Robuster dynamischer Programmierungsansatz zur Lösung von Flugdynamischen Steuerungsproblemen mit Störungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Florian Holzapfel; Varvara Turova, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Mathematik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262773078

Der Projektantrag stellt einen Fortsetzungsantrag für das sich derzeit in Bearbeitung befindende DFG Forschungsprojekt „Robuster dynamischer Programmierungsansatz zur Lösung von Flugdynamischen Steuerungsproblemen mit Störungen“ dar. Dieses Projekt wird derzeit in Kooperation zwischen dem Lehrstuhl für Mathematische Modellbildung (M6) und dem Lehrstuhl für Flugsystemdynamik an der TU München durchgeführt. Dabei wird die Anwendung spieltheoretischer Ansätze auf das Gebiet der robusten Flugzeugsteuerung behandelt. Die Grundlage bildet die Formulierung diverser Differentialspiele zwischen den Flugzeugsteuerungen und den Störungen (Wind), was die Berechnung robuster Zustandsrückführungsgesetze ermöglicht. Hauptbestandteil des sich derzeit in Bearbeitung befindenden Projekts ist zum einen die Implementierung einer stark parallelisierten Lösungsumgebung auf dem Gitterrechner SuperMUC des „Leibniz Supercomputing Centre“. Hiermit können offline nichtlineare Differentialspiele in bis zu sieben Dimensionen gelöst werden können. Zum anderen erfolgt die Integration der Lösungen für die (online) Flugregelung in Echtzeit am realistischen Flugsimulator des Lehrstuhls für Flugsystemdynamik. Zudem werden Ansätze für das Testen des resultierenden Regelungskonzepts in Bezug auf kontinuierliche Störungen, basierend auf Methoden der Differentialspiele und Optimalsteuerung entwickelt.Der Folgeantrag konzentriert sich auf zwei wesentliche Aspekte für die Weiterentwicklung der erarbeiteten Methoden: Zum einen soll eine neue Anwendung für Differentialspiele zur robusten Trajektorien-Regelung untersucht werden. Forschungsinhalt ist hier die Robustifizierung bestehender Regelungskonzepte durch eine echtzeitfähige Adaption von Regler-Parametern (z.B. Gains) mit Hilfe von Differentialspiellösungen. Dieses Regelungskonzept soll anhand realistischer Trajektorien für kritische Flugabschnitte wie Start und Landung im Forschungssimulator getestet werden. Neben der betrachteten Störung des aktuellen Projekts (Wind) werden nun zusätzlich auch Sensormessfehler betrachtet.Zum anderen werden die Testverfahren, welche auf nichtlinearen und linearen Differentialspielansätzen und direkten Optimalsteuerungsmethoden basieren, weiterentwickelt. Für die Optimalsteuerungsmethoden steht hier die effiziente Ausnutzung dünnbesetzter Strukturen und die Behandlung von starken Nichtlinearitäten im Vordergrund. Die Differentialspielansätze stützen sich zum einen auf die Verwendung nichtlinearer Modelle in relativ geringer Zustandsdimension, um optimale „worst-case“ Störungen für Teilsysteme zu bestimmen. Zum anderen wird ein linearer Differentialspielansatz eingesetzt, um linearisierte Modelle zu testen. Beide Ansätze erfordern eine Erweiterung der entwickelten Lösungsumgebung auf dem SuperMUC, um im nichtlinearen Fall bis zu neun Dimensionen und im linearen Fall bis zu 24 Dimensionen behandeln zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen