Verteilte modellprädiktive Regelung nichtlinearer Systeme auf Basis einer echtzeitfähigen ADMM-Implementierung

Overview & Synopsis

Die vorliegende Dissertation betrachtet die echtzeitfähige Regelung verteilter Systeme. Diese bestehen aus einer großen Zahl an Subsystemen, zwischen denen physikalische oder virtuelle Kopplungen bestehen. Verteilte Systeme halten im Rahmen der Vernetzung von Sensoren und Aktoren zunehmend Einzug in viele Bereiche von Industrie und Alltag. Im Rahmen dieser Dissertation wird ein Regelungskonzept auf Basis der verteilten modellprädiktiven Regelung unter Verwendung des ADMM-Algorithmus vorgestellt, mit dem eine echtzeitfähige Stabilisierung verteilter Systeme möglich ist. Dabei wird die methodische Weiterentwicklung des ADMM-Algorithmus, dessen Implementierung in Form des Softwarepakets GRAMPC-D sowie die Evaluation der methodischen Ergebnisse betrachtet. Zunächst wird aufgezeigt, dass bei Verwendung des Regelungskonzepts die Rechenzeit zur Lösung der lokalen Problemstellungen unabhängig von der Systemgröße sein kann. Weiterhin wird dargelegt, dass das Konvergenzverhalten des ADMM-Algorithmus durch die Ansätze der Nachbarschaftsapproximation sowie der Superagenten verbessert sowie die Kommunikationszeit durch das Konzept der asynchronen Ausführung reduziert werden kann. Zuletzt wird die Echtzeitfähigkeit des Regelungskonzepts im Rahmen einer experimentellen Validierung demonstriert.