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Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)


Übersicht WS 2016/2017




Kolloquium Automatisierungstechnik

Aleksandar Novakovic, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Erprobung von Verfahren zur fehlertoleranten Regelung vernetzter Systeme durch Umverteilung der Regelungsziele

Physikalisch gekoppelte Teilsysteme, die ein gemeinsames globales Regelungsziel erfüllen, können durch Umvertei-lung der lokalen Regelungsziele tolerant gegenüber Fehlern gemacht werden. Die Berechnung der neuen lokalen Soll-werte kann dabei anhand zweier Methoden erfolgen. In dieser Arbeit wurden beide Methoden experimentell an der ver-fahrenstechnischen Anlage VERA erprobt. Dazu wurde ein Fluidprozess bestehend aus drei physikalisch gekoppelten Teilsystemen festgelegt. Für den Prozess benötigte dezentrale PI-Mehrgrößenregler wurden mit Hilfe einer vorangegan-genen Modellbildung, sowie direkt an der Anlage anhand von Sprungversuchen entworfen. Weiterhin wurde ein Fehler-fall festgelegt, welcher innerhalb eines Teilsystems zu einer bleibenden Regelabweichung führt, sowie ein globales Regelungsziel für den Gesamtprozess definiert. Das globale Regelungsziel ist nach der bewussten Einführung des Fehlers nicht mehr erfüllt, sodass anhand der einsetzenden Rekonfiguration gezeigt werden kann, wie die Umverteilung der entsprechenden Sollwerte dazu führt, dass das globale Regelungsziel wiederhergestellt wird.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 18. Oktober 2016, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Michael Mühlebach, M.Sc. (Institute for Dynamic Systems and Control, ETH Zürich) sprach über das Thema:

On the approximation of constrained infinite-horizon linear quadratic optimal control problems and the application to model predictive control

In this talk approximations to constrained infinite-horizon linear quadratic optimal control problems arising in model pre-dictive control are presented. The input and state trajectories are parametrized as a linear combination of basis func-tions and approximate the dynamics using a Galerkin approach. The resulting approximations are shown to upper bound the cost of the underlying optimal control problem. The suboptimality will be quantified using duality. The frame-work is then be applied to model predictive control. This leads to a model predictive control formulation, where closed-loop stability and recursive feasibility are inherent. It turns out that the input and state trajectories can often be well-approximated with few basis functions, which leads to optimization problems with a small number of variables that can be solved efficiently. I will illustrate the approach using simulation results and experiments with an unmanned aerial vehicle.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 15. November 2016, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Dr.-Ing. Axel Schild (IAV GmbH, Gifhorn) sprach über das Thema:

Ökonomische modellprädiktive Regelung für Windenergieanlagen

Die fortschreitende Energiewende erfordert zukünftig flexibel betreibbare regenerative Energieerzeuger. Während die Regelung einer drehzahlvariablen Windenergieanlage heute noch primär auf die Maximierung der Energieproduktion ausgerichtet ist, werden die Erbringung netzdienlicher Funktionen sowie die Begrenzung struktureller Lasten zuneh-mend an Bedeutung gewinnen. Zur Harmonisierung dieser konkurrierenden Betriebsziele bietet sich der Einsatz einer modellprädiktiven Regelung an, einerseits wegen der stark gestiegenen Rechenleistung von industrieller Steuerungs-hardware und andererseits wegen der Verfügbarkeit neuer vorausschauender Messverfahren für die Windgeschwindig-keit. Dieser Vortrag beginnt mit der Einführung geeigneter Formulierungen für die ökonomische modellprädiktive Regelung einer Windenergieanlage. Anhand von betriebsrelevanten Simulationsszenarien werden anschließend die damit erzielbaren Verbesserungen im Vergleich zur konventionellen Regelung demonstriert. Der Vortrag schließt mit einer Diskussion der verbleibenden Herausforderungen zur industriellen Einsatzbarkeit der MPC Technologie.

Ort: Gebäude ID, Etage 04, Raum 445

Termin: Dienstag, 22. November 2016, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Roland Czaja, B.Sc. (ATP, RUB) spricht über das Thema:

Synchronisation von vernetzten ereignisdiskreten Systemen am Handling-System HANS

Ein vernetztes ereignisdiskretes System ist ein Netzwerk aus gesteuerten ereignisdiskreten Teilsystemen. Dabei besteht jedes gesteuerte Teilsystem aus einer Anlage und deren Steuerungseinheit, einem Trajektorienfolgeregler. Die Anlagen sind durch physikalische Kopplungen und die Steuerungseinheiten über ein digitales Kommunikationsnetzwerk verbunden. Die gesteuerten Teilsysteme können ein autonomes oder ein kooperatives Verhalten aufweisen. Im autonomen Betrieb kann jedes Teilsystem unabhängig von den anderen Teilsystemen lokale Aufgaben ausführen. Im kooperativen Betrieb können zwei gesteuerte Teilsysteme miteinander globale Synchronisationsaufgaben ausführen, welche nur in einer Kooperation mit Kommunikation gemeinsam beendet werden können. In dieser Masterarbeit wird eine Methode zur Synchronisation von vernetzten ereignisdiskreten Systemen implementiert und anschließend mit einer Simulation in Simulink und einer experimentellen Erprobung am Handling-System HANS erprobt. Dazu wird ein vernetztes ereignisdiskretes System aus zwei gesteuerten Teilsystemen ohne physikalische Kopplungen betrachtet. Die Implementierung der vernetzten Trajektorienfolgeregler wird mit der objektorientierten Programmierung in MATLAB/Simulink realisiert. Für die Erprobung am Handling-System HANS wird ein Erprobungsprozess aus zwei Teilsystemen modelliert und eine Steuerung für jedes Teilsystem entworfen. In der Simulation wird die implementierte Methode für die beiden Teilsysteme untersucht und mit der experimentellen Erprobung überprüft, ob die Methode am Handling-System HANS anwendbar ist.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 29. November 2016, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Alexander Piekatz, Yannik Steffan und Dinh-Khang Vu (ATP, RUB) sprachenzum Abschluss des Praxisprojektes über das Thema:

Realisierung einer Füllstandsregelung an der verfahrenstechnischen Anlage VERA

An der verfahrenstechnischen Anlage VERA sollen für zwei Teilprozesse Füllstandsregelungen implementiert werden, die ein gemeinsames globales Ziel verfolgen. Durch Umverteilung der Regelungsziele soll hierbei ermöglicht werden, dass im Fall einer Ventilstörung für den Zufluss eines der Tanks das globale Ziel weiterhin eingehalten werden kann.
Ziel des Praxisprojektes ist die Modellierung und der Reglerentwurf dieser Teilprozesse. Das Modell wird mithilfe physikalischer Zusammenhänge aufgestellt und die Modellparameter sowie der Regler durch experimentelle Methoden bestimmt. Anschließend werden Modell und Reglerentwurf in MATLAB/Simulink implementiert und die Ergebnisse aus Simulation und Experiment verglichen.

Ort: Gebäude ID, Etage05, Raum 511

Termin: Dienstag, 06. Dezember 2016, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Ayla Nawaz, M.Sc. (Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY), Universität Lübeck) sprach über das Thema:

Control and Fault Diagnosis at the European XFEL

The European X-Ray Free Electron Laser is a high energy, high frequency light source which will be used to visualize ultra-small and ultra-fast processes. As the newest of its kind it is scheduled to start operation in the beginning of 2017. The talk will first focus on the control challenges and currently implemented solutions to obtain optimal performance. In the second part, the problem of systematic fault diagnosis for this facility is discussed. The amount of components and measurements makes an automation of fault diagnostics indispensable. A new approach based on tensor decomposition algorithms is presented, which makes use of the multi-index structure of the measurement data.

Ort: Gebäude ID, Etage 04, Raum 445

Termin: Dienstag, 20. Dezember 2016, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Dipl.-Ing. Frank Westhof (Windmöller & Hölscher KG, Lengerich) sprach über das Thema:

Die Entwicklung der Druckmaschine - von der Mechanik zur Software mit Mechatronik

Windmöller & Hölscher (W&H) ist ein mittelständisches Maschinenbau-Unternehmen mit einem typischen Exportanteil größer 90%. Zum Produktportfolio von W&H zählen Extrusionsanlagen, Verarbeitungsmaschinen und Druckmaschinen zur Bedruckung flexibler Materialien. Der Vortrag zeigt am Beispiel der Flexodruckmaschine, wie sich die Lösungen von der Mechanik hin zu mechatronischen Modulen mit einem dominierenden Softwareanteil entwickelt haben. Die Differen-zierung zum Wettbewerb erfolgt durch höchsten Automatisierungsgrad, ausschließlich servogeregelte Direktantriebe, intuitives HMI (human machine interface) und vielen anspruchsvollen regelungstechnischen Lösungen. Eine heutige W&H Flexodruckmaschine hat 95 geregelte Servoantriebe, 8 PLC's (SPS) und 9 Industrie PC's. Am Beispiel der direkt angetriebenen Druckzylinder, der Bahnspannungsregelung und Registerregelung werden insbesondere die Herausfor-derungen an die Regelungstechnik aufgezeigt.

Ort: Gebäude ID, Etage 04, Raum 445

Termin: Dienstag, 24. Januar 2017, 15:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Prof. Dr. Florian Dörfler (Institut für Automatik, ETH Zürich) spricht über das Thema:

Control of Low-Inertia Power Systems: Naive & Foundational Approaches

A major transition in the operation of electric power grids is the replacement of bulk generation based on synchronous machines by distributed generation based on low-inertia power electronic sources. The accompanying "loss of rotational inertia" and the fluctuations by renewable sources jeopardize the system stability, as testified by the ever-growing number of frequency incidents. As a remedy, numerous studies demonstrate how virtual inertia can be emulated through various devices. In the first part of the talk we focus on "where" to allocate this virtual inertia in the power grid. We carry out a comprehensive analysis in an attempt to address the optimal inertia placement problem in an H2-optimal framework. We provide computational results for detailed power system models and analytic results for stylistic problem scenarios. Next, we investigate “how” virtual inertia can be emulated in a detailed power converter model, which leads us to a nonlinear matching control strategy based on DC voltage rather than AC frequency measurements. Prompted by this finding, we pursue the question “what else” can be done other than naively emulating synchronous machines and their rotational inertia. We will discuss a novel and foundational approach to control of low-inertia power systems and report some initial results.

Biographie: Florian Dörfler is an Assistant Professor at the Automatic Control Laboratory at ETH Zürich. He received his Ph.D. degree in Mechanical Engineering from the University of California at Santa Barbara in 2013, and a Diplom degree in Engineering Cybernetics from the University of Stuttgart in 2008. From 2013 to 2014 he was an Assistant Professor at the University of California Los Angeles. His primary research interests are centered around distributed control, complex networks, and cyber–physical systems currently with applications in energy systems and smart grids. His students were finalists for Best Student Paper awards at the European Control Conference (2013) and the American Control Conference (2016). His articles received the 2010 ACC Student Best Paper Award, the 2011 O. Hugo Schuck Best Paper Award, and the 2012-2014 Automatica Best Paper Award, and the 2016 IEEE Circuits and Systems Guillemin-Cauer Best Paper Award. He is a recipient of the 2009 Regents Special International Fellowship, the 2011 Peter J. Frenkel Foundation Fellowship, and the 2015 UCSB ME Best PhD award.

Ort:Gebäude ID, Etage 04, Raum 401

Termin: Mittwoch, 22. März 2017, 11:00 Uhr

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Bachelor-Kolloquium Automatisierungstechnik

Alexander Piekatz (ATP, RUB) spricht im Rahmen des Bachelorkolloquiums über das Thema:

Erstellung einer Simulations- und Animationsumgebung für das Handlingsystem HANS

Das Handling System HANS verfügt über mehrere physikalisch voneinander abhängige Komponenten, die auf unterschiedliche Weise Werkstücke bewegen, austauschen und speichern können. Für die Erstellung der Simulations- und Animationsumgebung, welche dieses Verhalten der Anlage intuitiv und plausibel darstellen soll, wird zunächst ein Modell des Handling System HANS in Form eines E/A-Automatennetzes aufgestellt. Dieses besteht aus mehreren erweiterten E/A-Automaten, die jeweils einer Komponente der Anlage entsprechen und in Abhängigkeit ihrer physikalischen Kopplungen miteinander verbunden sind. Ist das vollständige E/A-Automatennetz aufgestellt worden, wird es für die Erstellung der Simulationsumgebung in MATLAB/Simulink implementiert. Dabei wird gezeigt, wie das Problem der direkten Rückkopplungen, welches in E/A-Automatennetzen auftreten kann, durch das Aufbrechen der algebraischen Schleife und das Ausführen mehrerer Berechnungsschritte gelöst werden kann. Für die Erstellung der Animationsumgebung wird ein schematisches 3D-Modell des Handling System HANS in der "Virtual Reality Modeling Language" (VRML) entworfen und mithilfe der 3D Animation Toolbox in die Simulationsumgebung implementiert. Die Animation des 3D-Modells erfolgt durch eine Interpretation der Simulationsergebnisse, die an das 3D-Modell geleitet werden.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Freitag, 24. März 2017, 14:00 Uhr

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Kolloquium Automatisierungstechnik

Felix Kumor, B.Eng. (ATP, RUB) spricht über das Thema:

Fehlertolerante Regelung vernetzter Systeme unter Einhaltung von Ausgangsbeschränkungen

Um ein lineares Verbundsystem zu modellieren, ist es zweckmäßig dieses in mehrere lineare (dezentral geregelte) Teilsysteme zu zerlegen und getrennt voneinander zu modellieren. Diese Arbeit befasst sich mit der Erfüllung eines gemeinsamen Ziels, welches durch eine Zerlegung in Teilziele für jedes der Teilsysteme beschrieben werden kann. Bei Eintritt eines Fehlers in einem der Teilsysteme kann dieses nicht mehr erfüllt werden. Eine Rekonfigurationseinheit übernimmt die Bestimmung ergänzender Sollwerte, die anderen Teilsystemen aufgelegt werden. Dies verändert die Teilziele der beteiligten Teilsysteme mit den Absicht das gemeinsame Ziel zu erfüllen. Hierbei findet eine Ausgangsbeschränkung Berücksichtigung, die in vielen Anwendungsgebieten existiert. Die Berechnung der ergänzenden Sollwerte in Abhängigkeit des Regelfehlers des fehlerbehafteten Systems geschieht dynamisch durch neu eingeführte Rekonfigurationssysteme. Als Hauptergebnis wird ein Kriterium angegeben, das es erlaubt zu prüfen, ob das rekonfigurierte Gesamtsystem stabil bleibt. Des Weiteren wird für eine große Systemklasse die Unschädlichkeit der eingeführten Ausgangsbeschränkungen auf für Stabilität nachgewiesen. Ein technisches Beispiel veranschaulicht die Anwendbarkeit.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Freitag, 24. März 2017, 15:00 Uhr

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