Annika Junker promovierte erfolgreich zum Thema „Datengetriebene Modellbildung für nichtlineare mechatronische Systeme in regelungstechnisch verwertbarer Form“. Erstgutachterin und DART-Nachwuchsgruppenleiterin war Dr.-Ing. Julia Timmermann, Vorsitzender der Promotionskommission war Prof. Dr.-Ing. habil. Ansgar Trächtler.
Zusammenfassung der Arbeit:
Der modellbasierte Regelungsentwurf erfordert eine möglichst genaue Kenntnis über das dynamische Verhalten des zugrunde liegenden physikalischen Systems. Durch maschinelle Lernverfahren besteht das Potenzial den Modellierungsaufwand im Vergleich zum klassischen Vorgehen zu reduzieren, indem physikalisches Vorwissen und an Messdaten trainierte Modelle effektiv zusammengeführt werden. Diese Dissertation entwickelt Methoden zur datengetriebenen Bestimmung von Modellen für den Regelungsentwurf nichtlinearer mechatronischer Systeme. Dazu wird die regelungstechnische Anwendbarkeit von Koopman-Operator-basierten Verfahren analysiert, die nichtlineare Dynamiken durch lineare Modelle approximieren. Darüber hinaus wird ein neuartiges Verfahren zur datengetriebenen Bestimmung von Port-Hamilton-Modellen entwickelt, die Energiezusammenhänge plausibel abbilden und sich unmittelbar für einen passivitätsbasierten Regelungsentwurf verwenden lassen. Zudem werden Ansätze zur automatischen Aktualisierung des im Regelkreis verwendeten Streckenmodells bei Modellunsicherheiten oder auftretenden Veränderungen der Systemdynamik vorgestellt. Experimentelle sowie simulative Untersuchungen demonstrieren die herausragende Prädiktionsgenauigkeit der datengetriebenen Modelle und die hohe Regelgüte. Die Ergebnisse dieser Dissertation leisten einen bedeutenden Beitrag, weil die datengetriebenen Modelle eine aus regelungstechnischer Sicht verwertbare Form aufweisen. Sie sind physikalisch interpretierbar und lassen sich nahtlos in bestehende Analyse- und Entwurfsmethoden einbinden. Dies eröffnet neue Perspektiven für zukünftige Anwendungen und Weiterentwicklungen.
