Modellbasierter Entwurf hierarchischer Steuerungssysteme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand des Projektes war die Entwicklung eines modellbasierten Ansatzes zum Steuerungsentwurf für ereignisdiskrete Systeme, d.h. für Systeme, deren relevante Dynamik als eine Abfolge von Ereignissen beschrieben werden kann, wie z.B. Logistiksysteme, Verkehrsmanagementanlagen oder automatisierte Fertigungsstraßen. Die angestellten Untersuchungen bauen auf die Supervisory Control Theory (SCT) nach P.J. Ramadge und W.M. Wonham auf, welche formal eine Lösung der Entwurfsaufgabe liefert, sich jedoch aufgrund der Berechnungskomplexität nicht unmittelbar für die praktische Umsetzung eignet. In dem von der DFG geförderten Projekt wurde der Ansatz der SCT um eine neuartige hierarchische Steuerungs- und Umgebungsarchitektur erweitert. Für typische technische Anwendungen, in denen das Gesamtsystem aus einer Vielzahl von Komponenten besteht, wird so der beim Steuerungsentwurf anfallende Rechenaufwand auf ein handhabbares Maß reduziert. Auf der untersten Ebene der Steuerungshierarchie wird von einzelnen Komponenten des zu steuernden Prozeßes ausgegangen, so daß ungeachtet einer etwaigen Interaktion gemäß lokaler Spezifikationen lokale Steuerungen entworfen werden können. Die lokalen Spezifikationen dienen fortan als abstrahierte Modelle der tatsächlichen gesteuerten Komponenten. In der Hierarchie aufsteigend werden jeweils Gruppen von gesteuerten Komponenten zusammengefaßt, wobei hier eine Interaktion ggf. durch ein sogenanntes Umgebungsmodell berücksichtigt wird. Für die einzelnen Gruppen werden wiederum gemäß lokaler Spezifikationen lokale Steuerungen entworfen. Auch hier wird die Spezifikation zur Modellabstraktion herangezogen. Über alle Stufen der Hierarchie betrachtet, wechselt sich das Zusammenfassen von Komponentengruppen und die Modellvereinachung durch Abstraktion ab. Das typische exponentielle Anwachsen der Modellkomplexität bei wiederholtem Zusammenfassen von Komponenten wird durch den Zwischenschritt der Abstraktion wirkungsvoll begrenzt. Wie im Antrag bereits angedacht, wurde seitens der Systemtheorie auf eine im Rahmen des Projektes weiterentwickelte und an den ereignisdiskreten Fall angepaßte Variante der Eingangs/Ausgangs Verhalten (engl. I/O behaviours) nach J.C. Willems zurückgegriffen. Im praktischen Bereich wurde projektbegleitend als akademisches Beispiel ein Transportsystem behandelt, so daß bei der Formulierung von Definitionen und Theoremen der Anwendungsbezug sichergestellt werden konnte. Im späteren Verlauf des Projektes wurde das Transportsystem anhand des am Lehrstuhl vorhandenen Labormodells auch technisch realisiert. Dies schließt insbesondere die Implementierung der benötigten Algorithmen als Plug-In für die Software Bibliothek libFAUDES ein. Die Veröffentlichung als Software ergänzt effektiv die Präsentation der erzielten Ergebnisse auf einschlägigen Fachkonferenzen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Hierarchical Discrete Event Systems with Inputs and Outputs. In: IEEE Proc. WODES’06 - 8th International Workshop on Discrete Event Systems, Ann Arbor, USA, 2006, S. 427–432
Perk, S.; Moor, Th.; Schmidt, K.
- Model Based Design of Hierarchical Control Systems with Input/Output Structure. In: Methoden und Anwendungen der Regelungstechnik – Erlangen-Münchener Workshops 2005 und 2006, Shaker-Verlag, 2007, S. 63–75
Perk, S. ; Moor, Th. ; Schmidt, K.
- Regelungstheorie für ereignisdiskrete Systeme zur modellbasierten Berechnung von SPS-Programmen. 3. Rexroth Doktoranden Kolloquium - “Innovationeund Produktentstehung in der Antriebs- und Steuerungstechnik”, Lohr am Main, Deutschland , 2007
Perk, S. ; Moor, Th. ; Schmidt, K.
- Controller Synthesis for an I/O-Based Hierarchical System Architecture. In: IEEE Proc. WODES’08 - 9th International Workshop on Discrete Event Systems, Göteborg, Sweden, 2008, S. 474–479
Perk, S. ; Moor, Th. ; Schmidt, K.
- libFAUDES – An Open Source C++ Library for Discrete Event Systems. In: IEEE Proc. WODES’08 - 9th International Workshop on Discrete Event Systems, Göteborg, Sweden, 2008, S. 125–130
Moor, Th. ; Schmidt, K. ; Perk, S.
- Extending the Discrete Event Systems Library libFAUDES. In: Methoden und Anwendungen der Regelungstechnik – Erlangen-Münchener Workshops 2007 und 2008, Shaker-Verlag, 2009, S. 121–134
Moor, Th. ; Perk, S. ; Schmidt, K.
- Modellbasierter Entwurf hierarchischer Steuerungssysteme mit Ein-/Ausgangsstruktur In: 43. Regelungstechnisches Kolloquium in Boppard, 2009
Perk, S. ; Moor, Th. ; Schmidt, K.
