Frank Allgöwer

On Nonlinear Systems with Poorly Behaved Zero Dynamics

The design of controllers for nonlinear, nonminimum-phase systems is very challenging and is currently considered to be one of the most difficult theoretical control problems. Most control algorithms for nonlinear processes perform a linearization making use of an inverse of the system. In the linear case, the system can be factored into the minimum-phase and the nonminimum-phase parts and only the first one is inverted for purpose of control design. A similar scheme for nonlinear systems is still under investigation. The present work adresses the problem of synthesizing nonlinear state feedback controllers for nonlinear, nonminimum-phase processes in three different ways. The first approach consists of a partial linearization which preserves stability by using an approximate stable/anti-stable factorization. The second technique can be viewed as an inner-outer factorization based approach. And, finally, in the single-output case, it is shown (through an example) that stabilization of the internal dynamics of a nonmininum-phase system can be achieved by using an additional input if this is feasible in practice. In this case, the manipulated variables have different roles, i.e., one is chosen such as to input/output feedback linearize the system and the second is used to locally stabilize the resulting nonminimum-phase internal dynamics.

Ein effizienter Algorithmus für die nichtlineare prädiktive Regelung großer Systeme Teil II: Experimentelle Erprobung an einer Destillationskolonne (An Efficient Algorithm for Nonlinear Model Predictive Control of Large-Scale Systems Part II: Experimental Evaluation for a Distillation Column)

Abstract Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit, der in der letzten Ausgabe at 12(2002) erschienen ist, wurde ein effizientes Verfahren für die Echtzeit-Optimierung in der nichtlinearen prädiktiven Regelung (NMPC) vorgestellt, das sogenannte Echtzeit-Iterations-Schema. Im vorliegenden zweiten Teil wird anhand der Regelung einer Destillationskolonne im Pilotanlagenmaßstab experimentell die Effizienz des vorgestellten Verfahrens bestätigt. In den Experimenten wird die Kolonne zur hochreinen Trennung eines binären Gemisches aus Methanol und n-Propanol verwendet. Das zur Regelung verwendete differentiell-algebraische Systemmodell ist steif und besitzt mehr als 200 Systemzustände. Trotz der hohen Systemordnung ist der Algorithmus in der Lage, auf einem Standard PC alle 20 Sekunden neuoptimierte Steuergrößen zur Verfügung zu stellen. Selbst für sehr große Störungen zeigt der geschlossene Kreis gutes Regelungsverhalten und erfüllt die geforderten Beschränkungen, wobei der notwendige Aufwand zur Einstellung der Reglerparameter minimal ist. Die präsentierten Ergebnisse zeigen, dass die nichtlineare prädiktive Regelung bei Verwendung des vorgestellten Verfahrens auch für große Systeme einsetzbar ist und zu guten Regelungsergebnissen führt.

30jähriges Jubiläum des Studiengangs Technische Kybernetik : Reden zum Festakt am 23. Juni 2001

Inhalt: Tilebein, Meike (Universitat Stuttgart, Betriebswirtschaftliches Institut): Vorwort der Vorsitzenden des Vereins Alumni des Studiengangs Technische Kybernetik der Universitat Stuttgart e. V. (S. 7 - 8); Festprogramm (S. 9); Allower, Frank (Universitat Stuttgart, Institut fur Systemtheorie technischer Prozesse): Begrusung (S. 11 - 13); Fritsch, Dieter (Rektor der Universitat Stuttgart): Gruswort (S. 15 - 17); Buhlmann, Bettina (Ministerium fur Wissenschaft Forschung und Kunst Baden-Wurttemberg): Gruswort (S. 19 - 21); Gilles, Ernst Dieter (Universitat Stuttgart, Institut fur Systemdynamik und Regelungstechnik): 30 Jahre Technische Kybernetik (S. 23 - 27); Banzhaf, Wolfgang (Universitat Dortmund, Fachbereich Informatik, Lehrstuhl fur Systemanalyse): Kybernetik im Jahrhundert der Biologie (S. 29 - 40); Tilebein, Meike: Verleihung des Preises der Kyb-Alumni fur besonderes studentisches Engagement (S. 41 - 45); Tilebein, Meike: Verleihung der Ehrenmitgliedschaft der Kyb-Alumni an Prof. Helmut Sorg (S. 47 - 50); Sorg, Helmut (Universitat Stuttgart, Institut A fur Mechanik, emerit.): Rede zur Verleihung der Ehrenmitgliedschaft der Kyb-Alumni e. V. (S. 51 - 55); Vorfuhrung: Robotics Wettbewerb von Erstsemestern des Studiengangs Technische Kybernetik (S. 57)