Energy-Based Control and Observer Design of Infinite-Dimensional Port-Hamiltonian Systems

Angesichts der ständigen Optimierung technischer und logistischer Prozesse gewinnen Leichtbaukonstruktionen ständig an Bedeutung. Dies hat zur Konsequenz, dass die betrachteten dynamischen Systeme durch partielle Differentialgleichungen beschrieben werden. Im Vergleich zu durch gewöhnliche Differentialgleichungen beschriebenen Systemen bedeutet dies allerdings einen Anstieg der Komplexität hinsichtlich der Disziplinen Modellierung, Analyse und Regelungsentwurf. Ein moderner Zugang für die Beschreibung dieser verteilt-parametrischen Systeme ist die Tor-basierte Hamiltonsche Systemdarstellung. Im Gegensatz zu konzentriert-parametrischen Systemen sind für Systeme mit verteilten Parametern viele Themenbereiche, wie beispielsweise der Regler- und Beobachterentwurf, teilweise noch unerforscht, womit diese ein vielversprechendes Forschungsgebiet darstellen. Darum beschäftigt sich dieses Buch mit energiebasierten Reglerentwurfsverfahren für am örtlichen Rand aktuierte Systeme, wobei ein Schwerpunkt auf die Erweiterung von Regelstrategien, die bereits für räumlich eindimensionale Systeme existieren, auf Systeme mit zweidimensionalen Gebiet gelegt wird. Motiviert durch elastische, mechanische Strukturen mit angebrachten piezoelektrischen Elementen ist ein weiteres Ziel, solche energiebasierten Entwurfsmethoden für Systeme, welche im örtlichen Gebiet aktuiert werden, zu adaptieren. Da die entworfenen Regelgesetze von verteilten Zuständen abhängen, soll die Tor-basierte Hamiltonsche Darstellung auch hinsichtlich des Beobachterentwurfs verteilt-parametrischer Systeme ausgenutzt werden. Um die praktische Relevanz dieser Zugänge zu verdeutlichen, wird zum Abschluss ein energiebasierter Beobachter für ein Bediengerät eines Hochregallagers entworfen.