Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik

Lehrstuhl für Regelungssysteme

Prof. Dr.-Ing. Steven Liu

Arbeiten im Forschungschwerpunkt Eingebettete Regelungssysteme

Eingebettete Regelungssysteme sind in die Anwendung integrierte Rechnersysteme mit darauf implementierten Regelalgorithmen. Das Anwendungsspektrum ist sehr vielseitig, unter anderem finden sich eingebettete Regelungssysteme in Fahrzeugen und Flugzeugen, mechatronischen Systemen wie Roboter oder Werkszeugmaschinen, medizinischen Systemen oder „smarten“ Gebäuden. Moderne Oberklassefahrzeuge enthalten mehr als 100 solcher Electronic Control Units (ECUs) für ABS, ESP, ASR, Motor- und Getriebesteuerung und Klimaregelung. Die technologische und ökonomische Bedeutung ist dementsprechend groß.

Charakteristisch für eingebettete Regelungssysteme sind Beschränkungen der Größe und des Leistungsbedarfs, woraus sich Ressourcenbeschränkungen hinsichtlich der Rechenleistung und der Speicherkapazität ergeben. Eine zunehmende Miniaturisierung der eingebetteten Regelungssysteme einerseits und wachsende Funktionalitätsanforderungen andererseits erfordern eine effiziente Nutzung der limitierten Ressourcen. Multitaskingfähige Echtzeitbetriebssysteme werden vermehrt hierzu eingesetzt. Die Analyse und Synthese eingebetteter Regelungssysteme als konventionelle äquidistante Abtastregelungen ist aufgrund multitaskingbedingter respektive schedulingbedingter Effekte wie Latenzen und Jitter nur bedingt möglich.

Ziel des Forschungsschwerpunktes ist deshalb die Entwicklung neuer regelungs- und informationstechnischer Methoden zur Analyse und Synthese eingebetteter Regelungssysteme.

Analyse eingebetteter Regelungssysteme

Modellierung
Modelle für eingebettete Regelungssysteme sollen entwickelt und evaluiert werden. Insbesondere sind Latenzen und Jitter zu berücksichtigen. Grundlage hierzu bilden Hybride Systeme und Jump Linear Systems. Messungen an Echtzeitbetriebssystemen sind zudem durchzuführen.
Stabilitätsanalyse
Methoden zur Stabilitätsanalyse eingebetteter Regelungssysteme sollen untersucht werden. Ansätze hierfür ergeben sich beispielsweise aus der Stabilitätstheorie nach Ljapunow und dem Small Gain Theorem.
Simulation
Eine Simulationsumgebung für eingebettete Regelungssysteme soll erstellt werden. Simulationsplattformen wie MATLAB/Simulink oder Modelica und Simulationspakete wie Jitterbug oder TrueTime müssen zunächst beurteilt und ausgewählt werden. Biblio-theken mit Blöcken zur Simulation von Latenzen und Jitter sowie speziellen Regelungs- und Schedulingalgorithmen sind hierauf basierend zu implementieren.

Synthese eingebetteter Regelungssysteme

Regelungsverfahren
Robuste Regelungsverfahren wie H∞-Regelung oder μ-Synthese umd kompensierende Regelungsverfahren, beispielsweise optimale regelung, sollen hinsichtlich der Stabilität, Robustheit, Zuverlässigkeit und Entwurfsmethodik untersucht werden. Ziel hierbei sind gegenüber Latenzen und Jitter unempfindliche Regelungssysteme, die auch als „Implementation-Aware Control Systems“ bezeichnet werden.
Schedulingverfahren
Echtzeitfähige Schedulingverfahren wie Rate Monotonic Scheduling, Earliest Deadline First Scheduling und Server-Based Scheduling sollen hinsichtlich Latenz und Jitter untersucht werden. Ziel dabei ist die Minimierung von Latenzen und Jitter.
Kombinierte Verfahren
Kombinierte Regelungs- und Schedulingverfahren basierend auf Feedback Scheduling sollen erforscht werden. Man spricht hierbei auch von „Control and Scheduling Codesign“. Ziel ist ein integrierter Regler- und Schedulerentwurf derart, dass die Regelgüte aller Reglertasks optimiert wird.

Die Verfahren sollen jeweils an einem autonomen, mobilen Roboter mit Manipulator evaluiert werden.

Im Rahmen des Forschungsschwerpunktes zur Analyse und Synthese eingebetteter Regelungssysteme sind ständig Studien-, Diplom- und Masterarbeiten zu vergeben.

Wegen des interdisziplinären Charakters des Forschungsschwerpunktes ergeben sich so-wohl für Studierende der Automatisierungstechnik als auch für Studierende der Informationsverarbeitung, Techno-Informatik oder Informatik interessante Aufgabenstellungen.

Grundlegende Kenntnisse der Regelungstechnik, Simulationstechnik (MATLAB/Simulink), Mikroprozessortechnik und Programmierung (Assembler, C, C++) sind von Vorteil.

Weitere Informationen:	M.Sc. Sanad Al-Areqi (12/322)
	Dipl.-Ing. Daniel Görges (12/326)
	Dipl. Wirtsch.-Ing. Sven Reimann (12/330)
	M.Sc. Wei Wu (12/355)