Strukturerhaltende Optimalsteuerung von Mehrkörpersystemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Betsch
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240990603

Im Forschungsvorhaben sollen neue numerische Verfahren für die Ermittlung optimaler Bewegungsabläufe mechanischer Mehrkörpersysteme entwickelt werden. Um Ressourcen zu schonen, sind energieeffiziente Bewegungsabläufe von zentraler Bedeutung. Hier stellt sich die Frage, wie ein Mehrkörpersystem angesteuert werden muss, damit die Bewegung mit möglichst minimalem Energieeinsatz erfolgt. Anwendungsbeispiele sind die Computersimulation optimaler Bewegungsabläufe in der Robotik und Biomechanik. Die optimale Lagesteuerung von Satelliten stellt ein weiteres Anwendungsgebiet dar.Jüngste Entwicklungen strukturerhaltender Verfahren für die Mehrkörperdynamik sollen auf Optimalsteuerungsprobleme erweitert werden. Diese Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass sie zentrale Gesetzmäßigkeiten der zugrundeliegenden physikalischen Beschreibung konsistent wiedergeben. Diese Konsistenzeigenschaften ermöglichen qualitativ korrekte Computersimulationen, auch bei grober Auflösung des Problems. Auch Optimalsteuerungsprobleme besitzen i.d.R. zentrale Struktureigenschaften, die bislang bei der Entwicklung numerischer Verfahren nicht berücksichtigt wurden. Im Forschungsvorhaben sollen erstmals strukturerhaltende dynamische Optimierungsverfahren für Mehrkörpersysteme entwickelt werden. Es wird erwartet, dass die neuen Verfahren verbesserte numerische Stabilitäts- und Konvergenzeigenschaften besitzen und die Optimalsteuerung vergleichsweise komplizierter Systeme ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen