynamik eines jeden Teilsystems wird in zwei Anteile aufgeteilt. Dabei stellt ein Anteil die Dynamik dar, die in jedem Teilsystem enthalten ist, und der zweite Anteil die individuelle Dynamik eines jeden Teilsystems. Basierend auf der Zerlegung der Dynamiken werden anschließend verschiedene Beobachteransätze entworfen, die als Aufgabe die Rekonstruktion der Zustandsdifferenzen der Teilsysteme haben. Zunächst wird ein Beobachterentwurf für ein Multiagentensystem, das aus identischen Teilsystemen besteht, entworfen. Anschließend wird dieser Entwurf auf ein Multiagentensystem mit ähnlichen Teilsystemen erweitert. Dabei werden zwei verschiedene Ansätze vorgestellt. Er erste besteht in einem Beobachterentwurf, der nur die identische Dynamik der Teilsysteme berücksichtigt. Der zweite enthält einen Beobachterentwurf, der neben der identischen auch die individuelle Teilsystemdynamik berücksichtigt.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Christopher Schlichting (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Plug-and-Play Rekonfiguration am Beispiel Multizonenofen
Im Rahmen der Bachelorarbeit wird eine Methoden der Plug-and-Play Rekonfiguration vorgestellt, welche vorhandene Problemstellungen des nicht klassischen Reglerentwurfs löst. Dafür werden Modelle und Bedingungen an die Teilsysteme eingeführt und auf einen Mehrzonenofen angewendet. Die simulative Untersuchung der Plug- and-Play Rekonfiguration für verschiedene Szenarien des Mehrzonenofens werden in der Simulationsumgebung MATLAB durchgeführt. Im Rahmen der Untersuchung werden interne Abläufe in Form von Diagrammen und Algorithmen dargelegt, welche die Anwendungsfälle verdeutlichen. Für den Reglerentwurf werden Designagenten eingeführt, welche die lokalen Systeminformationen gespeichert haben und über ein Netzwerk Kopplungensmodelle austauschen können. Die Bedingungen der Plug-and- Play Rekonfiguration werden von dem Designagenten anhand des Mehrzonenofens überprüft und die Ergebnisse graphisch dargestellt.
Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik
cand. ing. Alexander Brodovski (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:
Plug-and-Play Rekonfiguration mit vollständigen Modellinformationen
Modernste Anlagen verwenden dezentral implementierte Regler, um physikalisch gekoppelte Teilsysteme zu regeln. Dabei findet der Signalaustausch zwischen den einzelnen Systemen über das Netzwerk statt. Die Plug-and-Play-Regelung ermöglicht es nicht nur Signale auszutauschen, sondern auch den Austausch von Modellen. Diese Modellinformationen werden von stark zusammenhängenden Teilsystemen benötigt, um die Eigenschaften des Gesamtsystems zu verifizieren. Dieser Bericht zeigt eine Methode auf, die nötigen Modellinformationen zu erhalten. Außerdem wird durch diese Methode der Informationsfluss bei der Kommunikation von einzelnen Modellen anschaulich gemacht.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Blial Kilic, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Erprobung einer sich selbstorganisierenden Regelung für physikalisch gekoppelte Systeme
Die Masterarbeit behandelt die Erprobung einer sich selbstorganisierenden Regelung für physikalisch gekoppelte Systeme. Zu Beginn wird das Konzept der sich selbst organisierenden Regelung erläutert. Anschließend wird ein thermo?uider Prozess bestehend aus vier Teilsystemen vorgestellt. Die Regelung erfolgt durch den Entwurf von PI-Reglern anhand von gewählten Güteforderungen. Die selbstorganisierende Regelung wird mit permanenter und situationsabhängiger Entkopplung vorgestellt und anhand von Simulation und Experiment erprobt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Viktor Kraus, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Plug-and-Play Rekonfiguration an einem thermofluiden Prozess
In dieser Arbeit wird Plug-and-Play Rekonfiguration an einem thermofluiden Prozess erprobt. Plug-and-Play Rekonfiguration beschreibt die Anpassung von Teilreglern bei Eintritt von Fehlern mit beschränkten Modellinformationen in einer verteilten Informationsstruktur zur Sicherstellung einer garantierten Regelgüte. Es wird ein Rekonfigurationsalgorithmus mit Hilfe des Bounded Real Lemmas hergeleitet der die lokalen Regelungsziele aus Plug-and-Play Rekonfiguration erfüllt. Dazu wird ein numerisches Lösungsverfahren anhand von linearen Matrix Ungleichungen vorgestellt. Anschließend wird die Kommunikation zwischen den Entwurfsagenten eines verteilten Systems anaylisiert und die Einhaltung der lokalen Regelungsziele an einem thermofluiden Prozess der Verfahrenstechnischen Anlage VERA überprüft.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Fabian Just, M.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
String stability for digitally networked platooning systems
