Volume 67, Issue 9

Zusammenfassung Seit Beginn der Industrialisierung haben sich weltweit drei dominierende E igen d ynamiken herausgebildet, nämlich die technisch-/wirtschaftliche, die ökologische und die demographische ED. Der verbreitete Einsatz der Rechentechnik sowie das Aufkommen der Automatisierung treiben den Fortschritt immer schneller voran und führen dazu, dass die drei Eigendynamiken – wie quantitativ dargelegt wird – ab 1950 steil ansteigen, d. h. erst seit gut zwei Generationen. Zum Wohle unserer Kinder und Kindeskinder ist ein weltweites Umdenken zwingend erforderlich. Hierzu bedarf es u. a. vielschichtiger staatlicher Maßnahmen zur Erzielung einer nachhaltigen Entwicklung sowie zur Anhebung des Lebensstandards in den Entwicklungsländern.

Zusammenfassung Zahlreiche regelungstechnisch relevante Entwurfs- und Analysefragestellungen lassen sich als Entscheidungsprobleme formulieren und mit quantifizierten Ausdrücken darstellen. Um diese Formulierungen für die jeweilige regelungstechnische Aufgabe nutzen zu können, werden Methoden der Quantorenelimination verwendet. Dabei handelt es sich um ein aus der Modelltheorie stammendes Konzept, um quantifizierte Ausdrücke in quantorenfreie Äquivalente zu überführen. Dieser Ansatz wird in diesem Beitrag auf eine Reihe von Fragestellungen angewendet und anhand diverser Beispiele diskutiert.

Zusammenfassung Dieser Beitrag diskutiert die Wahlmöglichkeiten hinsichtlich der konstanten Führungsgrößenaufschaltung, um einen bestehenden Zustandsregler für allgemeine d. h. auch sprungfähige sowohl zeitkontinuierliche als auch zeitdiskrete LTI-SISO-Systeme um einen Integralanteil auf einen sogenannten PI-Zustandsregler zu erweitern. Der Fokus dieser Arbeit liegt in einer systemanalytischen Interpretation der charakteristischen Fälle. Infolge des konstruktiven Zugangs können Methoden präsentiert werden, wie ein bestehender Zustandsregler ohne vollständigen Neuentwurf um einen Integralanteil erweitert werden kann. Dies ermöglicht prinzipiell eine ressourcenschonende online Umparametrierung bzw. Zu- und Abschaltung des I-Anteils. Von besonderem Interesse ist dabei die Möglichkeit, durch dezidierte Wahl der Vorfilterkonstante sogar die Invarianz des gesamten Führungsverhaltens des ursprünglichen Zustandsreglers zu erzielen. Dies wird durch systematische Abspaltung eines nicht erreichbaren Teilsystems erzwungen. Weiters wird hierfür die direkte Äquivalenz zu einem reduzierten Störgrößenbeobachter gezeigt. Eine andere Parametrierung erlaubt, rampenförmigen Führungssignalen asymptotisch exakt zu folgen bzw. derartige Ausgangsstörungen zu unterdrücken. Die Demonstration der wesentlichen präsentierten Methoden an einem Simulationsmodell mit integrierendem Verhalten schließt diesen Beitrag.

Zusammenfassung Die zunehmende Komplexität von regelungstechnischer Funktionalität und deren Umsetzung in Software erfordert eine Systematik zur Integration von systemtheoretischen als auch softwaretechnischen Vorgehensweisen. Die vorgestellte SCODE-Methode zielt auf eine systematische Herleitung von Betriebsmodi und Verifikation aller für den Funktionsentwurf relevanten logischen Zusammenhänge im Sinne einer „Essentiellen Analyse“ für mechatronische Systeme. Der Nutzen einer systematischen modularen Strukturierung ist neben garantierter (logischer) Vollständigkeit und Konsistenz durch eine damit einhergehende Komplexitätsreduktion sowie bessere Wartbarkeit und Testbarkeit gegeben. Der Artikel beschreibt die Methode anhand eines mechatronischen Beispiels, zeigt ihren Nutzen auf und stellt die vorhandene Toolunterstützung vor.

Many systems like manufacturing systems, biological processes and even stock markets can be seen as networks of coupled decision makers and thus be described as networked discrete event systems (DES) or multi-agent discrete event systems (MADES). Information interchange between agents is usually performed indirectly via competition for shared resources. The problem of trajectory planning for MADES is about finding an optimal sequence of decisions for the particular agents. The planning process can be performed in a distributed manner. To encode the trajectory planning problem, we utilize Petri net models and present a formal way to derive integer linear programs (ILPs) that exhibit a bordered block-diagonal structure. We apply Dantzig’s decomposition method to decompose the LP-relaxed problem into multiple subproblems that can be solved locally by their corresponding agents. In general, the obtained LP solutions are non-integer. Therefore, we ensure feasibility to the original ILP using a superior Branch-and-Bound algorithm. Hence, we end up with a so called Branch-and-Price algorithm, tailored to solve trajectory planning problems for general MADES via distributed optimization.

The role of a Digital Twin is increasingly discussed within the context of Cyber-Physical Production Systems. Accordingly, various architectures for the realization of Digital Twin use cases are conceptualized. There lacks, however, a clear, encompassing architecture covering necessary components of a Digital Twin to realize various use cases in an intelligent automation system. In this contribution, the added value of a Digital Twin in an intelligent automation system is highlighted and various existing definitions and architectures of the Digital Twin are discussed. Flowingly, an architecture for a Digital Twin and an architecture for an Intelligent Digital Twin and their required components are proposed, with which use cases such as plug and produce, self-x and predictive maintenance are enabled. In the opinion of the authors, a Digital Twin requires three main characteristics: synchronization with the real asset, active data acquisition from the real environment and the ability of simulation. In addition to all the characteristics of a Digital Twin, an Intelligent Digital Twin must also include the characteristics of Artificial Intelligence. The Intelligent Digital Twin can be used for the realization of the autonomous Cyber-Physical Production Systems. In order to realize the proposed architecture for a Digital Twin, several methods, namely the Anchor-Point-Method, a method for heterogeneous data acquisition and data integration as well as an agent-based method for the development of a co-simulation between Digital Twins were implemented and evaluated.

The use of machine learning in driver assistance systems allows to significantly enhance their functionalities. In particular, it allows to personalize systems by evaluating the driver’s past behavior. Such personalization is especially relevant for recommendations in maneuvers where the specific maneuver embodiment strongly depends on the driver’s momentary driving style and attention. Led by this idea, PRORETA 4 developed a prototypical City Assistant System, which gives the driver a personalized recommendation in urban scenarios. To adapt the recommendations and warnings appropriately, the system incorporates the learned momentary driving style and the driver’s gaze behavior. In this work, we describe the main functional blocks of the system, present our solutions to major implementation challenges and also discuss the safety of the used learning algorithm.

Zusammenfassung Der Beitrag beschreibt eine zeitoptimale Trajektorienplanung, die eine simultane Quer- und Längsplanung auf Basis eines nichtlinearen Einspurmodells durchführt. Das Optimierungsproblem wird vom Zeit- in den Ortsbereich transformiert. Die Planung wird sowohl für Rundkurse als auch zur zyklischen Planung mit statischen Objekten eingesetzt. Neben der Rundenzeit stehen Komfort und Rechenzeit im Fokus.