Volume 64, Issue 8 - Special Issue: Ausgewählte Beiträge der GMA-Fachausschüsse 1.30 und 1.40 / Jürgen Adamy, Volker Willert, Saman Khodaverdian, Joachim Rudolph

Zusammenfassung In diesem Beitrag stellen wir ein konstruktives Verfahren zur Berechnung flacher Ausgänge nichtlinearer zeitdiskreter Mehrgrößensysteme vor. Dieses Verfahren basiert auf einer koordinatenunabhängigen geometrischen Systemdarstellung und einer strukturell flachen Normalform, die sich durch eine dreiecksförmige Abhängigkeit der Systemgleichungen von den Systemvariablen auszeichnet und die es gestattet, einen flachen Ausgang direkt abzulesen. Wir zeigen ein konstruktives Verfahren, mit dem das System schrittweise auf diese strukturell flache Dreiecksform transformiert wird. Gelingt die Transformation auf Dreiecksform, dann ist damit die Flachheit des Systems nachgewiesen, im Falle eines Scheiterns des Verfahrens ist hingegen im Allgemeinen keine Aussage über die Nicht-Flachheit des Systems möglich. Das Verfahren wird anhand von Beispielen veranschaulicht.

Zusammenfassung Der Entwurf invarianter Folgeregler für allgemeine nicht-holonome n -Anhänger-Systeme wird diskutiert. Zwei Fälle werden betrachtet: Für das allgemeine 1-Anhänger-System wird auf der Basis bekannter Ergebnisse zur Flachheit dieses Systems ein Regler vorgeschlagen. Für das allgemeine nicht-flache n -Anhänger-System ( n  > 1) wird ein alternativer Ansatz für den Reglerentwurf beschrieben. Dabei wird die Rückwärtsfahrt mit Hilfe einer statischen Zustandsrückführung auf die Vorwärtsfahrt zurückgeführt. Für diese wird im Anschluss eine Folgeregelung mit Hilfe einfacher Eingangs-Ausgangs-Linearisierungs-Techniken entworfen. Die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Regelungsansätze wird auf der Basis von Simulationsstudien und experimentellen Ergebnissen gezeigt.

Zusammenfassung Der Beitrag befasst sich mit der Frage, wie die Clusteranalyse von dezentral abgelegten vernetzten Datenbeständen sowohl im Bezug auf die Konvergenzgeschwindigkeit als auch auf die zu erreichende Güte der Datenzerlegung verbessert werden kann. Dazu wird die Idee der Regelung von Daten über einen Datenregler vorgestellt. Für das K -means Clusteringverfahren wird ein beweisbar konvergenter Datenregler entworfen und anhand eines umfangreichen Benchmarks evaluiert. Des Weiteren wird eine Matrix zur Beschreibung von Zugehörigkeitsübergängen von Clusterdynamiken eingeführt und die Verwandtschaft des Datenreglers zu Kernelmethoden aufgezeigt. Außerdem wird die Beziehung zwischen dem Datenregler und Consensusdynamiken für Multi-Agenten-Systeme hergestellt. Damit ist das vorgestellte Verfahren verteilt implementierbar und auf große dezentral abgelegte Datenmengen anwendbar.

Zusammenfassung Dieser Beitrag beschreibt einen neuen, verkopplungsbasierten Zugang zur Synchronisierung heterogener agentenbasierter Systeme. Der Ansatz basiert auf der Idee, durch eine unterlagerte Rückführung die Agenten asymptotisch bezüglich des Netzwerks zu homogenisieren. Dies ermöglicht es, die Synchronisierung des Gesamtsystems auf bekannte Methoden zur Synchronisierung homogener Agenten zurückzuführen. Als Vorteil des Ansatzes ergibt sich zudem, dass zur Synchronisierung lediglich Ausgangsinformation über das Netzwerk kommuniziert werden muss und damit ein minimaler Kommunikationsaufwand entsteht. Das Vorgehen wird anhand eines numerischen Simulationsbeispiels veranschaulicht.

Zusammenfassung In diesem Beitrag betrachten wir das Output Regulation -Problem für ein vernetztes System, bestehend aus autonomen Agenten. Die Besonderheit liegt darin, dass Messgrößen gegebenenfalls von mehreren Agenten abhängen, aber trotzdem die benötigten lokalen Zustandsgrößen auf verteilter Art und Weise geschätzt werden sollen, damit das Output Regulation-Problem gelöst werden kann. Wir präsentieren einen ℋ ∞ -Beobachter- und Reglerentwurf, der die benötigten Zustandsgrößen schätzt, dabei skalierbar ist, sprich auch für eine große Anzahl von Agenten geeignet ist, und eine bestimmte Güte gegenüber Störgrößen sowohl für den Schätzfehler als auch für den Regelfehler garantiert.

Zusammenfassung Der Beitrag stellt ein Verfahren zur stochastischen modellprädiktiven Regelung nichtlinearer Systeme vor, wobei das unsichere Systemverhalten durch eine stochastische Differentialgleichung beschrieben wird. Die Unscented-Transformation wird eingesetzt, um die Evolution der Wahrscheinlichkeitsverteilung durch eine Prädiktion von Mittelwert und Kovarianz zu ersetzen. Das resultierende deterministische Problem kann effizient numerisch mit einem Gradientenverfahren gelöst werden.

Zusammenfassung Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen sind Energiewandler, die aus reinem Wasserstoff und dem Sauerstoff der Umgebungsluft elektrische Energie bereitstellen. Zum Erhalt des effizienten Ablaufs der chemischen Reaktion ist es notwendig, das anodenseitige Gassystem regelmäßig von angesammeltem Stickstoff und Wasserkondensat zu befreien. Dieser Vorgang wird im vorliegenden System durch Spülen mittels Öffnen eines Ventils durchgeführt. Zur Druckregelung während dieses wiederkehrenden Vorgangs wird eine Iterativ Lernende Regelung eingesetzt. Dieser Beitrag zeigt die zu Grunde liegenden Modelle für die Erstellung der benötigten Lernfilter und experimentelle Ergebnisse an einem Prüfling mit bis zu 4.4 kW elektrischer Leistung. Für einen Vergleich werden Lernfilter mit und ohne Modellkenntnis gebildet und eine Optimierend Iterativ Lernende Regelung eingesetzt.

Zusammenfassung Der Entwurf neuer Regelungsstrategien zum optimalen dynamischen Betrieb von Pumpspeicherkraftwerken erfordert ein möglichst echtzeitfähiges Modell zur Beschreibung von Druck- und Volumenstromschwankungen in den Druckrohrleitungen. Klassische Ansätze, wie die Methode der Charakteristiken führen auf hochdimensionale Systeme finiter Differenzengleichungen. In diesem Beitrag werden die partiellen Differentialgleichungen mit Hilfe der Spektral-Element-Methode diskretisiert. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Implementierung von Randbedingungen im Sinne einer numerisch stabilen Upwind-Diskretisierung gelegt. Im Rahmen mehrerer Simulationen wird gezeigt, dass unter realistischen Bedingungen die Systemordnung durch den Einsatz der Spektral-Element-Methode um mindestens eine Größenordnung reduziert werden kann.