Optimierungsbasierte Regelung verfahrenstechnischer Prozesse Teilantrag 1: Effiziente Ausgangsregelung nichtlinearer verfahrenstechnischer Prozesse mit Hilfe prädiktiver Regelungsverfahren

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Die prädiktive Regelung ist ein optimierungsbasiertes Regelungsverfahren, bei dem das Eingangssignal aus der Optimierung des zukünftigen Prozessverhaltens unter Berücksichtigung einer gegebenen Kostenfunktion und etwaiger Beschränkungen bestimmt wird. Eines der Hauptprobleme bei der Anwendung der prädiktiven Regelung ist, dass für die Prädiktion alle Systemzustände bekannt sein müssen, was häufig nicht der Fall ist. Im Rahmen der ersten Förderperiode wurden neue Verfahren erarbeitet, die trotz der nichtlinearen Struktur des Regelkreises, bei einer geeigneten Kombination von Beobachter und Regler die Stabilität des geschlossenen Kreises garantieren, gute Regelgüte aufweisen und sich numerisch effizient implementieren lassen. Die erzielten Ergebnisse weisen erstmalig nach, wie die Stabilität des geschlossenen Kreises bei Verwendung eines Separationsansatzes garantiert werden kann. Daneben wurden neue, effiziente Berechnungsmethoden für die bei der Ausgangsregelung auftretenden Optimierungsprobleme hergeleitet. Es konnte gezeigt werden, dass unter entsprechenden Bedingungen der geschlossenen Kreis robust stabil gegenüber Totzeiten durch die notwendigen online Berechnungen, etwaigen numerischen Fehlern und externe Störungen ist. Der verfolgte Separationsansatz erlaubt ein vertieftes, weitreichendes Verständnis des Ausgangsregelungsproblem. Trotz der erzielten Ergebnisses ergeben sich jedoch durch die notwendige Forderung einer schnellen Beobachterfehlerkonvergenz und durch die Vernachlässigung der Beobachterdynamik Herausforderungen. So sind die notwendigen Beobachter typischerweise sehr empfindlich gegen Messrauschen und externe Störungen. Im Rahmen des beantragten Fortsetzungsantrages sollen diese Herausforderungen angegangen werden. Es sollen Verfahren entwickelt werden, bei denen der Beobachterfehler und die Beobachterdynamik explizit im Regler berücksichtigt werden. Daneben soll untersucht werden, wie im Regler Trajektorien vermieden werden können, die zu einem schlechten Verhalten des Beobachters führen. Um die Anwendbarkeit der erarbeiteten Methoden sicherzustellen, sollen diese in enger Zusammenarbeit mit den Gruppen in Dortmund und Aachen auf die dort betrachteten, anspruchsvollen Regelungsprobleme angewendet werden. Hierzu ist geplant, die Methoden für die Führung zyklischer Systeme zu erweitern. Daneben sollen, in Zusammenarbeit mit der Gruppe aus Heidelberg, effiziente numerische Lösungsverfahren für die entwickelten Methoden entwickelt werden.