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Strukturierte Synthese symbolischer Abstraktionen für unendliche Kopplungen dynamischer Systeme

Antragsteller Professor Dr. Majid Zamani, seit 12/2021
Fachliche Zuordnung Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Förderung Förderung von 2018 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407680529
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Jüngste Fortschritte im Bereich der Datenverarbeitung, der verteilten Sensorik und der Datenverwaltung haben Möglichkeiten für neuartige Anwendungen eröffnet, bei denen eine große Anzahl von verstreuten Akteuren auf ein gemeinsames Ziel hinarbeitet. In Bereichen wie Smart Cities kann die Nutzung erschwinglicher persönlicher Kommunikation, der Kommunikation von Auto zu Auto und des umfassenden Einsatzes von Sensoren ein energieeffizientes und umweltfreundliches Verkehrsmanagement in der gesamten Stadt revolutionieren. Die effiziente Regulierung solch umfangreicher und verteilter Systeme ist jedoch mit Herausforderungen verbunden, wie z. B. der Handhabung unsicherer und zeitlich variabler Beteiligung, begrenzter Kommunikation und strenger Sicherheitsanforderungen. Um die Korrektheit zu gewährleisten, sind automatisierte Techniken zur Verifizierung und Synthese komplexer Systeme unerlässlich, wenn man die Risiken berücksichtigt, die mit fehlerhaften Konfigurationen und der Sicherheit verbunden sind. Außerdem erfordern neue Anwendungen anspruchsvolle Kontrollziele, die über die traditionellen Ziele der Kontrolltheorie hinausgehen. Ein komplexes Ziel könnte zum Beispiel die Optimierung von Ampelschaltungen sein, um Staus zu minimieren und einen Mindestdurchsatz auf der Autobahn aufrechtzuerhalten. Aufgrund der Komplexität der Kontrollziele, der Anzahl der beteiligten Agenten und der Komplexität des Problems ist ein systematischer und automatisierter Syntheseansatz, der Prinzipien aus der Informatik und der Kontrolltheorie kombiniert, von entscheidender Bedeutung. Automatisierte Verifikations- und Synthesetechniken, die ursprünglich für die Sicherstellung des korrekten Verhaltens von Software- und Hardwaresystemen entwickelt wurden, bieten einen strengen Rahmen, um diese Herausforderungen effektiv anzugehen. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der automatischen Synthese von Steuerungen auf der Grundlage symbolischer Modelle oder endlicher Abstraktionen erzielt. Es fehlt jedoch noch immer ein effizienter Ansatz zur Behandlung großer und potenziell unendlich-dimensionaler Systeme. Die Konstruktion symbolischer Modelle ist oft mit exponentieller Rechenkomplexität verbunden, so dass ein Brute-Force-Ansatz für große Systeme nicht praktikabel ist. Stattdessen schlagen wir vor, die Struktur des Systems zu nutzen und Dissipativität oder Argumente des kleinen Gewinns einzusetzen, um Methoden zu entwickeln, die auf große Systeme zugeschnitten sind. Indem die Struktur des Netzwerks erhalten bleibt, schafft unser Projekt einen strengen mathematischen Rahmen für die verteilte symbolische Steuerung von Systemen, die aus einer abzählbar unendlichen Anzahl dynamisch gekoppelter Teilsysteme bestehen. Die von uns entwickelten Methoden ermöglichen den Entwurf verteilter Steuerungen, indem sie die inhärente Systemstruktur nutzen, was zu effizienteren und skalierbaren Steuerungslösungen führt.

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