Mechanik und Mechatronik
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DIE REGELUNG KOMPLEXER SYSTEME

Autos sollen reibungslos und sicher funktionieren, Gebäude sollen ihr Raumklima auf komfortablem Niveau halten können, und man will den städtischen Verkehrsfluss verstehen und optimieren. Auf den ersten Blick gibt es bei diesen Themenbereichen keine Gemeinsamkeiten – dennoch handelt es sich dabei um komplexe, vernetzte Systeme, die nach Regelung und Optimierung mithilfe höherer mathematischer Methoden verlangen, damit sie sich so verhalten wie wir es möchten. Aufgrund der Verfügbarkeit leistungsstarker Computer können ausgefeilte, modellbasierte Regelungskonzepte in vielen immer anspruchsvolleren  Anwendungsbereichen erstellt eingesetzt werden. Dieser Trend schafft kontinuierliche Nachfrage nach neuen und effektiven Methoden im Bereich Modelldesign und Prozessautomatisierung. 

Viele mechanische Systeme können auf Basis physikalischer Grundlagen und Gleichungen zur Gänze analysiert werden. Allerdings können die meisten realen komplexen Systeme nur dann beschrieben werden, wenn die komplizierten Verbindungen zwischen Eingängen, -Parametern und Systemverhalten genau untersucht und in mathematische Gleichungen übertragen werden.

Das Verhalten vieler komplexer Systeme wird mit zumeist nichtlinearen Differentialgleichungen beschrieben. Sobald die erforderlichen Parameter vorhanden sind, kann ein mathematisches Modell gebildet werden, welches zum optimalen Systembetrieb sowie zur Prognose und Diagnose eingesetzt werden kann.

Die Liste möglicher Einsatzgebiete ist endlos und reicht von der Steuerung von Industriemaschinen zur Verringerung von Vibrationen über die akustische Optimierung von Lautsprechern bis hin zu umweltfreundlichen Verbrennungsverfahren in der chemischen Verfahrenstechnik. 

Manchmal ist das Vorhandensein einer präzisen, mathematischen Beschreibung eines Systems nicht ausreichend. Das Modell muss auch möglichst einfach sein – vor allem wenn es für die Echtzeit-Prozesssteuerung verwendet werden soll. Aus diesem Grund hat sich die Disziplin der Modellreduktion herausgebildet. 

Die Forschungsgruppe für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung ist auf die modellbasierte Regelung und Optimierung komplexer industrieller Systeme spezialisiert und verfügt in den folgenden Disziplinen über einzigartiges Know-how:

  • Datengetriebene Modellbildung von nichtlinearen multivariablen Systemen
  • Fortgeschrittene Modellreduktionsmethoden
  • Modellprädiktive Regelung komplexer vernetzter Systeme
  • Aktive Schwingungsregelung unter Einsatz von robusten Designmethoden
  • Impedanzregelung für Hardware-in-the-Loop-Systeme
  • Optimierungsbasierte Regelung von Energiesystemen (z.B. Kraftwerke und Smart Grids)

Ausgewählte Publikationen

J. Unger, C. Hametner, S. Jakubek, M. Quasthoff 
A novel methodology for non-linear system identification of battery cells used in non-road HEV, Journal of Power Sources, 2014

C.Hametner, C.Mayr, S.Jakubek 
Dynamic NOx emission modelling using local model networks, Int. Journal of Engine Research, 2014

N. Euler-Rolle, S. Jakubek, G. Offner
Model order reduction by projection applied to the universal Reynolds‘ equation, Math. and Computer Modelling of Dyn. Systems, 2014

O. König, G. Prochart, C. Hametner, S. Jakubek
Battery Emulation for Power-HIL Using Local Model Networks and Robust Impedance Control, Industrial Electronics, 2014

M. Killian, B. Mayer, A. Schirrer, M.Kozek
Cooperative Fuzzy Model Predictive Control, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2015

E. Talic, A. Schirrer, M. Kozek, S. Jakubek 
Multi-objective parameter identification of Euler–Bernoulli beams under axial load, Journal of
Sound and Vibration, 2015