Volume 72, Issue 8 - Schwerpunktheft: Ausgewählte Beiträge der GMA-Fachausschüsse 2.13 und 2.14; Gastherausgeber: Klaus Röbenack und Jens Saak

Zusammenfassung Fassaden zur Klimaanpassung (FKA) können dem Hitzeinseleffekt in dicht bebauten Innenstädten entgegenwirken. Durch Regenwasseraufnahme und Verdunstung an heißen, trockenen Tagen eignet sich ihre Anbringung vor allem an Hochhäusern mit viel Fassadenfläche. Zur Untersuchung des dynamischen Systemverhaltens wird eine FKA phänomenologisch über partielle Differentialgleichungen modelliert. Das Modell wird auf Basis einer Transportgleichung und Energiebilanzen hergeleitet. Durch die Untersuchung von stationären Zuständen werden Empfehlungen für Betriebsstrategien gegeben.

Zusammenfassung Dieser Beitrag behandelt das Containment-Control-Problem für lineare Multi-Agenten-Systeme (MAS) unter Verwendung von Kontinuumsmodellen. Bei diesem kooperativen Regelungsproblem muss ein Netzwerk-Regler für das MAS in Anwesenheit von Störungen bestimmt werden, welcher die Konvergenz der Agenten in einen durch die dynamischen Führungsagenten aufgespannten Bereich, der sogenannten Containment-Area, sicherstellt. Diese Aufgabenstellung wird auf eine Führungs- und Störgrößenaufschaltung für ein Kontinuumsmodell unabhängig von der Agentenanzahl zurückgeführt. Dabei können beliebige Agentenformationen, welche sich durch Bézierkurven beschreiben lassen, in der Containment-Area vorgegeben werden. Der zugehörige Entwurf eines Folgereglers erfolgt mittels des bilateralen Backsteppings, womit der Stellaufwand gezielt auf die beiden Randagenten verteilt werden kann. Die verteilte Lösung des Containment Problems ergibt sich durch einen Kontinuumssignalmodellbeobachter, welcher die Zustände des Führungs- und Störmodells an alle Agenten kommuniziert. Die zugehörige Kommunikationstopologie wird durch eine Ortsdiskretisierung eingeprägt. Ein Simulationsbeispiel veranschaulicht die neue Methode zum Netzwerkreglerentwurf.

Zusammenfassung Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem datenbasierten Regler- und Beobachterentwurf nichtlinearer Systeme auf der Basis neuronaler kanonischer Strukturen. Mit Hilfe von aufgezeichneten Systemtrajektorien und Methoden des maschinellen Lernens wird versucht, eine Systemdarstellung in speziellen kanonischen Normalformen zu erlernen. Die hierfür in dieser Arbeit betrachteten zeitdiskreten Brunovksy Normalformen erlauben es, mit Methoden der linearen Regelungstheorie klassische Zustandsregler und -beobachter zu entwerfen. Die Entwurfssystematik entspricht dabei einer exakten Linearisierung mit statischer Zustandsrückführung bzw. einem linearisierenden Beobachterentwurf mit Eingangs-/Ausgangsinjektion. Im Gegensatz zum klassischen modellbasierten Ansatz werden die notwendigen Transformationen jedoch nicht analytisch aus dem mathematischen Modell des Systems abgeleitet, sondern aus aufgezeichneten Datensätzen mittels neuronaler Netze in kanonischen Autoencoder-Strukturen approximiert.

Zusammenfassung High-Gain-Beobachter werden häufig verwendet, um den aktuellen internen Zustand nichtlinearer Systeme zu schätzen. Der Ansatz beruht auf der Transformation in die Beobachtbarkeitsnormalform und mitunter auf der Einbettung des Systems in einen höherdimensionalen Raum. Obwohl dies Vorteile in Bezug auf Existenzbedingungen und Konvergenz bieten kann, sind die rechnerischen und implementierungsbezogenen Aufgaben oft abschreckend. In diesem Beitrag gehen wir einige dieser Herausforderungen an, indem wir neuronale Netze und automatisches Differenzieren verwenden, um die erforderlichen Funktionen für die Implementierung des Beobachters zu approximieren. Dies bietet einen pragmatischen Ansatz, um einige der mit der Einbettung von Beobachtern verbundenen Probleme zu umgehen.

This article presents the numerical implementation of the recently proposed implicit robust exact differentiator (IRED), which constitutes a proper implicit discretization of Levant’s continuous-time robust exact differentiator (RED). A novel parameter setting is proposed that allows for an implementation without numerical approximations, which are otherwise required for resolving the implicit relations. Algorithms for the proposed and for general parameter settings are given, and a Simulink toolbox, available at the URL https://github.com/seeberr/ired_toolbox, is presented that implements the algorithms with an easy-to-use interface.

Zusammenfassung Die Nutzung von virtuellen Methoden im Bereich der Inbetriebnahme ist von zentraler Bedeutung für die Systemintegration im industriellen Anlagenbau. In diesem Zusammenhang stehen immer weiter vernetzte, produktive Umgebungen, deren Informationsaustausch zwischen Schnittstellenteilnehmern zunehmend auf Informationsmodellen basiert. Die frühzeitige Absicherung und Integration dieser Modelle ist ein komplexer Prozess, der eine strukturierte Vorgehensweise erfordert. In dieser Dissertation wird daher eine Methodik für die Informationsmodell-basierte virtuelle Inbetriebnahme erarbeitet.