Diagnose gekoppelter quantisierter Systeme auf der Grundlage von Automatennetzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Quantisierte Systeme sind wertkontinuierliche Systeme, deren Signale nur quantisiert gemessen werden. Das Eingangs-Ausgangsverhalten solcher Systeme ist durch Symbolfolgen gekennzeichnet. In Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass Fehler in quantisierten Systemen mit Hilfe einer rein ereignisdiskreten Beschreibung diagnostiziert werden können, wobei nichtdeterministische und stochastische Automaten zur Darstellung des Systems eingesetzt wurden. Die Verhaltensrelation derartiger Automaten kann für gegebene Quantisierungen mit Hilfe von Abstraktionsmethoden aus dem Zustandsraummodell des wertkontinuierlichen Systems berechnet werden. Um die Komplexität der entstehenden ereignisdiskreten Modelle zu reduzieren und damit den Anwendungsbereich der Diagnosemethoden auf praktisch relevante Systeme auszudehnen, wurden in diesem Projekt gekoppelte quantisierte Systeme betrachtet. Das ereignisdiskrete Modell des Gesamtsystems wurde komponentenweise aufgestellt, wobei mit bekannten Abstraktionsmethoden ereignisdiskrete Modelle der Teilsysteme gebildet werden. Das Gesamtsystem ist folglich durch ein Automatennetz beschrieben, das typischerweise eine erheblich kleinere Komplexität als ein monolithisches ereignisdiskretes Modell aufweist. Ziel des Projektes war es, Analyse- und Diagnoseverfahren für Automatennetze zu entwickeln, wobei der Schwerpunkt auf den aus quantisierten Systemen entstehenden synchron schaltenden Netzen lag. Das Projekt gliederte sich in drei Phasen. In der ersten Phase wurden Kriterien erarbeitet, unten denen die Komposition eines Automatennetzes zu einem Gesamtautomaten zulässig ist. Dabei wurde das Rückkopplungsproblem für synchrone Automaten gelöst. In der zweiten Phase wurde basierend auf den bekannten Abtraktionsmethoden Modellierungsansätze zur komponentenorientierten Beschreibung quantisierter Systeme entwickelt. Es wurden Bedingungen aufgestellt, unter denen das erhaltene Automatennetz ein vollständiges Modell des quantisierten Systems ist und folglich für die Prozessdiagnose eingesetzt werden kann. Dabei zeigte sich, dass die Vollständigkeit der Modelle bei sich stark ändernden Signalen gefährdet ist, weil die getrennte Abstraktion der Teilmodelle von konstanten quantisierten Werten der Eingangssignale über jeweils eine Abtastperiode ausgeht. In der dritten und wichtigsten Projektphase wurden mehrere Diagnoseverfahren für synchrone Automatennetze erarbeitet, die sich in der Verwendung dezentraler bzw. koordinierter Strukturansätze unterscheiden. Bei diesen Verfahren gliedert sich das Diagnosesystem in mehrere Komponenten, die jeweils nur das Modell eines Teilsystems für die Diagnose einsetzen, so dass die Komplexität des gesamten Diagnosealgorithmus gegenüber der einer zentralen Diagnose wesentlich reduziert wird. Für die rechnergestützte Modellbildung, die Verhaltensanalyse von Automatennetzen und die Erprobung der entwickelten Diagnoseverfahren wurden die erarbeiteten Algorithmen in MATLAB implementiert. Die Algorithmen wurden an Laboranlagen und einem Anwendungsbeispiel aus der Industrie erprobt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- LICHTENBERG, G. ; NEIDIG, J.: Discrete Event Control of a Pinball Machine. In: Proceedings of the Seventh Workshop on Discrete Event Systems (WODES-04). Reims, France, 2004
- LUNZE, J. ; NEIDIG, J.: A New Approach to Distributed Diagnosis Using Stochastic Automata Networks. Proceedings of the Workshop on Advanced Control and Diagnosis (ACD). Duisburg, Germany, 2003, pp. 211-216
- LUNZE, J.: Modelling and Diagnosis of Quantised Systems; Chapter 8 of BLANKE, M. ; KINNAERT, M. ; LUNZE, J. ; STAROSWIECKI, M.: Diagnosis and Fault-Tolerant Control. Berlin: Springer-Verlag, 2006.
- LUNZE, J.: Quantisierte Systeme: von der kontinuierlichen zur ereignisdiskreten Beschreibung dynamischer Systeme. Paderborn: Ferdinand Schöningh, 2008.-ISBN 978-3-506-76692-2
- LUNZE, J.: Relations between networks of standard automata and networks of I/O automata. In: Proceedings of the 9th International Workshop on Discrete Event Systems (WODES-08). Göteborg, 2008, S. 425-430
- NEIDIG, J. ; LUNZE, J.: Coordinated Diagnosis of Nondeterministic Automata Networks. In: Proceedings of the 6th IFAC Symposium on Fault Detection, Supervision and Safety of Technical Processes (Safeprocess). Beijing, 2006
- NEIDIG, J. ; LUNZE, J.: Decentralised Diagnosis of Automata Networks. Proceedings of the 16th IFAC World Congress. Prague, 2005 [6] NEIDIG, J. ; LUNZE, J.: Direct Feedback in Automata Networks. Proceedings of the 16th IFAC World Congress. Prague, 2005
- NEIDIG, J. ; LUNZE, J.: Unidirectional Coordinated Diagnosis of Automata Networks. In: Proceedings of the 17th International Symposium MTNS. Kyoto, 2006, P. 2203-2208
- NEIDIG, J.: An Automata Theoretic Approach to Modular Diagnosis of Discrete-Event Systems. 2007.-ISBN 9783833498015
- NEIDIG, J.; FALKENBERG, C.; LUNZE, J.; FRITZ, M.: Qualitative Diagnosis of an Automotive Air Path. ATP International Automation Technology 3 (2005), Nr. 1, S. pp. 37-42
- PUIG, V.; QUEVEDO, J.; STANCU, A.; LUNZE, J.; NEIDIG, J.; PLANCHON, P.; SUPAVATANAKUL, P.: Comparison of Interval Models and Quantised Systems in Fault Detection of the DAMADICS Actuator Benchmark Problem. Proceedings of the 6th IFAC Symposium on Fault Detection (Safeprocess). Washington D.C., USA, 2003, pp. 1191-1196
