Entwurf von Networked Control Systems für funkbasierte Ambient Intelligence Netzwerke

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Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Methodik, welche einen Regelungsentwurf auf Basis funkbasierter Ami-Netzwerke gestattet. Solche Netzwerke basieren auf Low-Energy-, Low-Cost- und Low-Performance-Knoten, welche in mehrerlei Hinsicht Einschränkungen unterworfen sind. So hat der geringe Energievorrat der Knoten Konsequenzen für die Reichweite beim Senden, für das Zeitverhältnis von Senden/Empfangen zum unumgänglichen Sleeping-Mode und für die Möglichkeiten der Kanalkodierung. Die Konsequenzen für die über das Netzwerk geschlossene Regelung sind dreierlei: Die Übertragung von Information ist ein stochastischer Vorgang, der erstens nicht zu vernachlässigende variable Totzeiten in den Regelkreis einfügt. Infolge von Netzwerkinstabilitäten (z.B. Pufferüberlauf) und fehlerhaft empfangenen, jedoch nicht korrigierbaren Telegrammen kommt es zweitens zu temporären Informationsverlusten bei den Istwerten und den Stellwerten. Drittens können Low-Cost-Sensoren geringer Genauigkeit eine geringe Auflösung zur Folge haben. Da diese Effekte bei Ami-Netzwerken in Kombination auftreten, beschäftigt sich dieses Vorhaben mit der Beherrschung der ersten beiden bzw. aller drei beschriebenen Effekte. Der angestrebte Regelungsentwurf startet mit der Modellierung der speziellen Netzwerkeigenschaften als Teil der Regelstrecke in Form stochastischer Modelle der Totzeiten und der Telegrammverluste. Ausgehend von der gewünschten Performance wird dann der Reglertyp ausgewählt und die geeignete Parametrierung ermittelt. Während es bei einigen günstigen Netzwerkkonstellationen und günstiger Regelstrecke denkbar ist, exakte Methoden zum Stabilitätsnachweis heranzuziehen, wird man in komplizierten Fällen auf simulationsgestützte Verfahren zurückgreifen müssen. Auf deren Basis sollen einerseits Zusammenhänge zwischen den freien Entwurfsparametern erkannt als auch Aussagen zur Stabilität und zur Performance gemacht werden.