Volume 49, Issue 10 - 10

Beim Fahrradfahren arbeitet der Mensch als Regler. Das wird beim Balancieren des Fahrrades besonders offensichtlich, denn das Fahrrad ist instabil. In diesem Beitrag wird untersucht, unter welchen Bedingungen es möglich ist, das Fahrrad mit einem so einfachen Reglergesetz zu balancieren, dass Menschen dieses Reglergesetz ohne Mühe realisieren können. Dabei wird nicht nur die jedem Radfahrer bekannte Lösung nachvollzogen, sondern auch untersucht, wie sich das Stabilisierungsproblem ändert, wenn nicht mit dem Vorderrad, sondern mit dem Hinterrad gelenkt wird, wie es für Liegeräder als zweckmäßig betrachtet wird. Es wird gezeigt, dass derartige Räder nicht mit der für die Vorderradlenkung bekannten proportionalen Regelung stabilisiert werden können und deshalb nicht praktisch einsetzbar sind.

Der Beitrag analysiert Möglichkeiten der gezielten Steuerung und Regelung der Stickstoffelimination in biologischen Kläranlagen, insbesondere in Anlagen mit vorgeschalteter Denitrifikation. Es wird eine prädiktive Vorsteuerung/Regelung vorgestellt, mit der sich Ammonium-Ablaufspitzen signifikant reduzieren lassen. Gleichzeitig kann durch die Steuerung/Regelung die Gesamt-Stickstoffelimination bei verringertem Energieeinsatz verbessert werden. Basis der prädiktiven Steuerung/Regelung bildet ein stark vereinfachtes deterministisches Modell der Nitrifikation, dessen wichtigster Parameter adaptiert wird. Die entwickelte Steuerung wird mit einer detaillierten dynamischen Simulation einer international eingeführten “Benchmark”-Anlage evaluiert.

Evolutionäre Algorithmen finden zunehmend Anwendung bei der Lösung regelungs- und steuerungstechnischer Aufgaben für industrielle Anlagen: beim Entwurf hochwertiger Regelungen und bei der Entwicklung flexibler Strategien der Betriebsführung. Der vorliegende Beitrag widmet sich ausgewählten Aspekten der Evolutionären Optimierung beim Entwurf von Kläranlagen. Zunächst wird anhand eines Benchmark-Beispiels demonstriert, wie mit Hilfe des multikriteriellen Optimierungsansatzes Fragestellungen der Anlagenauslegung bearbeitet werden können. Dabei steht die Aufteilung des für die biologischen Reinigungsprozesse insgesamt genutzten Reaktorvolumens in den für die Nitrifikation und den für die Denitrifikation verwendeten Teil im Vordergrund. Ein zweiter exemplarischer Anwendungsfall befasst sich mit der Modellkalibrierung, die angesichts des zunehmenden Einsatzes der Prozesssimulation bei der Planung und bei der Betriebsoptimierung abwassertechnischer Anlagen von praktischer Bedeutung ist.

In diesem Artikel wird eine Strategie zur Regelung von linearen parameterveränderlichen (LPV-) Systemen mittels selbsteinstellender PI-Regelung vorgestellt. Dabei verändern sich die Reglerverstärkungen des PI-Reglers in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand der Regelstrecke. Die Entwurfsbedingungen werden in Form von linearen Matrixungleichungen hergeleitet. Um das dynamische Verhalten des Regelkreises zu beeinflussen, wird die Polgebietsvorgabe herangezogen. Das Konzept wird anhand eines Beispieles, der Regelung eines isothermen Rührkesselreaktors demonstriert.