Volume 61, Issue 7 -

We investigate a scheme for event-based communication in distributed model predictive control (DMPC) of dynamically coupled linear discrete-time systems. In DMPC, a key issue is to determine how and when to communicate information between local controllers. Instead of considering a given and static communication scheme, we propose an approach to balance communication load and performance. First-order sensitivities of the local MPC solutions with respect to communicated information are used to decide whether communication between controllers may lead to improved performance. Zusammenfassung In diesem Artikel wird eine Methode zur verteilten modellprädiktiven Regelung (MPR) mit ereignisbasierter Kommunikation vorgestellt. Eine zentrale Frage bei verteilter MPR ist, wie und wann Informationen zwischen lokalen Reglern zu tauschen sind. Anstelle eines vorgegebenen statischen Kommunikationsschemas wird hier ein Ansatz betrachtet, in dem nur dann kommuniziert wird, wenn dies die Regelgüte verbessern kann. Dadurch wird ein Kompromiss zwischen Regelgüte und Auslastung des Kommunikationsnetzwerks erzielt.

In this paper, a unified approach to sequence-based control and estimation of linear networked systems with multiple sensors is proposed. Time delays and data losses in the controller-actuator link are compensated by sending sequences of control inputs. The sequence-based design paradigm is further extended to the sensor-controller connections without increasing the load of the network. In this context, we present a recursive solution based on the Hypothesizing Distributed Kalman Filter (HKF) that is included in the overall sequence-based controller design. Zusammenfassung Vorgestellt wird ein einheitlicher Ansatz zur sequenzbasierten Regelung digital vernetzter, linearer Systeme mit mehreren Sensoren. Übertragungsverzögerungen und Datenverluste zwischen Regler und Aktor werden durch das Senden ganzer Regelungssequenzen kompensiert. Weiterhin wird die sequenzbasierte Regelungsphilosophie auf den Datenkanal zwischen Sensoren und Regler übertragen, ohne dabei die Netzwerklast zu erhöhen. Hierzu wird eine Erweiterung des sogenannten Hypothesizing Distributed Kalman Filter (HKF) vorgestellt und in den übergeordneten sequenzbasierten Regelungsentwurf integriert.

We consider the synchronization problem for networks of linear control systems where the node systems are identical and the interconnection structure is constant. Both synchronizability and stabilizability problem are tackled within the common framework of synchronizing subspaces. Zusammenfassung Betrachtet werden Netze mit identischen, linearen Knotensystemen, wobei die Vernetzung als konstant angenommen wird. Über den Begriff der synchronisierenden Unterräume wird das Stabilisierbarkeits- und das Synchronisierbarkeitsproblem in der Zustandsraumbeschreibung vereinheitlicht behandelt. Beide Probleme werden auch im Frequenzbereich für den Spezialfall, dass die Knotensysteme SISO-Systeme sind, beschrieben.

Technological plants are live systems which are subject to persistent changes. For instance, instrumentations fail or are added, operation modes are changed or communication network topologies are modified. This paper presents a concept to adjust control algorithms to new configurations of the closed loop. The introduced Plug-and-Play Control utilises a communication network to exchange control algorithms between physically separated components. This paper elucidates the concept and describes a realisation of the algorithm exchange by remote procedure calls and model construction functions provided by MATLAB. Experiments on a fluid process illustrate the performance of Plug-and-Play Control and point out the necessary application requirements. Zusammenfassung Technische Anlagen unterliegen während ihrer Laufzeit ständigen Veränderungen. So fallen z. B. Sensoren aus oder kommen neu hinzu, oder es wird zwischen verschiedenen Arbeitsmodi oder Netzwerktopologien umgeschaltet. In diesem Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, um Regelungsalgorithmen an die neuen Systemkonfigurationen anzupassen. Plug-and-Play Control nutzt dabei ein Kommunikationsnetzwerk, um Regelungsalgorithmen zwischen getrennten Komponenten auszutauschen. Der Beitrag erläutert das Konzept und zeigt eine Realisierung der Regelungsalgorithmen mit Hilfe von entfernten Prozeduraufrufen und model construction Funktionen von MATLAB. Abschließend wird über die Erprobung des Konzepts an einem Demonstrationsprozess berichtet.

Recent publications showed that packet loss significantly reduces the performance of Networked Control Systems (NCS). One approach to increase the reliability of the communication system is to retransmit lost packets. Obviously, such retransmissions take time and thus require to increase the sampling time, what generally degrades the performance. Thus, we raise the question whether it is worth to increase the sampling time to allow more packet transmissions per sampling interval. To answer this question, we present and analyze four different configurations of the transport layer. Finally, with the help of three simple examples, we show that the control performance can be improved by a proper design of the transport layer. Zusammenfassung Aktuelle Veröffentlichungen zeigen, dass Paketverlust die Regelgüte stark verschlechtert. Ein in der Kommunikationstechnik weit verbreiteter Ansatz Paketverlust zu kompensieren ist das wiederholte Senden von verlorenen Paketen. Allerdings erfordert dies, dass gleichzeitig auch die Abtastzeit erhöht wird, was wiederum die Regelgüte verschlechtert. Deshalb erörtern wir in diesem Beitrag die Frage, ob es sich aus regelungstechnischer Sicht lohnt, die Abtastzeit zu erhöhen. Dazu präsentieren und vergleichen wir vier verschiedene Konfigurationen der Transportschicht. Zum Schluss zeigen wir anhand von drei Beispielen, dass die Regelgüte durch das Design der Transportschicht verbessert werden kann.

In this article we present a MATLAB ® toolbox to analyze networked systems from both a dynamical and a graph theoretical point of view in a user-friendly GUI tool. It is designed to allow easy creation, editing and simulation of models of networked dynamical systems, a large system class of practical interest. The main features of the software are described and several application examples are given. Zusammenfassung In diesem Artikel stellen wir eine MATLAB ® toolbox vor, um vernetzte Systeme sowohl von einem dynamischen, als auch von einem graphentheoretischen Blickwinkel in einem benutzerfreundlichen GUI Werkzeug zu analysieren. Es ist so gestaltet, dass Modelle von vernetzten dynamischen Systeme, eine große Systemklasse von praktischem Interesse, leicht erstellt, editiert und simuliert werden können. Die Hauptfunktionen der Software werden beschrieben und verschiedene Anwendungsbeispiele vorgeführt.