TP 5 – ControlSystem

Teilprojekt 5

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ControlSystem

 

Aus Sicht der Regelungstechnik stellt der CUBES Circle ein hochkomplexes Produktionssystem dar, dessen einzelne Elemente zur Realisierung von geschlossenen Energie- und Stoffsströmen aufeinander abgestimmt werden müssen. Um dieses Ziel zu erreichen bringt Teilprojekt 5 einerseits die Methoden der Modellierung und andererseits die Methoden der modellbasierten robusten, adaptiven und optimalen Regelung in das Projekt ein.

Methoden der Modellierung: Für die Modellierung sollen hierbei mathematische Formulierung dynamischer Modelle der Energie- und Stoffströme des CUBES-Circle zugrunde gelegt werden. Diese Modelle werden mittels Verfahren der Parameteridentifikation sowie des maschinellen Lernens/KI, auf Basis experimentell erhobener Daten aus den Produktions-CUBES (TP2, TP3, TP4) sowie Ergebnissen aus TP7, parametrisiert und validiert.

Methoden der Regelung: Auf Grundlage der hergeleiteten und analysierten Modelle erfolgen die Formulierung von regelungstechnischen Gütekriterien sowie der Entwurf einer optimalen Regelung für die Energie- und Stoffströme zwischen den CUBES. Hierbei gilt es die im Betrieb auftretenden Schwankungen (z.B. Variationen in der Kulturführung, dem Wetter, natürlichen Variationen der Wachstumsbedingungen) synergetisch zu kompensieren sowie eine stabile und sichere Kreislaufführung zu gewährleisten. Aufbauend auf den erfassten Datenmengen aus den Produktions-CUBES wird eine Verbesserung der Modelle und Regelung basierend auf Big Data Analysen und Lernverfahren angestrebt. Zu diesem Zweck sollen Kombinationen von optimaler, lernender und adaptiver Regelung mit dem Ziel der Steigerung von Effizienz sowie Flexibilität und Anpassungsfähigkeit des CUBES-Circle an neue Produktionsstandorte und –bedingungen betrachtet werden.

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Prof. Dr.-Ing. habil Stefan Streif studierte bis 2005 Technische Kybernetik mit Vertiefungsfach Bioverfahrenstechnik an der Universität Stuttgart und der University of Sheffield in England. Im Jahr 2011 promovierte er im Bereich der Systembiologie an der Universität und dem Max Planck Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg sowie am Max Planck Institut für Biochemie in Martinsried. Es folgten eine Tätigkeit als Gruppenleiter an der Universität Magdeburg sowie mehrere längere Auslandsaufenthalten u.a. am Massachusetts Institute of Technology. Nach seiner Habilitation im Bereich der Regelungstheorie wechselte er 2014 als Juniorprofessor für Automatisierungs­technik an die Technische Universität Ilmenau. Seit Mitte 2015 ist er Inhaber der Professur für Regelungstechnik und Systemdynamik an der Technischen Universität Chemnitz, und seit 2019 Dekan der Fakultät für Elektro- und Informationstechnik.

Die ganzheitliche, systemtheoretische Betrachtung von (Kreislauf-)Prozessen, Wertschöpfungsketten und dynamischen Netzwerken sowie die mathematisch-rigorose Entwicklung von Methoden zur optimalen, robusten und lernenden Regelung und Analyse und Verifikation unsicher Systeme sind die Forschungsgebiete der Arbeitsgruppe von Prof. Streif. Hierfür werden verschiedene Ansätze aus der Regelungstheorie, angewandten Mathematik, Optimierung und Informatik kombiniert, appliziert und konsequent zu flexibel einsetzbaren Methoden weiterentwickelt. Die entwickelten Methoden kommen in verschiedenen interdisziplinären und anwendungsfokussierten Projekten aus den Bereichen Agrarwissenschaft, Lebensmittelproduktion, Energiesysteme und Systembiologie zum Einsatz

Die Arbeitsgruppe besteht derzeit aus drei Postdoktoranden, dreizehn Doktoranden sowie technischen und administrativem Personal. In den Laboren stehen moderne Versuchsapparaturen u.a. aus dem Bereich der Energie- und Agrarsysteme für diverse Forschungsfragen zur Verfügung. Die IT-Infrastruktur kommt bei rechenintensiven Forschungsprojekten aus den Bereichen der Modellierung, Optimierung und Big-Data Analyse zum Einsatz.

Kontakt: stefan.streif(at)etit.tu-chemnitz.de

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Dr.-Ing. Arne-Jens Hempel studierte bis 2005 Elektrotechnik mit der Vertiefung Systemtheorie an der Technischen Universität Chemnitz und am Royal Institute of Technology Schweden. Im Jahr 2011 wurde er im Bereich unscharfe Klassifikationsmethoden mit summa cum laude promovierte. Anschließend übernahm er kommissarisch die Leitung der Professur für Systemtheorie. Seit 2015 arbeitet er als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Regelungstechnik und Systemdynamik der TU Chemnitz.

Im Rahmen seiner Forschung widmet sich Arne-Jens Hempel Methoden, welche die Forschungsbereiche Regelung und Klassifikation im Kontext von adaptiven und hierarchischen Systemen verbinden. Hierfür werden Ansätze aus den Bereichen des maschinellen Lernens, der Analyse großer Datenmengen (Big Data) mit Ansätzen der Regelungstechnik und Systemtheorie kombiniert.

Kontakt: arne-jens.hempel(at)etit.tu-chemnitz.de

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Alexander Kobelski ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Regelungstechnik und Systemdynamik. In seiner Forschung beschäftigt er sich mit der Entwicklung von regelungstechnischen Modellen sowie Regelungsalgorithmen zur gezielten Steuerung von biologischen Systemen.

In CUBES Circle entwickelt er physikalisch mathematische Modelle der einzelnen CUBES und des ConnectivitySystem sowie Regelungsalgorithmen zum optimalen Austausch von Stoff- und Energieströmen zwischen den CUBES.

Kontakt: alexander.kobelski(at)etit.tu-chemnitz.de