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Ref.-Nr. 5041

MPTSC – Modellprädiktive Trajektorienscharregelung für mechatronische Systeme

Keywords: Modellprädiktive Regelung, Regelungstechnik, Mikroprozessor, Mikrocontroller, Regler, Diskretisierung, model predicitve control, microprocessor, micro controller, discretization

Für eine schnelle und präzise Regelung von mechatronischen Systemen werden meist Regelungen auf Basis von nichtlinearen PID-Reglern verwendet. Je mehr Nichtlinearitäten ein System, desto komplexer wird die Reglung. Ein fortschrittlicheres Regelkonzept ist die modellprädiktive Regelung (MPC), die eine Vielzahl von Nachteilen der klassischen Regelung behebt. Hierzu zählen die explizite Berücksichtigung von Stell- und Zustandsbeschränkungen und die intuitive Reglerauslegung.

Die MPC behinhaltet auch das Lösen eines Optimalsteuerungsproblem, das rechenaufwendig ist. Da das Lösen zwischen zwei Abtastschritten erfolgen muss, können Prozesse mit hohen Dynamiken das Verfahren an seine Grenzen bringen. Eine Lösung bietet die modellprädiktive Trajektorienscharreglung (MPTSC), die eine MPC approximiert. Diese Approximation reduziert den Rechenaufwand deutlich, ohne dabei den modellprädiktiven Charakter zu verlieren. MPTSC basiert im Wesentlichen auf der Diskretisierung von Stellgrößen und kann dadurch  insbesondere auf gradienten-basierte Optimierungsalgorithmen verzichten. Daher können beliebige Kostenterme und Prädiktionsmodelle verwendet werden. Eine Adaption der Diskretisierung stellt eine hohe Approximationsgüte der klassischen MPC sicher.

Vorteile

  • Echtzeitfähig für hohe Reglertakte
  • Intuitiver Reglerentwurf
  • Flexibel einsetzbar
  • Vorteile von MPC enthalten

Kommerzielle Anwendung

MPTSC kann in allen mechatronischen Systeme eingesetzt werden, da es keine Ein­schrän­kungen hinsichtlich der Kostenterme und Prädiktionsmodell gibt. Die Einstellung der Regelung ist intuitiv, so dass sie auch vom Anwender selber durchgeführt werden kann. Aufgrund des verringerten Rechenaufwands kann MPTSC auch Systeme mit einer hohen Dynamik regeln und ist auch für diese echtzeitfähig.

Aktueller Stand

Eine deutsche und eine internationale Patentanmeldung wurden eingereicht. Das Verfahren wurde experimentell verifiziert. Im Namen der TU Dort­mund bieten wir interessierten Un­ter­neh­men die Möglichkeit zu Lizenzierung und zur Weiterentwicklung der Technologie.

Eine Erfindung der TU Dort­mund.

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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark. Genauere Informationen können Sie den Lageplänen entnehmen.