Prozessoptimierung

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 21.0 vom 17.11.2019

11M1270

Optimal Process Control

• Elektrotechnik (Master) (M.Sc.)
• Informatik - Verteilte und Mobile Anwendungen (M.Sc.)

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Die klassischen Verfahren der Regelungstechnik sind für lineare Systeme entwickelt worden. Neben dem teilweise heuristischen Vorgehen besitzen diese Verfahren den Nachteil, dass eine explizite Berücksichtigung von Stellgrößenbeschränkungen, die in der Praxis immer vorliegen, nicht möglich ist. Bereits in den 60er Jahren wurden daher Optimierungsansätze entwickelt um diese Problemstellungen zu adressieren. Die praktische Umsetzung dieser Verfahren ist aber erst seit den 90er Jahren möglich. Dafür waren neben schnellen Rechnern insbesondere auch neue schnelle Algorithmen entscheidend. Heute sind Optimierungsverfahren aus der Prozessregelung nicht mehr weegzudenken. Bereits bei der datenbasieren Modellbildung kommen optimale Identifikationsverfahren zum Einsatz. Führungs- und Störverhalten des Regelkreises kann mit Verfahren zur Erzielung optimaler Regelgüte bzw. mit der Betrachtung von worst-case Szenarien adressiert werden. Modellpädiktive Regelungen ermöglichen es schließlich, durch Optimierung über mitbewegte Zeithorizonte, Stellgrößenbeschränkungen auf eine Weise zu berücksichtigen, die auch auf echte Anwendungen der Prozessregelung übertragen werden kann. Die Vorlesung soll einen Überblick über die Grundlagen der Optimierung und der entsprechenden Algorithmen sowie deren Anwendung in exemplarischen Problemstellungen der Prozessregelung geben.

1. Mathematische Grundlagen derbeschränkten und unbeschränkten Optimierung
2. Numerische Grundlagen der Optimierung
3. Spezielle Algorithmen (insb. SQP)
4. Anwendungen: Identifikation, optimale Schätzverfahren (Kalman Filter), optimale Steuerung und Regelung (Zeitoptimalität, optimale Regelgüte), Modellprädiktive Regelung

Wissensverbreiterung
Die Strudierenden kennen die wesentlichen Fragestellungen der Optimierung und können
exakte und numerische Lösungsverfahren anwenden. Die Studierenden kennen die Hauptanwendungen in der Prozessregelung und können entsprechende Lösungsverfahren entwickeln.
Wissensvertiefung
Die Studierenden sind in der Lage komplexe Aufgabenstellungen der Prozessregelung zu lösen.
Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden sind in der Lage Verfahren der Prozessoptimierung problemangepasst auszuwählen und können entsprechende Rechnertools zur Problemlösung einsetzen.
Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden sind in der Lage im Team auch komplexere Aufgaben des Praktikums zu bearbeiten.
Können - systemische Kompetenz

Vorlesung, Übungen, Praktika

Regelungstechnik, Höhere Mathematik, Digitale Signalverarbeitung

Rehm, Ansgar

Rehm, Ansgar

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Kouvaritakis, Cannon (2015): Model Predictive ControlUnbehauen (2011): Regelungstechnik IIIPapageorgiou, Leibold, Buss (2015): OptimierungLuenberger (1998): Optimization by Vector Space Methods

• Klausur 2-stündig
• Mündliche Prüfung

Experimentelle Arbeit

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1 Semester

Nur Sommersemester

Deutsch und Englisch