Industriesysteme
Die Gruppe Industriesysteme forscht an vielfältigen Themen zur Automatisierung industrieller Systeme und Anlagen, um deren Performanz bzw. Effektivität zu steigern. Im Mittelpunkt steht dabei die Modellierung und Regelung, mit dem Ziel theoretische regelungstechnische Ansätze auf industrielle Anwendungen zu übertragen.
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Aufgrund der vielfältigen Anwendungsfelder ergeben sich verschiedene regelungstechnische Herausforderungen:
- Viele der technischen Systeme sind komplex, nichtlinear und unter Umständen sogar verteilt-parametrisch.
- In vielen technischen Anwendungen werden bislang keine Regelungen verwendet. Eine Steigerung des Automatisierungsgrades kann jedoch in vielen Fällen die Produktivität deutlich erhöhen, sowie den Arbeitsaufwand verringern.
- Rechenkapazitäten an der Anlage sind häufig limitiert, sodass auf Edge/Cloud-Computing zurückgegriffen werden muss. Die Anbindung ist jedoch stets mit Latenzen verbunden, welche die Reglerperformance herabsetzen oder zu einer Destabilisierung des Regelkreises führen können.
- Während des Betriebs werden Prozesse teils stark gestört oder verändern ihre Dynamik.
- Technische Systeme lassen sich meist nur multidisziplinär modellieren, beispielsweise mithilfe von Fluidmechanik, Elektromechanik, usw. Häufig sind die entstehenden Modelle so komplex, dass diese reduziert oder durch ein vereinfachtes Ersatzmodell beschrieben werden müssen, um für die Regelungsaufgabe explizit genutzt werden zu können.
- Relevante Prozessgrößen können häufig nicht direkt gemessen werden, sei es, weil geeignete Sensoren zu teuer oder nicht verfügbar sind.
- Bei der Regelungsaufgabe müssen vorgegebene Grenzwerte, zum Beispiel für Regelgrößen und Zustände, und Nebenbedingungen, wie Energieverbrauch, eingehalten werden.
Um diese Herausforderungen zu bewältigen, forscht die Gruppe Industriesysteme in Zusammenarbeit mit interdisziplinären Partnern aus Industrie und Forschung an regelungstechnischen Lösungen, die über die in der industriellen Praxis eingesetzten Lösungen hinausgehen. Hierzu gehören unter anderen:
- Modellbasierte Optimierungsverfahren für komplexe Systeme
- Einsatz von echtzeitfähigen modelbasierten prädiktiven Regelungen sowie kontinuierlich lernenden Regelungen
- Integration moderner Regelungskonzepte in den Kontext digitale Industrie 4.0
- Automatisierte Identifikationsmethoden für komplexe Teilsysteme zur Abbildung relevanter Systemdynamiken
- Einsatz von Neuronalen Netzen in der Regelung
- Regelung und Analyse verteilt-parametrischer Systeme
- Erstellung von reduzierten White-Box- und Grey-Box-Modellen
- Entwicklung Virtueller Sensoren zur Schätzung nicht messbarer Größen
- Rapid Control Prototyping und Übertragung der Regelungskonzepte auf Industriesteuerungen
Aktuell werden Fragestellungen in folgenden Bereichen erforscht:
- Regelung mechatronischer Offshore-Systeme
- Aktive Schwingungsdämpfung, beispielsweise von Gebäuden
- Regelung klimatechnischer und verfahrenstechnischer Anlagen
- Modellierung und Regelung von Fluidtechnischen Systemen
- Digitalisierung industrieller Systeme und Anlagen