Stability region based robust controller synthesis

• Robuste Reglersynthese auf Grundlage von stabilisierenden Parameterräumen

Schrödel, Frank; Abel, Dirk (Thesis advisor); Leonhardt, Steffen (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Kurzfassung

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung von robusten Reglerauslegungsverfahren. Die dafür entwickelte Methodik basiert auf der Berechnung der Menge der stabilisierenden Regler- und Systemparameter. Neben einer umfassenden Darstellung des aktuellen Stands der Technik im Bereich der Parameterraumberechnungsverfahren werden in der Arbeit vielfältige Erweiterungen der bestehenden Berechnungsansätze vorgestellt. Über dies hinaus wird eine grundlegend neue und sehr generalistische Berechnungsmethodik vorgestellt, welche auf der Lyapunov-Stabilität basiert. Die in der Arbeit beschriebenen Berechnungsverfahren lassen sich für lineare Systemklassen (wie kontinuuierliche und zeitdiskrete System) sowie auch für nichtlineare Systeme, die sich mittels der Harmonischen Balance oder Lyapunov-Funktion analysieren lassen (wie schaltende Systeme), anwenden.Die stabilisierenden Parameterräume können nicht nur für nominelle Systeme, sondern auch direkt unter Berücksichtigung von Parameterunsicherheiten berechnet werden. Dies ermöglicht eine weniger konservative robuste Reglersynthese als sie mit den meisten aktuell verfügbaren Methoden erreicht werden kann. Hierfür gibt die vorliegende Arbeit einen tiefgehenden Überblick über die verfügbaren Wekzeuge zur robusten Regleranalyse (wie Kharitonov-Polynome). Zudem werden diese Ansätze erweitert, dass sie mit den zuvor entwickelten Parameterraumberechnungsmethoden zu einem neuartigen robusten Reglersyntheseverfahren verwendet werden können.Aufbauend auf der Berechnung der Parameterräume werden vielfältige Ansätze für optimale Reglereinstellungen präsentiert. Hierbei werden sowohl unterstützende Methoden für die assistierte Reglereinstellung (wie Performanz-Karten), als auch vollautomatische Reglereinstellungsmethoden vorgestellt. All die betrachteten Methoden nutzen explizit die zuvor berechneten Parameterräume, um eine effiziente Reglereinstellung zu gewähren.Abschließend werden die entwickelten Methoden an verschieden praktischen Beispielprozessen präsentiert, um ihre Anwendbarkeit zu demonstrieren und um einem Eindruck zu vermitteln, für welche Problemklassen die entwickelten Methoden einen Mehrwert bieten. Hierbei werden neben klassischen Prozessen mit einfachen Parameterunsicherheiten unter anderen auch vernetzte Systeme mit unsicheren Abtastzeiten sowie Totzeiten betrachtet.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Regelungstechnik [416610]