The main objective of this thesis is to guarantee string stability for a platoon of vehicles. Therefore, different spacing policies, various controllers and information transfer via communication in the platoon are used to obtain string stable platoons. Since several definitions and criterions have already been developed by different researchers, a literature survey is done to identify the most common and reasonable definitions and to present and analyse the most important research areas of string stability. For the main definitions, ℒ²-string stability and ℒ∞-string stability, criterions and their important mathematical connections are derivated and presented. It is proven that it is not possible to reach string stability without communication for platoons with constant spacing policy. There-fore communication with two predecessors is analysed towards string stability properties. Finally communication of platoon leader information is used to guarantee ℒ²- and ℒ∞-string stability for constant spacing policies.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Ivo Herman, M.Sc. (Advanced Algorithms for Control and Communications Group, Czech Technical University in Prague) spricht über das Thema:
Transfer functions in formations and their application in vehicular platoon analysis
This talk will have two main parts. The first part deals with transfer functions in directed graphs with higher order dynamics and applications of these results to platooning. We derive for a general graph a simple product form of the transfer function between controlling agents and observing agents. Then such transfer functions are used to analyze a scaling of norms in vehicular platoons. The pros and cons of asymmetric controllers are discussed and the role of open-loop integrators is emphasized. The second part deals with waves in platoons. As nearest neighbor interaction in vehicular platoons scales badly almost in all cases, a wave absorbing controller is proposed to qualitatively improve the transient time. The platoon now scales only linearly in number of vehicles and is string stable. To absorb a wave, first an irrational wave transfer function is derived and analyzed. Then absorbing approach is applied also to heterogeneous platoon with similar results.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Ebubekir Kayalar, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:
Simulative und experimentelle Erprobung von Diagnose und Rekonfigurationsmethoden am DFG-GACR Benchmarkprozess
Das Ziel der fehlertoleranten Regelung (FTR) ist zu verhindern, dass der Ausfall eines Komponenten (z.B Sensor oder Aktor) zum Ausfall des gesamten Prozesses führt. Dazu erweitert das Konzept der aktiven FTR die Ausführungsebene, bestehend aus Regler und Regelstrecke, um eine Überwachungsebene. Die Überwachungsebene enthält eine Diagnoseeinheit und eine Rekonfigurationseinheit. Die Diagnoseeinheit hat die Aufgabe, den im System aufgetretenen Fehler zu detektieren, zu isolieren und zu identifizieren. Auf Basis des geschätzten Fehlers passt die Rekonfigurationseinheit den Regler an dem fehlerbehafteten Prozess an, um den Prozess nach dem Auftritt eines Fehlers zu stabilisieren und die größtmögliche Regelgüte zu erhalten.
In dieser Arbeit wird strukturelle Diagnostizierbarkeit analysiert und ein Ansatz zur beobachterbasierten Diagnose mit den Konzepten des virtuellen Sensors und des virtuellen Aktors zur Rekonfiguration kombiniert. Dabei werden die Probleme bei der Kombination der Diagnoseeinheit mit der Rekonfigurationseinheit untersucht und das gesamte fehlertolerante Regelungssystem wird in Simulationen und Experimente an einem thermofluiden Prozess erprobt.
Kolloquium Automatisierungstechnik
Saman Khodaverdian, M.Sc. (Fachgebiet Regelungsmethoden und Robotik, TU Darmstadt) sprach über das Thema:
Synchronisierung linearer teil-identischer Agenten in allgemeinen und kreisfreien Kommunikationsstrukturen
In dieser Arbeit wird das Synchronisierungsproblem für heterogene, oder nicht-identische, Agenten betrachtet. Ein verbreiteter Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, das synchronisierungsproblem auf ein Trajektorienfolgeproblem zurückzuführen, indem die Synchronisierungstrajektorie durch eine Vorsteuerung vorgegeben wird. Im Gegensatz hierzu wird in dem vorliegenden Beitrag davon ausgegangen, dass die Agenten zwar heterogen sind, jedoch die Synchronisierungsdynamik als Teil ihrer eigenen Dynamik enthalten und somit keine Vorsteuerung erforderlich ist. Es wird eine verteilte Regelungsstrategie zur Lösung des Problems präsentiert, die für allgemeine Kommunikationsstrukturen anwendbar ist. Zusätzlich wird der Spezialfall kreisfreier Kommunikationsstrukturen und die sich daraus ergebenden Vereinfachungen betrachtet.
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