Nichtlineare modellprädiktive Regelung mit Timed-Elastic-Bands

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Torsten Bertram
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318063616

In Folge zunehmender Komplexität technischer Prozesse steigen die Anforderungen an deren Regelung und Automatisierung. Damit rücken Regelungskonzepte, welche Beschränkungen des Prozesses hinsichtlich der Stell- und Zustandsgrößen explizit berücksichtigen, in den Fokus sowohl der Forschung als auch der Anwendung. Unter diesem Aspekt eignen sich prädiktive Regler, welche wiederholt eine bezüglich eines Gütemaßes optimale Steuerfolge für ein nichtlineares dynamisches System über einen festgelegten Zeithorizont ermitteln. Innerhalb der letzten Dekade ist das Interesse an numerisch effizienten Realisierungen prädiktiver Regelungen gestiegen, mit dem Ziel, dieses Regelungskonzept für mechatronische Systeme mit schneller Dynamik zu erschließen. Bisher entwickelte Varianten beschränken sich meist auf verbrauchs- und verlaufsoptimale Gütemaße und eignen sich nicht für zeitoptimale Regelungsaufgaben.Vor diesem Hintergrund widmet sich das Forschungsvorhaben der Entwicklung innovativer Methoden für die nichtlineare prädiktive Regelung unter expliziter Berücksichtigung der Zeitinformationen. Im Fokus des Vorhabens stehen zwei zentrale Ziele: Erstens die Erweiterung der modellprädiktiven Regelung für zeitoptimale Gütemaße und zweitens die effiziente Lösung und Approximation des Optimalsteuerungsproblems mit dedizierten Optimierungsverfahren für generelle Gütemaße.Das Arbeitsprogramm beschäftigt sich mit der Konzeption, Entwicklung, Realisierung und Evaluierung eines neuen Ansatzes basierend auf sogenannten Timed-Elastic-Bands zur effizienten modellprädiktiven Regelung. Dieser Ansatz wird mit etablierten Methoden in einer systematischen Analyse hinsichtlich Rechenaufwand, Regelgüte sowie Robustheit der Prädiktion und Regelung gegenüber Störeinflüssen in Simulation und Experiment abschließend verglichen und bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen