Ereignisgesteuerte sichere Steuerung vernetzter Kaskadensteuerungssysteme

Diese Monografie untersucht systematisch ereignisgesteuerte, sichere und fehlertolerante Regelungsverfahren für vernetzte Kaskadenregelsysteme (NCCS) unter Berücksichtigung von Denial-of-Service-Angriffen, Netzwerkverzögerungen, Aktuatorfehlern, Störungen und Quantisierungsfehlern. Ausgehend von der kontinuierlichen zur diskreten Zeit, von Einfach- zur Doppelregelkreisstruktur sowie von idealen zu quantisierten Kanälen werden sechs zentrale Beiträge vorgestellt: ein verbesserter ereignisgesteuerter Mechanismus (ETM) mit Zustandsdifferenz-Kreuzterm für nichtlineare NCS; eine Erweiterung auf nichtlineare NCCS zur Bewältigung der Herausforderungen im Primär- und Sekundärregelkreis; H-Unendlich-Störungsdämpfung; ein störungsbewusster adaptiver ETM (AETM) für zeitdiskrete NCS; kooperatives Design von AETM und Reglern für zeitdiskrete NCCS mit Fehlern und Verzögerungen; sowie ein quantisierter AETM mit sektorbegrenzten Fehlern. Ein einheitlicher Co-Design-Rahmen auf Basis der Lyapunov-Theorie und linearer Matrixungleichungen optimiert Reglerverstärkungen, Auslösematrizen und Quantisierungsparameter unter H-Unendlich-Garantien. Industrielle Fallstudien zu Dampftemperatur- und Kessel-Turbinen-Systemen validieren die vorgeschlagenen Strategien und schlagen eine Brücke zwischen fortgeschrittener Regelungstheorie und den Anforderungen von Industrie 4.0 an widerstandsfähige, effiziente NCCS.

Diese Monografie untersucht systematisch ereignisgesteuerte, sichere und fehlertolerante Regelungsverfahren für vernetzte Kaskadenregelsysteme (NCCS) unter Berücksichtigung von Denial-of-Service-Angriffen, Netzwerkverzögerungen, Aktuatorfehlern, Störungen und Quantisierungsfehlern. Ausgehend von der kontinuierlichen zur diskreten Zeit, von Einfach- zur Doppelregelkreisstruktur sowie von idealen zu quantisierten Kanälen werden sechs zentrale Beiträge vorgestellt: ein verbesserter ereignisgesteuerter Mechanismus (ETM) mit Zustandsdifferenz-Kreuzterm für nichtlineare NCS; eine Erweiterung auf nichtlineare NCCS zur Bewältigung der Herausforderungen im Primär- und Sekundärregelkreis; H-Unendlich-Störungsdämpfung; ein störungsbewusster adaptiver ETM (AETM) für zeitdiskrete NCS; kooperatives Design von AETM und Reglern für zeitdiskrete NCCS mit Fehlern und Verzögerungen; sowie ein quantisierter AETM mit sektorbegrenzten Fehlern. Ein einheitlicher Co-Design-Rahmen auf Basis der Lyapunov-Theorie und linearer Matrixungleichungen optimiert Reglerverstärkungen, Auslösematrizen und Quantisierungsparameter unter H-Unendlich-Garantien. Industrielle Fallstudien zu Dampftemperatur- und Kessel-Turbinen-Systemen validieren die vorgeschlagenen Strategien und schlagen eine Brücke zwischen fortgeschrittener Regelungstheorie und den Anforderungen von Industrie 4.0 an widerstandsfähige, effiziente NCCS.