Automatisierte Synthese Vernetzte Regelungssysteme

• Antragsteller: Professor Dr. Majid Zamani
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 271965822

Digital vernetzte Regelungssysteme (im kurz NCS), sind Regelungssysteme bei denen der Datenaustausch zwischen den Sensoren, Reglern und Aktuatoren über ein gemeinsames digitales Kommunikationsnetz stattfindet, das zahlreichen Nichtidealitäten überliegt, einschließlich: variabler Kommunikationsverzögerungen, variabler Abtastintervalle/Übertragungszeit, Quantisierungsfehler, Paketverluste, begrenzter Kanalkapazitäten und anderer Kommunikationseinschränkungen. In den letzten Jahren haben NCS aufgrund ihren zahlreichen neuen Leistungen, die eine hohe Flexibilität der Architektur und geringe Installation-/Wartungskosten bieten, in der internationalen Forschungsgemeinschaft als auch in der Industrie viel Aufmerksamkeit erlangt. Beispielsweise bestehen Automobilarchitekturen in High-End-Autos heute aus fast 100 Steuergeräten (ECUs), die über eine Vielzahl von Feldbussysteme wie CAN, FlexRay und Ethernet verbunden sind. Die durch die Kommunikationskanäle verursachten Nichtidealitäten können bei einer solchen verteilten und heterogenen Architektur zu einer erheblichen Abweichung der Steuerungsleistung führen.Dieses Projekt hat das Ziel, einen innovativen Entwurfsprozess zu entwickeln, bei dem die eingebettete Steuerungssoftware der Anlagen in NCS auf automatisierten (“push-button”) und formale Weise aus Korrektheitsanforderungen synthetisiert werden können. Die traditionellen Eigenschaften der Regelungstheorie (z.B. Stabilität) geeigneten sich nicht für die Anforderungen der modernen NCS-Anwendungen. Solche Anforderungen werden als Formeln in der linearen temporalen Logik (LTL) oder als Automaten in unendlichen Zeichenfolgen ausgedrückt. Insbesondere untersuchen wir die konstruktionsrichtige Reglerentwurf aus zeitlicher Logikspezifikationen für NCS, indem wir konstruktiv symbolische Abstraktionen von NCS ableiten und gleichzeitig die Nichtidealitäten des Netzwerks berücksichtigen. Schließlich stellen wir eine Front-End-Toolbox zur Verfügung. Die Eingabedaten der Toolbox sind eine Beschreibung der Anlage in einem NCS durch eine gewöhnliche Differential-/Differenzgleichung, die entsprechende symbolische Abstraktion, die Netzwerkeigenschaften und eine Logikspezifikation. Die Ausgabe der Toolbox ist ein Regler, der als ausführbarer C/C++ Code automatisch bereitgestellt, der die vorgegebene Spezifikation der Anlage der NCS aufzwingt. Außerdem bieten wir eine Schnittstelle zwischen unserer Toolbox und Matlab oder OMNet ++ (einem bekannten Netzwerksimulator) für realistische Simulationen der Anlagen und der Nichtidealitäten des Netzwerks.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen