Volume 67, Issue 12 - Schwerpunktheft: Ausgewählte Beiträge des GMA-Fachausschusses 1.50 „Grundlagen vernetzter Systeme“ / Knut Graichen, Daniel Quevedo

Zusammenfassung Der Beitrag gibt eine Übersicht über Methoden zur Strukturierung und zum Entwurf vernetzter Abstandsregler von Fahrzeugkolonnen. Aus fünf Güteforderungen an das Gesamtsystem werden vier Entwurfsforderungen abgeleitet, die individuell an allen beteiligten Fahrzeugen zu erfüllen sind. Wenn die durch ein Verzögerungsmaß charakterisierte Eigenschaft der geregelten Fahrzeuge nicht zum Zeitabstandskoeffizienten aus den Güteforderungen passt, müssen die Fahrzeugregler über ein Kommunikationsnetz miteinander in Verbindung treten. Die dafür notwendige Kommunikationsstruktur kann auf systematischem Wege abgeleitet werden.

This paper proposes algorithms for the distributed solution of control problems for networked systems with coupling constraints. This type of problem is practically relevant, e. g., for subsystems which share common resources, or need to go through a bottleneck, while considering non-convex state constraints. Centralized solution schemes, which typically first cast the non-convexities into mixed-integer formulations that are then solved by mixed-integer programming, suffer from high computational complexity for larger numbers of subsystems. The distributed solution proposed in this paper decomposes the centralized problem into a set of small subproblems to be solved in parallel. By iterating over the subproblems and exchanging information either among all subsystems, or within subsets selected by a coordinator, locally optimal solutions of the global problem are determined. The paper shows for two instances of distributed algorithms that feasibility as well as continuous cost reduction over the iterations up to termination can be guaranteed, while the solutions times are considerably shorter than for the centralized problem. These properties are illustrated for a multi-vehicle motion problem.

Zusammenfassung Der vorliegende Beitrag behandelt die hierarchische Regelung von Microgrids mit leistungselektronischer Einspeisung sowie die Verkopplung solcher Microgrids zu Verbundnetzen. Zur Regelung einzelner Microgrids wird eine Sekundärregelung vorgeschlagen, die auf einer Lastschätzung und einem Ausgangsregulierungsansatz basiert. Sie erzielt stationäre Genauigkeit in Frequenz und Leistungsaufteilung. Um den Verbund von auf diese Weise sekundärgeregelten Microgrids zu koordinieren, wird schließlich ein konsensusbasierter Ansatz zur Tertiärregelung präsentiert.

The energy transition entails a rapid uptake of renewable energy sources. Besides physical changes within the grid infrastructure, energy storage devices and their smart operation are key measures to master the resulting challenges like, e. g., a highly fluctuating power generation. For the latter, optimization based control has demonstrated its potential on a microgrid level. However, if a network of coupled microgrids is considered, iterative optimization schemes including several communication rounds are typically used. Here, we propose to replace the optimization on the microgrid level by using surrogate models either derived from radial basis functions or neural networks to avoid this iterative procedure. We prove well-posedness of our approach and demonstrate its efficiency by numerical simulations based on real data provided by an Australian grid operator.

This work presents a distributed hierarchical control strategy for fleets of autonomous vehicles cruising on a highway with diverse desired speeds. The goal is to design a control scheme that can be employed in scenarios where only vehicle-to-vehicle communication is available and where vehicles need to negotiate and agree on their positions on the road. To this end, after reaching an agreement on the lane speed with other traffic participants, each vehicle decides whether to keep cruising along the current lane or to move into another one. In the latter case, it negotiates the entry point with others by taking part in a distributed auction. An onboard controller computes an optimal trajectory transferring the vehicle with agreed velocity to the desired lane while avoiding collisions.

Zusammenfassung Unvorhersehbare Prozessereignisse und Anomalien sind Treiber erhöhter Ineffizienzen in Form von schwankender Produktqualität. In diesem Beitrag wird ein datengetriebener Ansatz zur Qualitätsoptimierung vorgestellt, auf dessen Basis Anomalien charakterisiert werden, die zur Entwurfszeit des Systems nicht bekannt waren. Es wird eine Netzarchitektur in Form eines Sequence-to-Sequence Netzes mit Long Short-Term Memory (LSTM) Zellen vorgestellt. Dadurch kann vorhergesagt werden, welche Anpassung am Stellgrößenverhalten vorgenommen werden muss, um erwartete Anomalien zu kompensieren. Dadurch wird das Qualitätsergebnis langfristig in der Toleranz gehalten. Der Ansatz wird prototypisch anhand von zwei Prozessketten der diskreten Fertigung umgesetzt und evaluiert.