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Kolloquium Automatisierungstechnik (144 000)


Übersicht WS 2019/2020




Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Tobias Hanskötter, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Inbetriebnahme und Regelung eines modularen Transportsystems

Die Masterarbeit befasst sich mit dem Aufbau, der Inbetriebnahme und der Regelung eines modularen Transportsys-tems, welches als Versuchsanlage COCO (Cooperative Control) am Lehrstuhl für Automatisierungstechnik und Pro-zessinformatik (ATP) der Ruhr-Universität Bochum aufgebaut wird. Das modulare Transportsystem besteht aus 50 Motoren, die senkrecht montiert in einem Gitter von 5 x 10 Motoren angeordnet sind. Außerdem sind die Linearmotoren mit einem Tuch überspannt, so dass ein Gesamtsystem entsteht bei dem die einzelnen Antriebe als autonome, unter-einander gekoppelte Teilsysteme aufgefasst werden. Durch das Ein- bzw. Ausfahren der Hubkolben der einzelnen Linearmotoren ist es möglich eine Höhendifferenz zwischen den Teilsystemen herzustellen, die eine Kugel auf dem Transportband bewegt. Als gemeinsames Ziel aller Teilsysteme wird die Bewegung der Kugel entlang einer vorge-gebenen Solltrajektorie angestrebt.

Am Lehrstuhl wurden in den letzten Jahren theoretische Untersuchungen zur Trajektorienplanung, Aufgabenverteilung und den Entwurf von digital vernetzten Trajektorienfolgereglern für gekoppelte Systeme durchgeführt. Ebenso wurden Methoden zur Fehlertoleranz erforscht. Die praktische Erprobung all dieser Methoden motiviert den Aufbau der Versuchs-anlage und die Masterarbeit.

Das Ziel der Masterarbeit ist die Realisierung einer flexiblen Oberfläche zur Umsetzung intelligenter Transportprozesse. Dazu muss zuerst die Anlage aufgebaut werden, weshalb ein Konzept für den hardwaretechnischen Aufbau mit ent-sprechender Verkabelung erstellt wird. Softwaretechnisch werden die Antriebe durch einen Echtzeitrechner von National Instruments mit dem grafischen Programmiersystem LabVIEW angesteuert. Zur systemtheoretischen Betrachtung we-rden die Motoren identifiziert und es wird mit den Methoden der Synchronisation eine Kopplung eingeführt. Daraufhin werden lokale Regler zur Positionsregelung der Motoren entworfen. Mit Hilfe der Forschungsergebnisse zum Entwurf von Trajektorienfolgereglern kann die Durchführung eines Transportprozesses vorbereitet werden. Dabei werden alle Entwurfsschritte durch experimentelle Erprobungen evaluiert und bewertet.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 15. Oktober 2019, 15:00 Uhr

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Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Yves Sohege, B.Sc. (University College Cork, Insight Centre for Data Analytics and Lero Centre for Software Research, Ireland) sprach über das Thema:

Deep Learning and Blended Control for Novel Fault-Tolerant Control

Enabling autonomous vehicles to maneuver in novel scenarios is a key unsolved problem. Standard control-based approaches use pre-tuned controllers, but are limited since one cannot pre-define a controller for every unique scenario. Blended control is a variation of switching control will allows for the proportional mixing of low-level system controller outputs to stabilize a system. Deep Learning has gained increased attention in the control community in recent years due to its ability to learn complex system behaviours accurately. In this talk we present several ways in which Blended Control can be combined with Deep Learning to improve a systems performance under novel disturbances.

Ort: Gebäude ID, Etage 03, Raum 401

Termin: Dienstag, 05. November 2019, 15:00 Uhr

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Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Dr.-Ing. Bassam Alrifaee (Cyber-physical Mobility, RWTH Aachen) sprach über das Thema:

Networked Model Predictive Control for Vehicle Decision-Making

The talk will discuss the distribution of the control problem of a networked control system using Distributed Model Predictive Control (DMPC). We will present a novel DMPC strategy, which reduces the computation time and the communications load of the entire system in comparison with existing strategies. The application of this strategy to the decision-making problem of networked vehicles demonstrates its effectiveness. Finally, we will show experimental results from our cyber-physical mobility lab using model-scale vehicles.

