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Institute: search.filters.UBSInstitut.Institut für SystemdynamikPublication Type: search.filters.UBSTyp.Abschlussarbeit (Diplom)

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    Observability analysis and observer design for controlled population dynamics
    (2005) Waldherr, Steffen
    The diploma thesis studies the design of nonlinear observers with exactly linear error dynamics via transformation or immersion into an appropriate observer canonical form. A model for the dynamics of two interacting species, which was derived as a generalisation of the predator-prey model by Lotka and Volterra, is used as benchmark system for this design. In particular, an additional control input is modelled in three ways. As observability of the system is a necessary condition for observer design, the methods for an observability analysis are presented and applied to the model. After that, the theoretical basics of the observer design methods are described and used for the design of an observer with exactly linear error dynamics, with regard to the results from the observability analysis. The observers are designed as Luenberger observers with output injection for the uncontrolled system and with input/output injection for the controlled systems. Some new studies concern the invariance properties of the nonlinear observers on a state region which is relevant for the system. For this purpose, the notation of invariant observers is introduced, which guarantee a global observation of the system on the relevant region. Based on the considered observer canonical form, this notation helps to develop some general methods how to design such observers.
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    ItemOpen Access
    Vergleich zweier gehobener modellbasierter Regelungsmethoden anhand des Klatt-Engell-Reaktormodells
    (2005) Utz, Tilman
    Angeregt durch aktuelle Diskussionen im Fachzentrum für Automatisierungstechnik der BASF Aktiengesellschaft, Ludwigshafen werden zwei gehobene und modellbasierte Reglerentwurfsmethoden im industriellen Kontext anhand eines Arbeitspunktwechsels eines Benchmarkprozesses vergleichend bewertet. Als Benchmarkprozess dient das Klatt-Engell-Reaktormodell, das einen kontinuierlich betriebenen Rührkesselreaktor mit Mantelkühlung beschreibt, in dem eine Reaktion nach dem van de Vusse-Schema abläuft. Die betrachteten Reglerentwurfsmethoden sind zum einen die nichtlineare modellprädiktive Regelung (NMPC), zum anderen die flachheitsbasierte Zwei-Freiheitsgrade-Regelung (2FHG). NMPC beruht auf der fortlaufenden Lösung eines Optimal-Control-Problems mit Beschränkungen und der Implementierung des jeweils ersten Lösungsschrittes. Die Grundidee der 2FHG-Regelung besteht darin, das Führungsverhalten des Reglers über eine flachheitsbasiert berechnete Vorsteuerung zu entwerfen und das Störverhalten unabhängig davon durch eine Regelung einzustellen; in dieser Arbeit wird dafür eine dezentrale PI-Reglerstruktur benützt. Die Realisierung von NMPC und 2FHG verwendet ein erweitertes Kalman-Filter zur Zustands- und Störgrößenschätzung. Anhand von Simulationsergebnissen werden die beiden Regler bezüglich der Regelgüte und verschiedener Robustheitskriterien untersucht und verglichen. Es wird gezeigt, dass mit dem NMPC Regelergebnisse mit kürzeren Transitionszeiten möglich sind als mit dem 2FHG-Regler, dass aber z.B. eine Beschleunigung des Arbeitspunktwechsels des NMPC mit einer Verschlechterung von Robustheitseigenschaften einhergeht. Dagegen bleiben diese Eigenschaften beim 2FHG-Regler erhalten. Darüber hinaus werden anwendungstechnische Aspekte der beiden Regler verglichen. Hier zeigt sich, dass der NMPC mit einem bereits vorhandenen Modell leichter zu entwerfen ist, sich aber die Einbindung in ein Prozessleitsystem (PLS) schwieriger gestaltet.