Volume 67, Issue 8 - Schwerpunktheft: GMA FA 1.30 und 1.40/ Frank Woittennek, Thomas Meurer

Zusammenfassung Zur Fehlerdiagnose für verteilt-parametrische Systeme (SVP) wird eine neue Methode vorgestellt, die keine Systemapproximation erfordert. Die Anwendung von Integraltransformationen auf das SVP ermöglicht das Aufstellen einer Eingangs-Ausgangs-Beziehung, aus der sich ein algebraischer Ausdruck für den Fehler herleiten lässt. Um die Fehlerdiagnose unabhängig von den Störungen und unbekannten Zuständen zu machen, wird die Bestimmung der als Modulationsfunktion bezeichneten Integralkerne auf die Realisierung eines Arbeitspunktwechsels für ein SVP zurückgeführt. Aufgrund der Flachheit dieses SVP können die zugehörige Trajektorienplanung und der Steuerungsentwurf systematisch mit flachheitsbasierten Methoden erfolgen. Damit stellt der Beitrag erstmalig einen neuen Zusammenhang zwischen der Fehlerdiagnose für SVP und der Flachheitseigenschaft her. Die neue Diagnosemethode wird im Beitrag auf einen Euler-Bernoulli-Balken mit polynomialen sowie beschränkten Störungen zur Detektion von Aktorfehlern angewendet und in Simulationen validiert.

Zusammenfassung Datenbasierte Modellbildungsverfahren haben auch für komplexe und hochdimensionale Systeme an Bedeutung gewonnen. Sie bieten den Vorteil einer deutlich verkürzten Entwicklungszeit im Vergleich zur physikalischen Modellierung. Der Nachteil vieler herkömmlicher Verfahren ist allerdings, dass selbst einfaches Wissen, wie etwa Extrapolationseigenschaften, nicht in der Modellgenerierung berücksichtigt werden können. Deshalb soll in diesem Beitrag eine Methodik vorgestellt werden, wie auf Basis der Gaußprozessregression solches Wissen auch für datenbasierte Verfahren genutzt werden kann. Desweiteren ist es in vielen physikalischen Systemen notwendig, dass die Modelle während der Laufzeit an individuell unterschiedliche Systeme angepasst werden können. Dazu wird ein Online-Adaptionsverfahren vorgestellt, welches die Unsicherheitsinformation des Gaußprozesses nutzt, um Änderungen im System zu detektieren und das Modell anzupassen.

In order to apply control theory in small autonomous vehicles, mathematical models with small numbers of states are required for using the limited computational power in embedded programming. In this paper, we consider an artificial fishtail as an example for a complex mechanical system with a second-order large-scale model, which is derived by using the finite element method. To meet the above limitations, the several hundreds of thousands of degrees of freedom need to be reduced to merely a handful of surrogate degrees of freedom. We seek to achieve this task by various second-order model order reduction methods. All methods are applied on the fishtail’s matrices and their results are evaluated and compared in the frequency domain as well as in the time domain.

Zusammenfassung Zukünftige Regelungskonzepte werden verstärkt auf Cloud-Computing und verteiltes Rechnen setzen. In den resultierenden vernetzten Regelungssystemen werden sensible Daten über öffentliche Netzwerke kommuniziert und auf Plattformen Dritter verarbeitet. Verschlüsselte Regelungen zielen darauf ab, die Vertraulichkeit dieser Daten im gesamten Regelkreis zu sichern. Um dieses Ziel zu erreichen, werden klassische Regelungsalgorithmen so modifiziert, dass sie verschlüsselte Regeleingriffe basierend auf verschlüsselten Systemzuständen berechnen. Zum Einsatz kommen dabei homomorphe Verschlüsselungsverfahren, die einfache mathematische Operationen auf verschlüsselten Daten ermöglichen. Der Artikel erläutert die Implementierung verschlüsselter Regelungen anhand von drei wegweisenden Realisierungen in der Cloud.

Zusammenfassung Im Projekt „Next Generation Train“ (NGT) bündelt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) seine Schienenfahrzeugforschung. Der NGT ist ein Konzept für einen energieeffizienten Ultrahochgeschwindigkeitszug mit Einzelrad-Einzelfahrwerken. Diese erfordern eine Regelung der Lateraldynamik, um eine Spurführung mit reduziertem Verschleiß zu ermöglichen. Auf offener Strecke ist die direkte Messung der Querverschiebung schwer zu realisieren. Dieser Beitrag zeigt auf, mit welcher Sensorkonfiguration es möglich ist, die laterale Position durch einen nichtlinearen Beobachter schätzen zu können. Auf Grundlage der nichtlinearen Bewegungsgleichung und ausgewählter Sensorkonfigurationen wird die Beobachtbarkeit analysiert. Abschließend werden ein Extended und ein Unscented Kalman-Filter für die drei Sensorkonfiguration auf einem Echtzeitsystem implementiert und validiert.

This paper deals with the tracking control of a particular heavy chain system, which consists of a chain mounted onto a pivoted disk. To this end, the governing system of ordinary differential equations is derived and a trajectory is computed via numerical optimization. As the arising optimization problem is computationally complex, a multithreading algorithm for parallel computation of the required derivatives is presented. Furthermore, a stabilizing feedback controller, based on damping injection and an integrator backstepping approach, is derived. Finally, measurements of a laboratory experiment show an excellent performance of the proposed control concept.