Ort: Gebäude ID, Etage 03, Raum 401

Termin: Dienstag, 07. Januar 2020, 15:00 Uhr

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Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Timo Habersang (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:

Entwicklung einer graphischen Oberfläche zur Planung von Trajektorien für Quadrokopter mit Bézierkurven

Im modernen Luftverkehr steigt die Anzahl unbemannter Flugobjekte (UAV), wodurch das Risiko von Kollisionen steigt. Die Objekte verfügen nur über unsichere Informationen über zukünftige Bewegungen der benachbarten UAVs, weshalb ein Trajektorienaustausch erforderlich wird. Daraus entsteht ein hoher Kommunikationsaufwand. Bei der ereignisbasierten Kollisionsvermeidung soll nur im Fall einer Kollisionsgefahr kommuniziert werden.
In dem in dieser Arbeit betrachteten Anwendungsszenario fliegen zwei Quadrokopter in einer Leader-Follower Struktur auf lokal geplanten Trajektorien. Der Leader kann sich frei bewegen, während der Follower eine Kollision abwendet.
Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird eine bereits bestehende Simulationsumgebung um eine graphische Benutzeroberfläche erweitert, in der ein Anwender dem Leader durch Vorgeben von Geschwindigkeits- oder Höhenänderungen neue Trajektorien zuweisen kann. Die Trajektorienplanung mittels Bézierkurven aus vorherigen Arbeiten wird dahingehend erweitert, dass ein Kreisflug sowie eine Umplanung ermöglicht wird.
Außerdem wird gezeigt, dass die Trajektorie des Kreisflugs unabhängig von der Transitionszeit ist. Da bei der Umplanung die Trajektorie nicht unabhängig von der Transitionszeit ist, werden Methoden vorgestellt die einen kreisähnlichen Verlauf sowie konstante Geschwindigkeit garantieren. Abschließend werden die geplanten Trajektorien in der Simulationsumgebung verifiziert.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 14. Januar 2020, 15:00 Uhr

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Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Sebastian Bernhard, M.Sc. (Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik, Fachgebiet Regelungsmethoden und Robotik der TU Darmstadt) sprach über das Thema:

Optimale Folgeregelung über unendliche Horizonte und optimale Output Regulation
für quadratische, über- und unteraktuierte Systeme

Der Entwurf von Regelungen zum Folgen von Solltrajektorien ist eines der Kernprobleme in der Regelungstechnik. Während dieses für quadratische Systeme als gelöst zu betrachten ist, ergeben sich für eine unterschiedliche Anzahl von Stellgrößen und Ausgangsgrößen noch interessante offene Fragen, die in der Literatur bisher nur unvollständig beantwortet werden. So existieren bei der Überaktuierung zusätzliche Freiheitsgrade, mit denen sich die Systemdynamik gezielt beeinflussen lässt. Dies führt zu der Frage, wie diese gewinnbringend genutzt werden sollen. Im Falle der Unteraktuierung ist hingegen ein exaktes Folgen der Solltrajektorie im Allgemeinen unmöglich und es bleibt unklar, ob und wie eine sinnvolle Folgeregelung bestimmt werden kann.
In diesem Vortrag wird gezeigt, dass sich die beiden unterschiedlichen Fragestellungen tatsächlich als zwei Spezialfälle eines linear-quadratischen Folgeregelungsproblems darstellen lassen. Mithilfe eines einheitlichen Vorgehens werden dann neue Entwurfsverfahren hergeleitet, die ebenso einfach anzuwenden sind wie jene für quadratische Systeme. Damit werden die aufgeführten Fragen umfassend beantwortet, da die neu entworfenen Folgeregelungen eine optimale Stellenergie bzw. eine optimale Energie des Folgefehlers garantieren.

Ort: Gebäude ID, Etage 04, Raum 413

Termin: Donnerstag, 23. Januar 2020, 15:00 Uhr

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Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Nils Chur (ATP, RUB) sprach im Rahmen des Bachelor-Kolloquiums über das Thema:

Simulations- und Animationsumgebung für das modulare Transportsystem COCO

Am Lehrstuhl für Automatisierungstechnik und Prozessinformatik an der Ruhr-Universität Bochum sind in den vergangenen Jahren verschiedene Konzepte zur Trajektorienplanung von vernetzten und gekoppelten Systemen untersucht worden. Die Versuchsanlage CoCo (Cooperativ Control) dient dabei der Erprobung und Realisierung der entworfener Konzepte.
Da die Versuchsanlage noch nicht vollständig in Betrieb genommen ist, soll eine Simulation erstellt werden. Die Simulation ist in Matlab/Simulink implementiert und soll dabei das Verhalten der Versuchsanlage möglichst präzise widerspiegeln. Außerdem wurden bisher die einzelnen Komponenten (Vorsteuerung, Aufgabenverteilung mit Rückführung, Transportband) nur getrennt betrachtet und getestet. Die Arbeit ist dadurch motiviert, eine Simulation zu erstellen, an der das gesamte Verhalten und alle Komponenten der Versuchsanlage untersucht und bewertet werden kann. Dafür wird die Versuchsanlage Schritt für Schritt in Simulink implementiert.
Dabei wird gezeigt, dass die Simulation eine gute Abbildung der Versuchsanlage darstellt und das gesamte Verhalten der Anlage untersucht werden kann. Abschließend werden die geplanten Trajektorien mit der Simulation verifiziert, hierbei kann festgehalten werden, dass eine Trajektorienfolge erreicht wird und das Regelungsziel erfüllt werden kann.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 28. Januar 2020, 15:00 Uhr

