Steuerung von gekoppelten, konkurrierenden Populationssystemen auf der Basis von Ein-Ausgangs-Modellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Oliver Sawodny
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327834553

Ausgehend von der Vorgehensweise beim modellbasierten Steuerungs- und Regelungsentwurf für ein intraspezifisch konkurrierendes Populationssystem ist im vorliegenden Forschungsvorhaben das Ziel die Ableitung von Methoden, die zu Ein-Ausgangs-Modellen und darauf basierenden Steuerungen sowie Regelungen für zwei gekoppelte interspezifisch konkurrierende Populationssysteme führen. In der ersten Förderperiode hat sich bei der Betrachtung einer einzelnen Population gezeigt, dass die Populationsdichte, welche durch die Regelung der Verdünnungsrate eingestellt werden kann, eine durch die Systemparameter festgelegte Altersstruktur besitzt, die nur zeitlich in ihrer Amplitude beeinflusst werden kann. Aufgrund der verschiedenen Verhaltensweisen der Organismen in Abhängigkeit ihres Alters ist es jedoch wünschenswert, diese Struktur zu beeinflussen, um beispielsweise die Stoffwechselaktivität der Gesamtpopulation zu einem bestimmten Zeitpunkt zu maximieren. Daher soll in der zweiten Förderperiode nun untersucht werden, wie diese Altersstruktur beeinflusst werden kann. Es soll beantwortet werden, wie die Altersstruktur durch die Kopplung zu einer zweiten Population beeinflusst wird. Die Frage ist, ob Anforderungen an die Systemparameter einer zweiten Spezies getroffen werden können, sodass die Altersstruktur der ersten Spezies auf eine gewünschte Weise beeinflusst werden kann. Eine weitere Option zur Beeinflussung der Altersstruktur, die in dieser Förderperiode untersucht werden soll, ist die Rezyklierungsrate als zweiter Stelleingang. Die verbleibende Fragestellung ist, auf welchem Weg es möglich ist zur Realisierung von Steuer- und Regelaufgaben die analytische Lösungsmethodik aus der ersten Förderperiode auf zwei gekoppelte Populationssysteme zu erweitern. Inwiefern beeinflusst die Kopplung den analytischen Zugang zum System und mit welchen Strategien kann eine Systemdarstellung gefunden werden, die eine Anwendung der Methodik aus der ersten Förderperiode ermöglicht.Die theoretischen Erkenntnisse sollen experimentell an einem Permittistat-Reaktor validiert werden. Dieser Reaktor spiegelt eine vereinfachte Realisierung einer Vielzahl an relevanten Anwendungen wie zum Beispiel auch Kläranlagen und Bioreaktoren für die Proteinsynthese wider. Im Sinne der biologischen Anwendung erlauben es die Untersuchung in der zweiten Förderperiode ein tiefergehendes Systemverständnis zu erlangen und geeignete Ansätze zur modellbasierten Steuerung und Regelung von gekoppelten Populationssystemen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen