Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik

Laufende Projekte

 

Control of Distributed-Parameter Systems Using normal Forms (PDEForm)

Laufzeit: 01.09.2023 - 31.08.2026
Projekt: FWF (I 6519-N)
Kooperationspartner: JKU Linz, Universität des Saarlandes, Universität Ulm

n dem durch den FWF und die DFG mit über einer Millionen Euro geförderten Projekt werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der UMIT TIROL, der JKU Linz, der Universität Ulm und der Universität des Saarlandes zusammenarbeiten, um bestehende methodische Grundlagen zur Regelung verteilt-parametrischer Systeme zu erweitern. Solche Systeme treten in Anwendungen als Modelle verfahrenstechnischer Reaktoren, von HGÜ-Netzen zur Übertragung elektrischer Energie oder zur Beschreibung thermischer Prozesse in modernen Energiespeichersystemen auf.

Bei Systemen mit örtlich verteilten Parametern (SVP) hängen die Systemgrößen sowohl von der Zeit als auch zusätzlich signifikant vom Ort ab. Das führt unmittelbar auf partielle Differentialgleichungen zur mathematischen Beschreibung der den technischen Prozessen zugrundeliegenden physikalischen Vorgänge. Nur mit Hilfe derartig komplexer Modelle sind die stetig steigenden Anforderungen an die Automatisierung technischer Systeme zu bewältigen. Damit sich zugehörige Steuerungen und Regelungen zur gezielten Beeinflussung der Prozesse entwerfen lassen, bedarf es neuer methodischer Grundlagen. Die Vielfalt der in Anwendungen auftretenden Klassen verteilt-parametrischer Systeme macht es dabei nötig, die zu entwickelnden Methoden auf einen einheitlichen Rahmen zurückzuführen, um einen systematischen Zugang zu gewährleisten. Dazu werden im Forschungsvorhaben moderne Ansätze im Bereich der Backstepping- und Flachheitsmethoden für SVP erweitert und miteinander kombiniert. Die resultierenden Ergebnisse leisten damit nicht nur wichtige Beiträge zur wissenschaftlichen Fortführung bereits etablierter Methoden für SVP, sondern werden es auch ermöglichen, sowohl für bestehende Problemstellungen in der Praxis bessere Lösungsansätze zu finden als auch neue anwendungsorientierte Problemstellungen methodisch zu erschließen.

Hervorgegangen ist das Projekt aus einer mehrjährigen gemeinsamen Forschungstätigkeit der Arbeitsgruppen von Prof. Deutscher (Ulm) und Prof. Rudolph (Saarbrücken) sowie in Österreich von Frau Dr. Gehring (Linz) und Prof. Woittennek (Hall in Tirol). Die DFG und der FWF fördern eine Fortsetzung dieser Arbeit im Rahmen eines dreijährigen Weave-Projekts, um auch Nachwuchswissenschaftler(innen) in die neuen Forschungsprobleme einbinden zu können und so die geplante Methodenentwicklung schneller voranzutreiben.

Modellbasierte Regelung und Systemoptimierung zur Emmissionsreduktion von Gasmotoren (MoRSE)

Laufzeit: 01.11.2020 - 31.01.2024
Projekt: FFG Basis-Programm
Kooperationspartner: INNIO Jenbacher GmbH & Co OG

Um Emissionen von Gasmotoren in dem, dazu notwendigen, transienten Betriebsregime zu minimieren stehen verschiedene Abgasnachbehandlungstechnologien zur Reduktion von relevanten Emissionen, wie beispielsweise Stickoxiden bzw. CO2e (z.B. unverbrannte Kohlenwasserstoffe) zur Verfügung. Allen Katalysatorsystemen gemeinsam ist die Komplexität der Regelung im hochtransienten Betrieb wegen der auftretenden großen Totzeiten, Nichtlinearitäten bzgl. der Betriebstemperatur in der Dynamik und eines eingeschränkten Betriebsfensters abhängig von der temperaturabhängigen Speicherfähigkeit des Katalysators. Es sollen auf der einen Seite Eignungen verschiedener Katalysatortechnologien zur Emissionsreduktion analysieren werden und auf der anderen Seite die Regelgüte für die unterschiedlichen Systeme durch den Einsatz modellbasierte Regelungsansätze für den transienten Betrieb optimieren. 
Dazu sollen die im Zuge der Projekte INNUIT/MoReNe entwickelten neuen  verteiltparametrischen Ansätze zur Modellierung von Transportprozessen mit Speichergröße verwendet werden, die sich auf thermische als auch kinetische Rohrströmungen anwenden lassen. 

Ansprechpartner: Dipl. Ing. Jens Wurm, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Woittennek

Regelung von Systemen mit örtlich verteilten Parametern

Finanzierung: Haushalt

In vielen technischen dynamischen Systemen hängen die Systemgrößen nicht nur von der Zeit, sondern auch vom Ort ab. Systeme mit ortsabhängigen Größen  sind beispielsweise die Temperatur  in Wärmeleitern,  die ortsabhängie Auslenkung des Kontinuums in elastischen Systemen oder auch der  Druck oder die Temperatur in Rohrreaktoren. In Abhängigkeit von der Regelungsaufgabe ist es in vielen Fällen sinnvoll, diese Ortsabhängigkeit auch im mathematischen Modell der betrachteten dynamischen Systeme explizit zu berücksichtigen. Dieser Zugang führt auf sogenannte Systeme mit örtlich verteilten Parametern, die durch partielle Differentialgleichungen mit Randbedingungen beschrieben werden. Eine besondere Herausforderung bei der Regelung dieser Systeme stellt die Tatsache dar, dass die zur Beeinflussung der Systeme zur Verfügung stehenden Stellgrößen ausschließlich von der Zeit abhängen. Am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik werden neue Methoden zur Analyse, Steuerung und Regelung derartiger Systeme entwickelt und in Prototypanwendungen erprobt.

Ansprechpartner: Univ-Prof. Frank Woittennek, Marcus Riesmeier, M.Sc.