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Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Alexander Piekatz, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Erprobung einer kooperativen Steuerung am Handling System HANS

Vernetzte ereignisdiskrete Systeme bestehen aus mehreren ereignisdiskreten Agenten, die physikalisch miteinander verkoppelt sind und selbstständig in beliebige von außen vorgegebene Zielzustände wechseln. Zustandsübergänge, die nur durch einen Verbund mehrerer Agenten ausgeführt werden können, werden als Kooperationen bezeichnet und müssen durch eine kooperative Steuerung koordiniert werden. Diese ist dezentral in den Netzwerkeinheiten des vernetzten ereignisdiskreten Systems realisiert und nutzt ein Kommunikationsnetzwerk, um mit benachbarten Teilsystemen in Verbindung zu treten.
Aufgabe der kooperativen Steuerung ist es, die Reihenfolge der Kooperationen zwischen den Teilsystemen während der Laufzeit zu bestimmen und die Agenten durch kurzzeitiges Anpassen der Zielzustände entlang der Kooperationen zu bewegen, damit diese anschließend ihre Zielzustände selbstständig erreichen können. Hierzu wird eine Online-Modellkomposition vorgestellt, die auf dem A*-Algorithmus basiert und mit der die Reihenfolge der Kooperationen im Gesamtsystem ermittelt wird, ohne das Gesamtmodell aufstellen zu müssen. Die Online-Modellkomposition wird in einen Iterationsalgorithmus eingebettet, welcher die Menge der an der Modellkomposition mitwirkenden Teilsysteme festlegt. Nachdem die kooperative Steuerung vorgestellt wurde, wird sie mitsamt iterativer Online-Modellkomposition am Handling System HANS erprobt, analysiert und evaluiert. Die Anlage wird hierfür als ereignisdiskretes System modelliert und in mehrere Teilsysteme unterteilt. Innerhalb der Teilsysteme werden Werkstücke transportiert, verarbeitet und gelagert. Kooperationen finden statt, wenn Werkstücke zwischen den Teilsystemen ausgetauscht werden.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Dienstag, 28. Januar 2020, 16:00 Uhr

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Einladung zum Kolloquium Automatisierungstechnik

Lisa-Marie Reichelt, B.Sc. (ATP, RUB) sprach über das Thema:

Erprobung einer Methode zur kooperativen Einfädelung von Fahrzeugen
vor einer Fahrbahnzusammenführung

Diese Arbeit behandelt vernetzte autonome Fahrzeuge, wobei der Fokus auf dem Einfädelprozess der Fahrzeuge vor einer Fahrbahnzusammenführung liegt. Zunächst wird eine Bahnregelung entworfen, die die Fahrzeuge auf der vorgegebenen Fahrbahn hält. Das Fahrzeug auf der Bahn wird über ein lineares Zustandsraummodell mit IT1-Verhalten charakterisiert, wobei die Regelgröße die Bahnposition ist. In Abhängigkeit der aktuellen Fahrstrategie wird die Bahnposition in unterschiedlicher Weise gesteuert. Um einen vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf für ein einzelnes Fahrzeug umzusetzen, wird eine Trajektorienfolgeregelung entwickelt. Fahren mehrere Fahrzeuge in einer Kolonne, werden diese über einen Kolonnenregler geregelt, wobei dieser extern positiv ausgelegt wird, um Kollisionsvermeidung zu garantieren. Der eigentliche Einfädelprozess unterteilt sich in die Transitionsphase und die Spurwechselphase. Fährt ein Nebenspurfahrzeug in die Transitionsregion ein, wählt es einen neuen Vorgänger auf der Hauptspur aus. Sowohl das Nebenspurfahrzeug als auch der Nachfolger des Hautspurfahrzeuges passen ihren Abstand über eine Vorsteuerung mit zusätzlicher Regelung an, wobei Kollisionen vermieden werden. Nach Abschluss der Transitionsphase schert das Nebenspurfahrzeug über eine vorgegebene Bahn hinter dem gewählten Vorgänger ein. Alle Fahrmanöver werden an einer Versuchsanlage implementiert und experimentell erprobt. Dazu werden die Kolonnen-, Transitions- und Trajektorienfolgeregler nach gegebenen Kriterien entworfen. Darüber hinaus werden Strategien zum Spurwechsel entwickelt und diskutiert.

Ort: Gebäude ID, Etage 2, Raum 553

Termin: Mittwoch, 04. März 2020, 10:30 Uhr

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