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Projekt
SPP 1305: Regelungstheorie digital vernetzter dynamischer Systeme
Fachliche Zuordnung
Informatik, System- und Elektrotechnik
Mathematik
Mathematik
Förderung
Förderung von 2007 bis 2014
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 29058575
Die Regelungstheorie entwickelt Methoden für die Modellierung, Analyse und Steuerung zeitlich veränderlicher Systeme (sog. dynamischer Systeme) mittels des Prinzips der Rückkopplung. Eine typische Aufgabe besteht darin, den aktuellen Wert einer zu beeinflussenden Größe zu messen, mit einem vorgegebenen Sollwert zu vergleichen und das Verhalten des Systems dergestalt zu verändern, dass die entsprechende Größe dem Sollwert folgt.
Der dazu nötige Datenaustausch konnte bisher nur in einer kabelgebundenen Form erfolgen. Durch die Verfügbarkeit moderner Kommunikationsmittel wird jetzt jedoch die Möglichkeit eröffnet, unterschiedliche Komponenten des Systems wie Messglieder, Stellglieder oder auch ganze Teilsysteme durch ein gemeinsames digitales Kommunikationsnetz zu verbinden. Beispielsweise können durch die flächenhafte Einführung drahtloser Verbindungen neue Regelungsfunktionen realisiert werden, die mit der drahtgebundenen Informationsübertragung nicht oder nur mit erheblich größerem technischem Aufwand möglich waren. Weiterhin wird die Möglichkeit geschaffen, Mess- und Stellsignale von nahezu jedem Punkt einer technischen Anlage bzw. eines Gerätes zum Regler zu übertragen, dort zu verarbeiten und zum Stellglied zurückzukoppeln.
Derartige Regelungen können mit herkömmlichen Methoden jedoch nicht beherrscht werden, weil digital vernetzte Systeme zwei grundlegende Annahmen der Regelungstheorie verletzen. Einerseits widerspricht ihre ereignisgesteuerte Arbeitsweise der Grundannahme, dass die Daten mit fester Abtastrate verarbeitet und übertragen werden. Andererseits verändert sich die Netzstruktur ständig, weil sich die Informationskopplungen dem Bedarf und den technischen Randbedingungen anpassen.
Ziel dieses interdisziplinären Schwerpunktprogramms ist es, ausgehend von den existierenden theoretischen Ansätzen eine Regelungstheorie zu entwickeln, mit der zukünftige digital vernetzte dynamische Systeme modelliert, analysiert und systematisch entworfen werden können. Das Schwerpunktprogramm konzentriert sich dabei auf drei Querschnittsprobleme:
(1) Modellierung, Analyse und Entwurf asynchron arbeitender Regelungssysteme;
(2) Verhalten vernetzter Regelungssysteme;
(3) Entwicklung innovativer Regelungskonzepte und deren Entwurfsmethoden.
Der dazu nötige Datenaustausch konnte bisher nur in einer kabelgebundenen Form erfolgen. Durch die Verfügbarkeit moderner Kommunikationsmittel wird jetzt jedoch die Möglichkeit eröffnet, unterschiedliche Komponenten des Systems wie Messglieder, Stellglieder oder auch ganze Teilsysteme durch ein gemeinsames digitales Kommunikationsnetz zu verbinden. Beispielsweise können durch die flächenhafte Einführung drahtloser Verbindungen neue Regelungsfunktionen realisiert werden, die mit der drahtgebundenen Informationsübertragung nicht oder nur mit erheblich größerem technischem Aufwand möglich waren. Weiterhin wird die Möglichkeit geschaffen, Mess- und Stellsignale von nahezu jedem Punkt einer technischen Anlage bzw. eines Gerätes zum Regler zu übertragen, dort zu verarbeiten und zum Stellglied zurückzukoppeln.
Derartige Regelungen können mit herkömmlichen Methoden jedoch nicht beherrscht werden, weil digital vernetzte Systeme zwei grundlegende Annahmen der Regelungstheorie verletzen. Einerseits widerspricht ihre ereignisgesteuerte Arbeitsweise der Grundannahme, dass die Daten mit fester Abtastrate verarbeitet und übertragen werden. Andererseits verändert sich die Netzstruktur ständig, weil sich die Informationskopplungen dem Bedarf und den technischen Randbedingungen anpassen.
Ziel dieses interdisziplinären Schwerpunktprogramms ist es, ausgehend von den existierenden theoretischen Ansätzen eine Regelungstheorie zu entwickeln, mit der zukünftige digital vernetzte dynamische Systeme modelliert, analysiert und systematisch entworfen werden können. Das Schwerpunktprogramm konzentriert sich dabei auf drei Querschnittsprobleme:
(1) Modellierung, Analyse und Entwurf asynchron arbeitender Regelungssysteme;
(2) Verhalten vernetzter Regelungssysteme;
(3) Entwicklung innovativer Regelungskonzepte und deren Entwurfsmethoden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
Internationaler Bezug
Neuseeland
Projekte
- Analyse und Entwurf ereignisbasierter Regelungen mit quantisierten Signalräumen -Vernetzte Systeme- (Antragsteller Grüne, Lars ; Junge, Oliver ; Lunze, Jan )
- Autonomie und Kooperation in digital vernetzten Regelungssystemen (Antragsteller Lunze, Jan )
- Beobachtung und Regelung heterogener dynamischer Systeme (Antragsteller Helmke, Uwe )
- Dezentraler Beobachterentwurf für digital vernetzte dynamische Systeme (Antragsteller Lohmann, Boris )
- Dynamische Stabilitätsraten für Networked Control Systems (Antragsteller Siegmund, Stefan )
- Entwicklung dezentraler asynchroner prädiktiver Regelungsverfahren für digital vernetzte Systeme (ASYPRED-DEZYPRED) (Antragsteller Allgöwer, Frank ; Findeisen, Rolf ; Grüne, Lars )
- Entwurf von kooperativen, digital vernetzten Regelungen für konkurrierende Systeme (Antragsteller Allgöwer, Frank )
- Ereignisgetriggerte verteilte prädiktive Regelung vernetzter dezentraler Systeme (Antragsteller Stursberg, Olaf )
- Informationsmaße und Invarianz für vernetzte Kontrollsysteme (Antragsteller Colonius, Fritz )
- Koordination des Schwerpunktprogramms 1305 "Regelungstheorie digital vernetzter dynamischer Systeme" (Antragsteller Lunze, Jan )
- Modellgestütztes CCC-Cross-Design für funkbasierte Regelungssysteme (Antragsteller Gotzhein, Reinhard ; Litz, Lothar )
- Regelung von Fahrzeugkolonnen mit topologisch veränderlichem Kommunikationsnetzwerk auf der Basis von Energiemethoden (Antragsteller Abel, Dirk ; Kowalewski, Stefan )
- Stabilität und Regelungsentwurf in digital vernetzten dynamischen Systemen mit nichtdeterministischem Datenverlust und Totzeit (Antragstellerin Hirche, Sandra )
- Stabilität und Stabilisierung großer digitaler Netzwerke (Antragsteller Wirth, Fabian )
- Stochastische modell-prädiktive Regelung von verteilt-parametrischen Systemen über digitale Netze unter Verwendung von virtuellen Mess- und Stellgrößen (Antragsteller Hanebeck, Uwe D. )
- Zweistufiger verteilter Optimierungs- und Regelungsansatz für große vernetzte Systeme (Antragstellerinnen / Antragsteller Hirche, Sandra ; Ulbrich, Michael )
Sprecher
Professor Dr.-Ing. Jan Lunze
