AP4: Entwurf von Regelungsfunktionen unter Berücksichtigung nicht-funktionaler Anforderungen
Verantwortlicher Partner:
* Institut für Regelungstechnik, RWTH Aachen
Weitere Partner:
* Lehrstuhl Informatik 11, RWTH Aachen
* VEMAC GmbH Co. KG, Aachen * AVL Deutschland GmbH, Mainz-Kastel
Zusammenfassung
Fortschritte in der Theorie der Regelungstechnik und die stetig steigende Rechenleistung wirtschaftlich einsetzbarer Prozessoren führen zu einem Wandel sowohl im Entwicklungs- als auch im Auslegungsprozess regelungstechnischer Systeme. In klassischen Ansätzen wird das Prozessverhalten lediglich (vorrangig experimentell) untersucht, um daraus nach häufig heuristischen Regeln die Parameter für einfache Regelalgorithmen abzuleiten. Moderne Verfahren zeichnen sich dagegen z.B. dadurch aus, dass das Wissen über die Prozesseigenschaften in unterschiedlichen Formen unmittelbar im Regler genutzt wird.
Ein am Institut für Regelungstechnik vielfach eingesetztes Verfahren, speziell im Bereich der Motorregelung, ist das der Modellbasierten Prädiktiven Regelung. Hierbei wird ein explizites mathematisches Modell der zu regelnden Strecke verwendet, um das zukünftige Prozessverhalten bei Vorgabe aktueller Stellgrößen abzuschätzen und somit durch z.B. Minimierung der zukünftigen Regelabweichung optimale Stellgrößen zu bestimmen. Hierdurch kann das Verfahren auf u.a. nichtlineare, gekoppelte Mehrgrößenprozesse eingesetzt werden und stellt somit ein skalierbares Verfahren dar. Der Entwurf der Algorithmen erfolgt – ausgehend von einfachen Modellen für Strukturüberlegungen – meist anhand eines komplexen Simulationsmodells der Regelstrecke in einer „Model-in-the-loop“-Simulation (MIL-Simulation) auf einem PC in einer integrierten Entwicklungsumgebung wie Matlab/Simulink. Hierbei wird für eine erste Validierung in der Entwurfsumgebung idealerweise das gleiche Streckenmodell verwendet, welches abschließend zur Verifikation der im Steuergerät implementierten Funktion in der HIL-Simulation (Hardware in the Loop) Anwendung findet.
Im Rahmen des Arbeitspakets werden eine skalierbare Reglerfunktion und eine modellbasierte OBD-Funktion (On-Board Diagnose) für eine Motorsteuerung entwickelt. Hierbei wird zunächst herausgearbeitet, welche Spezifikationen für einen groben Entwurf benötigt werden, welche Skalierungsstufen (z.B. in Abhängigkeit möglicher Varianten des Motors) existieren und welche weiteren nicht-funktionalen Anforderungen wie Wartbarkeit, Parametrierbarkeit, Integrierbarkeit mit weiteren Funktionen etc. im Entwurf zu berücksichtigen sind, um die Wiederverwendbarkeit der Reglerfunktionen zu erhöhen und somit über einen höheren Reifegrad letztendlich einen Gewinn an Sicherheit und Zuverlässigkeit zu erzielen.