Robuste Regelung trotz Störungen [23.09.26]
Wie lassen sich komplexe technische Systeme zuverlässig regeln, wenn Störungen an unterschiedlichen Stellen auftreten? Dieser Frage gehen Forschende der Universität Hohenheim und der Technischen Universität Graz nach. Im Verbundprojekt ROCD-PDEs entwickeln sie neue Methoden, mit denen sich auch Systeme, deren Verhalten sich über Raum und Zeit verändert, robust regeln und überwachen lassen. Dafür verbinden sie zwei Ansätze der Regelungstechnik, die bislang meist getrennt betrachtet werden: dissipativitätsbasierte Verfahren und diskontinuierliche Regelungsmethoden.
Ob in technischen Anlagen, in der Energieversorgung oder in automatisierten Produktionsprozessen: Viele komplexe technische Prozesse verändern sich nicht nur über die Zeit, sondern auch von Ort zu Ort. Das kann beispielsweise die Temperaturverteilung in einem Bauteil, die Strömung in einer Anlage oder die Ausbreitung von Schwingungen sein. Solche Systeme lassen sich mathematisch häufig durch partielle Differentialgleichungen (PDE) beschreiben. Wenn in solchen Systemen Störungen an unterschiedlichen Stellen auftreten, wird ihre zuverlässige Regelung besonders anspruchsvoll. Klassische Verfahren stoßen hier schnell an Grenzen.
Gemeinsam mit Kolleg:innen aus der Arbeitsgruppe von Dr. Stefan Koch an der TU Graz entwickeln die Hohenheimer Forschenden um Prof. Dr. Alexander Schaum deshalb neue Methoden, mit denen sich solche komplexen Systeme auch bei Störungen zuverlässig regeln und überwachen lassen. Ein spezielles mathematisches Verfahren, ein sogenannter Beobachter, hilft dabei, aus vorhandenen Messwerten auf den Zustand des Gesamtsystems zu schließen. So können die Forschenden auch Größen überwachen, die sich nicht direkt messen lassen.
Dabei verbinden sie zwei unterschiedliche Ansätze der Regelungstechnik. Beim ersten Ansatz zerlegen sie ein komplexes System in mehrere einfachere Teilsysteme. Diese können sie zunächst separat untersuchen und anschließend wieder zu einem stabilen Gesamtsystem koppeln. Dieses Prinzip wird in der Regelungstechnik als „Dissipativität“ bezeichnet. Der zweite Ansatz arbeitet mit gezielten, teilweise sprunghaften - diskontinuierlichen - Eingriffen in das System. Dadurch können Störungen schnell ausgeglichen und die Stabilität verbessert werden.
Durch die Kombination beider Ansätze wollen die Forschenden deren jeweiligen Stärken nutzen und die Systeme robuster gegenüber Störungen und Unsicherheiten machen. Zugleich wollen sie genauer herausarbeiten, unter welchen Bedingungen welche Methode besonders geeignet ist. Die entwickelten Verfahren werden nicht nur theoretisch untersucht, sondern anhand konkreter Fallbeispiele unter anderem bei Trocknungsprozessen und Wärmeausbreitungsphänomenen auch experimentell überprüft.
Projekt-Steckbrief
- Titel: Robuster Beobachter- und Reglerentwurf für PDE Systeme - ROCD-PDEs
- Fördersumme: 351.304 Euro
- Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Weave-Verfahrens
- Dauer: 1.9.2026 - 31.8.2029
- Beteiligte: Technische Universität Graz, Österreich (gefördert durch den Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF)
Schwergewichte der Forschung
Als „Schwergewichte der Forschung“ gelten herausragende Forschungsprojekte mit einem finanziellen Volumen von mindestens 350.000 Euro bei den Experimental- bzw. 150.000 Euro bei den Sozial- und Gesellschaftswissenschaften.
Kontakt
Prof. Dr. Alexander Schaum, Universität Hohenheim, Fachgebiet Prozessanalytik, +49 (0)711 459 23286, alexander.schaum@uni-hohenheim.de
