Modulare verteilte modellprädiktive Regelung nichtlinearer nachbaraffiner Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Knut Graichen
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310613429

Steigende Anforderungen an die Effizienz und Flexibilität moderner Automatisierungs- und Regelungssysteme erfordern einen ganzheitlichenAnsatz für den Aufbau und die Regelung des Gesamtsystems, der über den isolierten Reglerentwurf für einzelne Subsysteme hinausgeht. Dezentrale und verteilte Regelungsansätze versuchen diesem ganzheitlichen Anspruch Rechnung zu tragen, indem wechselseitige Abhängigkeiten der einzelnen Elemente eines zu regelnden Systems im Modellierungsprozess abgebildet und beim Entwurf der Regelstrategie explizit berücksichtigt werden. In diesem Umfeld hat sich die modellprädiktive Regelung (Model Predictive Control - MPC) als geeignet erwiesen. Im Kern basiert MPC auf der Lösung eines Optimalsteuerungsproblems über einem endlichen Horizont, das gemäß der Abtastrate des Systems iterativ gelöst wird. Eine Erweiterung von MPC für verteilte bzw. gekoppelte Systeme stellt die verteilte modellprädiktive Regelung dar, bei der jedem Subsystem ein lokaler modellprädiktiver Regler (Agent) zugeordnet wird. In diesem Antrag soll ein verteiltes modellprädiktives Regelungsverfahren für nichtlineare, gekoppelte Systeme entworfen werden, bei dem jeder MPC-Agent ein Modell seiner Nachbarschaftsdynamik berücksichtigt und somit das dynamische Verhalten der an das entsprechende Subsystem gekoppelten Nachbarsysteme antizipieren kann, um die Konvergenzeigenschaften und Robustheit des Gesamtalgorithmus maßgeblich zu verbessern. Neben der Entwicklung und mathematischen Untersuchung dieser Methodik stellt ein weiteres Ziel des Antrages die numerische und experimentelle Umsetzung des verteilten Regelungsansatzes dar. Insbesondere ist die Entwicklung eines modularen Rahmenwerks geplant, das die einfache Konfiguration und Änderung der Kopplungsstruktur für geeignete Systemklassen ermöglicht.Für die mathematischen, numerischen und experimentellen Umsetzung derZiele kann auf Vorarbeiten aufgebaut werden, die im Antrag detailliert dargelegt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen