Dr.-Ing. Dirk Abel

ANALYSIS AND SYNTHESIS OF DISCRETE-EVENT DISTRIBUTED SYSTEMS USING PETRI-NETS

Abstract This paper shows, how Petri-nets can be applied to the analysis of discrete-event distributed systems and to the synthesis of an appropriate control system. Such a control system will be able to correct deficient dynamic properties. The presented graph theoretical methods for net analysis can prove the three dynamic properties deadlock freeness, lifeness, and repeatability. Subsequently it is investigated how the net has to be modified, if the analysis has pointed out an undesired dynamic behaviour. This modification can be viewed as the net-image of a control system that achieves the desired properties.

CONTROL OF A HYBRID MOTOR PROSTHESIS FOR THE KNEE JOINT

Abstract Functional Electrical Stimulation (FES) is used for gait restitution in paraplegic patients. One of the major problems is the heavily increased muscle fatigue due to unphysiological stimulation. As a possible solution, this paper introduces a hybrid neuroprosthesis for the knee joint, where muscle stimulation is complemented by a motor-driven exoskeleton. A control concept based on model predictive control is designed that employs both actuators cooperatively and varies their participation corresponding to their capabilities.

Optimal clutch control applied to a hybrid electric variable transmission with Kane equations

Abstract In this paper the advantage of the equations of motion derived with Kanes method in terms of generalized speed components is considered and manipulated into a state space system. Based on these equations, an optimal controller for the synchronization and clutching procedure for an electric actuated continuously variable transmission EVT is presented. The generalized speed concept contains both kinematics and dynamics characteristics of the system. An optimal synchronization and clutching procedure is compared to a standard PI controller. The algorithm is implemented into a micro controller and tested in a prototype hybrid vehicle.

Computer-aided Design, Simulation and Analysis of Complex Control Systems

Abstract This paper shows how Petri-nets can be used for the design of complex control systems. Particular emphasis is laid on the investigation of specific requirements of the system for which computer-aided tools will be presented. Methods of graph theory which can prove the lifeness of a Petri-net are the basis of the introduced methods of analysis.

Objektorientierte Modellierung Zur Simulation und Regelung von Energiewandlungsprozessen

In allen Ingenieursdisziplinen hat die mathematische Modellierung technischer Systeme und Prozesse ihren festen Platz gefunden — nicht zuletzt getrieben durch die Ausfuhrbarkeit auf leistungsfahigen Digitalrechnern, die zur Simulation, zur Analyse und zum Entwurf eingesetzt werden. Beflugelt wird dies durch neuere Entwicklungen im Bereich der Modellierungssprachen und Rechnerwerkzeuge, die mit modernen objektorientierten Konzepten und algebraisch/symbolischen Rechenfahigkeiten aufwarten. Anhand zweier aktueller Forschungsprojekte zur Energiewandlung — stellvertretend fur die Bereiche Kraftwerkstechnik und Verbrennungsmotoren — werden der Zugang zur objektorientierten Modellierung und deren Potential gegenuber konventionellen Ansatzen aus der Ingenieurssicht, speziell aus dem Blickwinkel der Regelungstechnik, aufgezeigt.

SYNTHESIS OF DEADLOCK-FREE CONTROL STRUCTURES USING PETRI-NETS

Abstract This contribution will present a Petri-net based method, that can be applied to the design of deadlock-free control structures. In particular we will emphasize analysis techniques and possibilities of deriving control structures out of analysis results, in case this analysis points out undesired dynamic properties of the modelled system. Since the Petri-net is a model of the real system the results can be transfered directly. Finally we will apply the synthesis procedure to the correction of a deficient control design for a flexible manufacturing cell.

Synthesis of Deadlock-Free Control Structures using Petri-Nets

Abstract This contribution will present a Petri-net based method, that can be applied to the design of deadlock-free control structures. In particular we will emphasize analysis techniques and possibilities of deriving control structures out of analysis results, in case this analysis points out undesired dynamic properties of the modelled system. Since the Petri-net is a model of the real system the results can be transfered directly. Finally we will apply the synthesis procedure to the correction of a deficient control design for a flexible manufacturing cell.

Theorie der Petri—Netze

Zahlreiche Autoren haben dazu beigetragen, das heute eine Vielzahl von Petri-Netz-Klassen zu verzeichnen ist. Hier werden zunachst die Stellen-/TransitionenNetze (oder kurz S/T-Netze) betrachtet. Diese Auswahl erfolgt unter dem Gesichtspunkt, hinreichende Freiheitsgrade bei der Modellierung diskret gesteuerter Systeme mit weitgehenden Moglichkeiten der mathematischen Beschreibung und Analyse

Verknüpfung von Teilsystemen

In Kapitel 3 wurde erlautert, das ein Automat, der Nebenlaufigkeiten enthalt, mit Hilfe von Petri-Netzen wesentlich kompakter dargestellt werden kann als dies die Zustandsgraphen erlauben. Dennoch konnen auch Petri-Netze ihre Ubersichtlichkeit verlieren, wenn sie umfangreiche Systeme mit aussagefahigem Detaillierungsgrad beschreiben sollen. Neben der Ubersicht erschwert die Grose dieser Netze auch die Analyse mit graphentheoretischen Methoden, da die Erreichbarkeitsgraphen groser Netze gewaltige Ausmase annehmen konnen [19].

Modelle diskret gesteuerter Systeme

Die hier betrachteten Systeme und deren Steuerungen konnen als Schaltwerke oder Automaten aufgefast werden [28]. Jedes technische System,welches nur endlich viele verschiedene Zustande annehmen kann, stellt einen endlichen Automaten A = (E, A, Z, δ, Z0) dar, der durch eine endliche Eingabemenge E, eine endliche Ausgabemenge A, eine endliche Zustandsmenge Z, eine Zustandubergangsfunktion δ und einen Anfangszustand Z0 charakterisiert wird. Ein Eingabesignal e ∈ E lost in dem Automaten ein bestimmtes Ereignis aus, sofern die Konzession dafur vorliegt. Durch Eintritt dieses Ereignisses wird in dem Automaten der Ubergang in einen neuen Zustand z ∈ Z und die Ausgabe eines Signals α ∈ A vollzogen, was durch die Zustandsubergangsfunktion δ festgelegt ist. Ein Automat beschreibt damit die zeitliche Ordnung von Zustandsubergangen in dem betrachteten System.