Systemanalyse, Prognose und Regelung

Fraunhofer ITWM

© Fraunhofer ITWM

Basierend auf ihren Kernkompetenzen in der Systemtheorie und datenanalytischen Methoden beschäftigt sich die Abteilung mit der Modellierung, Analyse, Prognose und Regelung von komplexem System- und Prozessverhalten sowohl im technischen als auch im biologisch/medizinischen Umfeld.

Systemanalyse

Ausgehend von aus physikalischen Zusammenhängen, Messdaten und/oder Expertenwissen erstellten Modellbeschreibungen erlauben gemischt symbolisch/numerische Analysetechniken die Extraktion fundamentaler Systemeigenschaften. Modellreduktionstechniken spielen eine zentrale Rolle für ein tieferes Systemverständnis, komplexe Systemsimulationen und für das Reglerdesign.

Prognose

Unter Berücksichtigung zu erwartender Störeinflüsse und Systemunsicherheiten geeignet identifizierte Prognosemodelle erlauben die verlässliche Vorhersage des Systemverhaltens für unbekannte Eingangsgrößen. Die Kombination dieser Prognosemodelle mit interaktiven visuellen Navigationstools führt zu hocheffizienten Werkzeugen zur mehrkriteriellen Entscheidungsunterstützung.

Regelung

Der Fokus beim Entwurf von Monitoringsystemen und Regelungsalgorithmen liegt auf modellbasierten Ansätzen, Standarddesigns wie PID-Regler werden jedoch ebenfalls abgedeckt. Besondere Kompetenzen bestehen im Bereich des robusten Beobachter- und Reglerdesigns zur Berücksichtigung von Modellunsicherheiten und nichtlinearem Systemverhalten z.B. in Form von Totzeiten oder Hysterese.

Schwerpunkte

  • Monitoring und Regelung

    Im Zentrum dieses Arbeitsschwerpunkts stehen Fragestellungen aus den Bereichen Regelung und Condition Monitoring. Aktive Schwingungsdämpfung oder Lärmreduktion in Automotive-Applikationen sowie Signaltracking im Bereich der Prüfstands- oder Temperatursteuerungen  sind typische Aufgabenstellungen im Bereich Regelung. Zentrale Andwendung im Bereich Condition Monitoring ist die Schwingungsprognose und -analyse von rotierenden Antrieben.

  • Multiskalen Strukturmechanik

    In diesem Arbeitsgebiet werden hauptsächlich drei Fragestellungen behandelt. Die erste beinhaltet die numerische Berechnung mikroskopischen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens und effektiver Materialeigenschaften von Verbundwerkstoffen oder porösen ­Materialien.Die zweite Fragestellung betrifft Kontaktprobleme mit mikrorauen Oberflächen. Schließlich werden im ­dritten Fragekomplex zeitliche Prozesse für Verbundbauteile betrachtet, deren Makrofestigkeit und Lebensdauer unter Ermüdung, Kriechen, schlagartiger Belas­tung und Verschleiß untersucht.

  • Dynamische heterogene Netzwerke

    Der Schwerpunkt dynamische heterogene Netzwerke beschäftigt sich mit der Modellierung und Analyse komplexer vernetzter Systeme. Dieser Bereich (ehemals CAD für Analogschaltungen) hat seinen Ursprung in der Modellierung und Analyse analoger Schaltungen. In diesem Zusammenhang wird das EDA-Werkzeug Analog Insydes entwickelt.

  • Prognose von Material- & Produkteigenschaften

    Bei vielen komplexen Systemen und Prozessen ist es oft mangels adäquater physikalischer Modelle zunächst einmal völlig unklar, von welchen potentiellen Einflussfaktoren eine ausgewählte Performancegröße abhängt. Liegen jedoch ausreichend repräsentative Daten, so lässt sich mit geeigneten Techniken der Systemidentifikation, des Data Mining und der Statistik eine Systembeschreibung in Form eines Black bzw. Greybox-Modells erstellen.

  • Entscheidungsunterstützung in Medizin und Technik

    Das Treffen von Entscheidungen bei komplexer Datengrundlage kann mit mathematischen Methoden und durch aussagekräftige Visualisierung der Daten unterstützt werden. Entsprechend bewegen sich die Aktivitäten in diesem Arbeitsschwerpunkt in den Bereichen Data Mining sowie Wissensrepräsentation und -management. Aktuelle Anwendungsgebiete sind die rechnergestützte Medizindiagnostik, die Produktentwicklung im technischen Bereich und das Management mehrkriterieller dynamischer Prozesse.

Weitere Informationen