Volume 68, Issue 8 - Schwerpunktheft: Ausgewählte Beiträge der GMA-Fachausschüsse 1.30 und 1.40 / Frank Woittennek, Thomas Meurer

Zusammenfassung In diesem Beitrag nutzen wir Künstliche Neuronale Netze (KNN) zur Approximation der Dynamik nichtlinearer (mechanischer) Systeme. Diese iterativ approximierten neuronalen Systemmodelle werden in einer Offline-Trajektorienplanung verwendet, um eine optimale Rückführung zu bestimmen, welche auf das reale System angewandt wird. Dieser Ansatz des modellbasierten bestärkenden Lernens (engl. model-based reinforcement learning (RL)) wird am Aufschwingen des Einfachwagenpendels zunächst simulativ evaluiert und zeigt gegenüber modellfreien RL-Ansätzen eine signifikante Verbesserung der Dateneffizienz. Weiterhin zeigen wir Experimentalergebnisse an einem Versuchsstand, wobei der vorgestellte Algorithmus innerhalb weniger Versuche in der Lage ist, eine für das System optimale Rückführung hinreichend gut zu approximieren.

Zusammenfassung Der Beitrag behandelt Modelle für Flüssigkeitsfilme in Rohrleitungen. Da sich das Ein-/Ausgangsverhalten von Flüssigkeitsfilmen nur in grober Näherung mit klassischen Transportmodellen beschreiben lässt, werden zwei neue Modelle entwickelt. Letztere basieren auf Liquidelementen und sind auf andere Transportprozesse, bspw. im Verkehrsfluss, übertragbar. Zusammen mit den jeweiligen Modellannahmen führen fundamentale Bilanzgleichungen auf quasilineare partielle Differentialgleichungen erster Ordnung, die mittels des Charakteristikenverfahrens in retardierte Ein-/Ausgangsgleichungen überführt werden. Diese Darstellung ist für den Reglerentwurf und die Simulation vorteilhaft. Der praktische Hintergrund des Beitrags ist der Fallfilmverdampferprozess. Daher werden die beiden Modelle hinsichtlich des beobachteten Ein-/Ausgangsverhaltens von Fallfilmverdampfern verglichen.

Zusammenfassung Diese Arbeit stellt eine innovative Power-Hardware-in-the-Loop-Entwicklungsplattform zur Prüfung von Bahnstromabnehmern vor. Ein echtzeitfähiges Finite-Elemente-Modell der Oberleitung wird formuliert, um deren relevante Dynamik um den Stromabnehmer-Kontakt effizient und genau darzustellen. Die Beschreibung in zugfesten, mitbewegten Koordinaten erlaubt es, das Rechengebiet deutlich zu kürzen. Unerwünschte Reflexionen hinauslaufender Wellenanteile an den Rändern werden durch ein leistungsfähiges Konzept zur Aufprägung absorbierenden Randverhaltens vermieden. Ein modellprädiktiver Impedanzregler emuliert die virtuelle Fahrleitungsdynamik auf dem realen Stromabnehmerprüfstand in Echtzeit.

Zusammenfassung Der systematische Zugang zum Backstepping-Entwurf von Zustandsrückführungen für gekoppelte ODE-PDE-ODE-Systeme, die sich zumeist für verteilt-parametrische Prozesse unter Berücksichtigung der Dynamik von Aktoren und Sensoren ergeben, erlaubt nicht nur die sukzessive und vereinfachte Herleitung von bereits bekannten Backstepping-Reglern sondern ermöglicht auch deren Entwurf für bisher nicht betrachtete Systemklassen. Der Zugang nutzt dabei die diesen Systemen inhärente strenge Rückkopplungsform aus. Wie beim klassischen Integrator-Backstepping wird das ODE-PDE-ODE-System schrittweise durch virtuelle Zustandsrückführungen stabilisiert und der Zustand in Fehlerkoordinaten überführt. Der vorgeschlagene, modulare Entwurf ist dabei im Wesentlichen unabhängig davon, ob der verteilt-parametrische Teil des Systems parabolisch oder hyperbolisch ist.

Zusammenfassung Für Ruhelagen autonomer retardierter Funktionaldifferentialgleichungen werden Konzepte zur Abschätzung des Einzugsbereichs abgeleitet. Diese stützen sich auf Verallgemeinerungen der direkten Methode von Lyapunov und des LaSalle-Invarianzprinzips. Bei totzeitfreien gewöhnlichen Differentialgleichungen lassen sich Untermengen des Einzugsbereichs durch Subniveaumengen von Lyapunov-Funktionen beschreiben. Im Gegensatz dazu kann bei totzeitbehafteten Systemen gegebenenfalls keine nichtleere Subniveaumenge eines entsprechenden Lyapunov-Krasovskii-Funktionals in das Monotoniegebiet einbeschrieben werden. Der vorliegende Beitrag gibt zulässige Einschränkungen der Subniveaumengen an, um dieses Problem zu lösen. Zudem werden numerische Methoden beschrieben, die auf Oberschranken des Einzugsradius schließen lassen.

Economic model predictive control is applied to a simplified linear microgrid model. Monetary costs and thermal comfort are simultaneously optimized by using Pareto optimal solutions in every time step. The effects of different metrics and normalization schemes for selecting knee points from the Pareto front are investigated. For German industry pricing with nonlinear peak costs, a linear programming trick is applied to reformulate the optimization problem. Thus, together with an efficient weight determination scheme, the Pareto front for a horizon of 48 steps is determined in less than 4 s.

Zusammenfassung Das Themengebiet der Arbeit gliedert sich in die drahtlose Kommunikation und das Problem der Koexistenz von drahtlosen Systemen ein. Das Management hierfür kann automatisiert oder manuell erfolgen. Für ein automatisches Koexistenzmanagement untersucht die Arbeit regelungstechnische Ansätze. Dabei liegt der Schwerpunkt bei einer Regelung zur Sicherung der Koexistenz, sowohl nach einem zentralen als auch nach einem dezentralen Ansatz. Für die Sicherstellung der Koexistenz wird eine zeitliche Entkopplung durch die Managementeinheit modelliert und an einem Versuchsaufbau erfolgreich validiert.