Ereignisbasierte verteilte Regelung von Multiagentensystemen mit Beschränkungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Daniel Görges
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280096196

Multiagentensysteme sind Systeme interagierender Agenten, die kollektiv lokale und globale Ziele verfolgen. Die einzelnen Agenten haben eine Dynamik, sind örtlich verteilt, können kommunizieren und sind oftmals hinsichtlich Dynamik, Beschränkungen und Zielen gekoppelt. Typische Beispiele sind elektrische Energiesysteme mit Generatoren, Lasten und Speichern als Agenten, die physikalisch durch das Energienetz und informationell durch ein Kommunikationsnetz gekoppelt sind, Verkehrssysteme, Bewässerungssysteme und Produktionssysteme. Solche Systeme haben eine außerordentlich hohe technologische, ökonomische, ökologische und soziale Relevanz und erfahren deshalb seit einigen Jahren sowohl im akademischen als auch im industriellen Bereich ein erhebliches Interesse. Die Regelung von Multiagentensystemen ist äußerst anspruchsvoll. Herausforderungen folgen insbesondere aus der enormen Rechen- und Kommunikationskomplexität. Um dieser Komplexität zu begegnen, wurden in jüngster Zeit verteilte und ereignisbasierte Regelungsmethoden entwickelt. Diese Methoden haben sich als sehr vielseitig und effektiv erwiesen. Die Forschung zu diesen Methoden ist jedoch noch am Anfang. Insbesondere holistische Methoden sind noch nicht verfügbar. Hier setzt das beantragte Projekt an. Ziel des Projekts sind holistische Methoden für den simultanen Entwurf von Reglern, Schedulern, Ereignisgeneratoren und Kommunikationstopologien für Multiagentensysteme mit physikalischen und informationellen Beschränkungen. Physikalische Beschränkungen resultieren aus Limitierung in den Aktuatoren und Systemen, informationelle Beschränkungen aus geteilten und nichtidealen Rechen- und Kommunikationsressourcen. Zu nennen sind beispielsweise Zugriffsbeschränkungen, Rechen- und Übertragungszeiten sowie Paketverluste. Innerhalb des Projekts werden zwei Ansätze verfolgt: ein ereignisbasiertes verteiltes Codesign (EBDC, Liu) und eine ereignisbasierte verteilte modellprädiktive Regelung (EBDMPC, Görges). EBDC basiert auf einem robusten Codesign von Reglern, Scheduler, Ereignisgeneratoren und Kommunikationstopologie, welches primär offline erfolgt, EBDMPC auf einem optimalen Codesign, welches primär online erfolgt. Die Ansätze sind komplementär hinsichtlich Komplexität und Performanz. EBDC hat eine geringe Komplexität, jedoch auch eine vergleichsweise geringere Performanz, EBDMPC eine hohe Komplexität, jedoch auch eine vergleichsweise höhere Performanz. Die Ansätze haben starke Querverbindungen, was eine sehr enge Zusammenarbeit der Projektpartner ermöglicht. Insbesondere Methoden für den verteilten Reglerentwurf, die Ereignisgenerierung basierend auf Optimalitätsbedingungen, den Kommunikationstopologieentwurf, die verteilte Plug-and-Play-Regelung und die verteilte Optimierung werden möglichst synergistisch entwickelt. Sämtliche Methoden werden für die verteilte Regelung von elektrischen Energiesystemen evaluiert und als offene, modulare und skalierbare MATLAB-basierte Toolbox implementiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen