SPP 1305: Control Theory of Digitally Networked Dynamic Systems
Mathematics
Final Report Abstract
Die Verfügbarkeit moderner Kommunikationsmittel eröffnet die Möglichkeit, gänzlich neue Regelungsfunktionen in digital vernetzten dynamischen Systemen zu realisieren, bei denen unterschiedliche Komponenten wie Sensoren, Aktoren, zu regelnde Teilsysteme sowie Regler durch ein gemeinsames digitales Kommunikationsnetz verbunden sind. 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 (sogenannte „Ad-hoc-Netze“). Ziel dieses interdisziplinären Schwerpunktprogramms war es, ausgehend von den existierenden theoretischen Ansätzen der Regelungstechnik und der mathematischen Kontrolltheorie eine Regelungstheorie zu entwickeln, mit der zukünftige digital vernetzte dynamische Systeme modelliert, analysiert und systematisch entworfen werden können. Das Schwerpunktprogramm konzentrierte sich dabei auf drei Querschnittsprobleme: Modellierung, Analyse und Entwurf asynchron arbeitender Regelungssysteme; Verhalten vernetzter Regelungssysteme; Entwicklung innovativer Regelungskonzepte und deren Entwurfsmethoden. Als Ergebnisse entstanden neuartige Methoden zur Charakterisierung der Eigenschaften vernetzter Regelungssysteme, aus denen Anforderungen an die Kommunikationsstruktur zur Lösung unterschiedlicher Regelungsaufgaben abgeleitet werden können, sowie neue Verfahren zur Zustandsschätzung und Regelung verteilter Systeme, die einerseits die größere Flexibilität der digitalen Kommunikation für eine Erweiterung der Regelungsaufgabe und zur Verbesserung der Regelgüte nutzen und andererseits die Wirkung der Netze auf das Verhalten des Gesamtsystems berücksichtigen. Die Palette der Ergebnisse reicht dabei von neuen systemtheoretischen Konzepten und Verfahren zur Analyse und zum Entwurf vernetzter dynamischer Systeme bis zur Realisierung vernetzter Regelung durch gemeinsame Auswahl und Implementierung von Netzwerkprotokollen und Regelungsalgorithmen.
Publications
- Digital vernetzte Regelungssysteme, Automatisierungstechnik 56 (2008), Heft 1
S. Hirche, J. Lunze (Hrsg.)
(See online at https://doi.org/10.1524/auto.2008.9049) - Digital vernetzte Regelungssysteme, Automatisierungstechnik 58 (2010), Heft 4
L. Grüne, L. Litz, J. Lunze (Hrsg.)
(See online at https://doi.org/10.1524/auto.2010.9077) - Control theory of networked systems, Automatisierungstechnik 61 (2013), Heft 7
O. Junge, J. Lunze (Hrsg.)
(See online at https://doi.org/10.1524/auto.2013.9007) - Control theory for digitally networked dynamical systems, Journal of Applied Mathematics and Mechanics 94 (2014), No. 4
L. Grüne, F. Colonius (Eds.)
(See online at https://doi.org/10.1002/zamm.201409414) - Control Theory of Digitally Networked Dynamic Systems, Springer-Verlag, Heidelberg 2014
J. Lunze (Ed.)
(See online at https://doi.org/10.1007/978-3-319-01131-8)
