PN 6: Model reduction, control and real-time simulation

Koordinatoren: Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer, JP Dr. rer. nat. Bernard Haasdonk
Beteiligte Research Areas: C, D
Anzahl Projekte: 13 + 4 JP-Anschubprojekte

Moderne Simulationsumgebungen zeichnen sich nicht länger durch Entwicklungen spezieller "Single Solver”-Anwendungen für bestimmte physikalische Konstellationen aus. Stattdessen finden sich dort Szenarien der “Higher-Level”-Simulation, etwa prädikative Regelungen im Modell (MPC), Optimierung oder statistische Analysis. Diese Anwendungsszenarien fügen den simulationsbasierten Lösungsansätzen eine neue Komplexitätsebene hinzu. Falls ein Problem durch vielfältige Simulationen von Teilproblemen gelöst werden kann, so liegt es nahe, dass detailgetreue, zeiteffiziente oder sogar Echtzeit-Solver für diese Teilprobleme unerlässlich sind. Für den Fall, das ein Problem nicht zerlegt werden kann, oder die Solver für das Teilproblem zu teuer sind, müssen Methoden der Dimensionalitätsreduktion angewendet werden, um zu einer durchführbaren Lösung zu gelangen. In diesem Sinne legt das Projektnetzwerk 6 den Schwerpunkt auf die folgenden zwei Aspekte:

• Benutzung zeiteffizienter Simulationsmethoden für “Higher-Level” Simulationsumgebungen. Besonderes Augenmerk wird auf Optimierung und Kontrolle, insbesondere durch die Aufteilung des Hauptproblems gelegt.
• Etablierung neuer Simulationsmethoden mithilfe von Modellreduktionstechniken. Die wesentlichen Herausforderungen dabei sind die Komplexitätsreduktion und die Kontrolle der Genauigkeit nichtlinearer, parametrischer, stochastischer oder analytischer Modelle.

Das gemeinsame Augenmerk des Netzwerks, liegt auf dem methodischen Niveau der Simulationsalgorithmen. Verschiedene Sichtweisen auf die Methoden aus den Ingenieurswissenschaften, der Informatik und der Mathematik ermöglichen den Austausch und die Diskussion über die Vorraussetzungen, die geeignete Auswahl, die Implementierung und eigentliche Nutzung von Simulationen. Das Netzwerk zielt darauf, ein großes Spektrum an Applikationen abzudecken, was den allgemeinen Charakter der Forschungsarbeit sowie deren Bezug zur Praxis sicherstellt.

Alle Projekte im Projektnetzwerk 6 in der Übersicht:

6-1
Cooperative Behaviour of Autonomous Agents
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer
Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik

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6-2
Dissipation-Based Gain-Scheduling Controller Design
Projektleiter: Prof. Dr. rer. nat. Carsten Scherer
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Joost Veenman
Institut für Mathematische Methoden in den Ingenieurwissenschaften
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6-3
Efficient Computation of Karhunen-Loéve Expansions with Application to PDEs on Stochastic Domains
Projektleiter: Prof. Dr. rer. nat. Helmut Harbrecht
Mitarbeiter: Dipl.-Math. Michael Peters
Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation

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6-4
Integrated optimisation of controlled elastic multibody systems
Projektleiter: JP Dr.-Ing. Robert Seifried
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Alexander Held
Institut für Technische und Numerische Mechanik

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6-5
Joint data compression and model reduction for conditional stochastic modelling of subsurface flow and transport processes
Projektleiter: JP Dr.-Ing. Wolfgang Nowak
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Philipp Leube
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung

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6-6
Mechanical simulation for model-based identification and suppression of static and dynamic aberrations in optics
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Peter Eberhard
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Nicolai Wengert
Institut für Technische und Numerische Mechanik

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6-7
Optical simulation for model-based identification and suppression of static and dynamic aberrations in optics
Projektleiter: Prof. Dr. sc. nat. Wolfgang Osten
Mitarbeiter: Dipl.-Phys. Holger Gilbergs
Institut für Technische Optik

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6-8
Optimisation-based Search Performed by Groups of Mechanical Robots
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Peter Eberhard
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Achim Fischer, Dipl.-Ing. Christian Fischer
Institut für Technische und Numerische Mechanik

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6-9
Parameterisation models for scalable, predictive simulation of production machines
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Zheng Sun
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen

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6-10
RBEvolOpt: Reduced Basis Modelling of Higher-Order Evolution Systems and Application in Optimisation
Projektleiter: JP Dr. rer. nat. Bernard Haasdonk
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Markus Dihlmann
Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation

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6-11
Real-time simulation of complex material flow systems
Projektleiter: JP Dr.-Ing. Sascha Röck
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Simon Hoher
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen

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6-12
Real-time simulation of flexible multi-body systems for machine control
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Simon Hoher
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen

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6-13
Simulation-based Parameter Identification for Online Condition Monitoring of a Spindle Nut Drive (SIOCS)
Projektleiter: JP Dr.-Ing. Sascha Röck
Mitarbeiter: Mahdi Mottahedi, M. Sc.
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen

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6-14
Trajectory planning for systems in varying environments (JP-Anschubprojekt)
Projektleiter: JP Dr.-Ing. Sascha Röck
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Marcel Huptych
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen

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6-15
Reverse Engineering in Optimal Design (JP-Anschubprojekt)
Projektleiter: JP Dr.-Ing. Wolfgang Nowak
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Andreas Geiges
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung

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6-16
Modelling and Control of Flexible Multibody Systems with Contacts and Impacts (JP-Anschubprojekt)
Projektleiter: JP Dr.-Ing. Robert Seifried
Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Markus Burkhardt
Institut für Technische und Numerische Mechanik

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6-17
Kernel Methods for Model Order Reduction of Biochemical Systems (JP-Anschubprojekt)
Projektleiter: JP Dr. rer. nat. Bernard Haasdonk
Mitarbeiter: Dipl. Math. Dipl. Inf. Daniel Wirtz
Institut für Angewandte Analysis und Numerische Simulation

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