Ensemble-Methoden zur nichtlinearen Systemidentifikation mit Unsicherheitsquantifizierung am Beispiel lokal linear-affiner Multi- Modelle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Kroll
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541311230

In der Regel werden mittels nichtlinearer Systemidentifikation dynamische Modelle ermittelt, die für jeden angefragten Zeitpunkt einen einzelnen Ausgabewert („Einzelwertprädiktion“) liefern. Ein Prädiktor sollte aber zusätzlich zum prädizierten Einzelwert eine Konfidenzinformation liefern, um die Vertrauenswürdigkeit bzw. die Unsicherheit des prädizierten Wertes beim Treffen von Entscheidungen berücksichtigen zu können. Unsicherheit bei der Modellbildung kann bzgl. Modellstruktur, Modellparameterwerten, Messwerten/Beobachtungen und Anfangswerten bestehen, wobei insb. die Behandlung struktureller Unsicherheiten als schwierig gilt. Das Ziel des Projektes besteht in der Erforschung von Ensemble-Methoden zur Unsicherheitsquantifizierung der Prädiktion bei der nichtlinearen Systemidentifikation insb. am Beispiel lokal affiner zeitdiskreter Multi-Modelle vom Typ Takagi-Sugeno. Hierzu werden zuerst verbesserte Schätz- und Initialisierungsstrategien für Einzelwertprädizierende Takagi-Sugeno-Modelle als Ensemble-Mitglieder bzw. Base Learner untersucht. Anschließend werden diese Base Learner um die Prädiktion der Unsicherheit erweitert. Der nächste Schritt besteht in dem Entwurf von Verfahren zur Zusammenstellung und Interaktion der Ensemble-Mitglieder. Die Erweiterung um andere Modellierungsansätze ist ebenfalls Untersuchungsgegenstand. Da bei allgemeinen nichtlinearen Systemen und realistischen Zufallsprozessen formale Beweise nicht leistbar sind, werden die Eigenschaften der Methoden statistisch mittels eines Portfolios von etwa Fallstudien mit 10 unterschiedlichen dynamischen Systemen inkl. Prüfständen des Antragstellers evaluiert, so dass punktuelle Aussagen vermieden und die Grundlage für eine Übertragbarkeit auf weitere Systeme gelegt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen