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Buchneuerscheinung: Optimal and Adaptive Anti-Windup Design in the Presence of Uncertainty

[12.10.2011] Robustheit in Kombination mit Aktuatorbeschränkungen ist eines der Hauptprobleme bei regelungstechnischen Anwendungen in der Industrie. Die Bemühungen, diese  Eigenschaften für nichtlineare Systeme zu verbessern, werden permanent fortgesetzt. Dazu bietet Dr. Martin Henrik Bruckner, wissenschaftlicher Mitarbeiter des ACCM und am Institut für Design und Regelung mechatronischer Systeme der JKU, in seinem soeben erschienenen Buch „Optimal and Adaptive Anti-Windup Design in the Presence of Uncertainty“ zwei Lösungsansätze.

Während Robustheit zum Beispiel für kleine Messunsicherheiten im Reglerentwurf nicht berücksichtigt wird, benötigt man für die Robustheit von großen Unsicherheiten einen sorgfältigen Aufbau. Bruckner behandelt den populären Anti-Windup (AW) Zugang mit Aktuatorbeschränkungen und großen Modellunsicherheiten und zeigt zwei Lösungsvorschläge auf. Der erste basiert auf der Grundstruktur der „Integral Quadratic Constraints“ und führt zu einer H2/H8 Methode, die eine Abstimmung zwischen Robustheit und Leistungsfähigkeit erlaubt. Der zweite Lösungsvorschlag folgt der Idee einer Strukturanpassung für das Layout des „Anti-Windup“  Kompensators, die es erlaubt den Performanceausgang abzuändern, wenn die Aktuatoren nicht in Sättigung betrieben werden.

Der Hauptbeitrag von Bruckners Arbeit liegt in der Entwicklung zweier adaptiver Methoden, die Robustheit und Aktuatorbeschränkungen betrachten und Stabilität garantieren. Im Vergleich zur früheren „Worst-Case“ Ansätzen wird dabei die Leistungsfähigkeit im Falle von zeitvarianten oder gering angeregten Unsicherheiten verbessert. Die Realisierung wurde dabei mit Hilfe einer schaltenden „Anti-Windup“ Struktur durchgeführt.

Um die Funktionsfähigkeit und Umsetzbarkeit der entwickelten Methoden darzustellen, wurden diese schon zum Teil auf einer komplexen Simulationsumgebung eines Verbrennungsmotors – Prüfstandssystem getestet. Die Resultate zeigen deutlich die Verbesserung der Performance durch die entwickelten Methoden.

Bruckner absolvierte das Diplomstudium der Mechatronik und ein Doktorat der technischen Wissenschaften an der JKU Linz.

Martin Henrik Bruckner: Optimal and Adaptive Anti-Windup Design in the Presence of Uncertainty
Trauner-Verlag
ISBN 978-3-85499-882-2