Verteilte modellprädiktive Regelung nichtlinearer Systeme mit asynchroner Kommunikation

• Antragsteller: Professor Dr. Knut Graichen
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464391622

Vernetzte und komplexe Systeme sind von zunehmender Bedeutung in der Regelungs- und Automatisierungstechnik. Beispiele aus der Praxis sind Smart Grids und Wasserversorgungsnetzwerke, die sich als modular aufgebaute, verteilte Systeme mit einer großen Anzahl dynamisch gekoppelter Einzelsysteme beschreiben lassen. Moderne Regelungsverfahren für solche Systeme müssen besondere Anforderungen hinsichtlich Modularität und Skalierbarkeit erfüllen. Verfahren der verteilten modellprädiktiven Regelung (DMPC) zerlegen das Gesamtproblem in Subprobleme für jedes Teilsystem, welche durch lokale Agenten parallel gelöst werden. In einem DFG-Vorprojekt wurde am Lehrstuhl des Antragstellers ein modulares und rechenzeiteffizientes Rahmenwerk für DMPC für nichtlineare Systeme methodisch und algorithmisch entwickelt und in der Open-Source-Toolbox GRAMPC-D veröffentlicht.Aktuelle Optimierungsverfahren für DMPC, wie bspw. der ADMM-Algorithmus (Alternating Direction Method of Multipliers) führen die lokalen Optimierungen und die notwendigen Kommunikationen synchron im Netzwerk aus. Diese Synchronisierung hat jedoch den gravierenden Nachteil, dass das Gesamtnetz stets auf den langsamsten Agenten warten muss. Erste Ergebnisse in der Literatur und in eigenen Untersuchungen zeigen, dass eine asynchrone Handhabung der einzelnen Subprobleme die Effizienz teils massiv erhöhen und die benötigte Kommunikation im Gegenzug deutlich reduzieren kann. Aus diesem Grund soll in diesem Nachfolgeprojekt die asynchrone Koordination von DMPC und die damit verbundenen Kommunikationsaspekte eingehend untersucht und die bestehende DMPC-Toolbox GRAMPC-D entsprechend erweitert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen