Online-Schätzung von Modellungenauigkeiten zur automatischen Modelladaption unter Beibehaltung einer physikalisch-technischen Interpretierbarkeit / Ricarda-Samantha Götte ; [Referent: Dr.-Ing. Julia Timmermann, Korreferent: apl. Prof. Dr. Ralf Mikut]. Paderborn : Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn, [2024]
Inhalt
- Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Symbolverzeichnis
- 1 Motivation und Zielsetzung
- 1.1 Modellbasierter Regelungsentwurf
- 1.2 Problemstellung und Anforderungen
- 1.3 Aufbau der Dissertation
- 2 Grundlagen zur Zustands- und Parameterschätzung
- 2.1 Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik
- 2.1.1 Zufallsvariablen und Wahrscheinlichkeitsverteilungen
- 2.1.2 Statistische Momente
- 2.1.3 Bayessche Optimierung
- 2.2 Kalman-Filter
- 2.3 Sliding-Mode-Beobachter
- 2.4 Modellungenauigkeiten und ihre Struktur
- 3 (Offline-)Strategien zur Kompensation von Modellungenauigkeiten
- 3.1 Systemidentifikation mittels hybrider Modelle
- 3.1.1 Sparse Identification of Nonlinear Dynamics (SINDy)
- 3.1.2 Neuronale Netze
- 3.1.3 Physics-Guided Neural Network (PGNN)
- 3.1.4 Physics-Guided Recurrent Neural Network (PGRNN)
- 3.1.5 Nutzbarkeit für den Beobachter- und Reglerentwurf
- 3.2 Modellkorrektur innerhalb eines Beobachters
- 3.2.1 Kompensation durch optimal initialisierte Kovarianzmatrizen
- 3.2.2 Kompensation durch diskontinuierliche Schaltfunktionen
- 3.3 Bewertung und Handlungsbedarf
- 4 Online-Schätzung von Modellungenauigkeiten
- 4.1 Konzept Joint Estimation
- 4.2 Voraussetzungen und Annahmen
- 4.3 Augmentierter Beobachterentwurf
- 4.3.1 Motivation aus dem Compressed Sensing
- 4.3.2 Beobachterentwurf für ein Unscented Kalman Filter
- 4.3.3 Analyse der Schätzgüte
- 4.4 Strukturell effizienter, augmentierter Beobachterentwurf
- 4.4.1 Motivation durch die Filterstruktur
- 4.4.2 Beobachterentwurf für ein Unscented Kalman Filter
- 4.4.3 Analyse der Schätzgüte
- 4.5 Online-Schätzung von Störungen
- 4.6 Zusammenfassung der Entwurfsverfahren
- 5 Automatisierte Modellaktualisierung während der Laufzeit
- 5.1 Merkmalsanalyse und -extraktion
- 5.2 Modellaktualisierung
- 5.3 Überprüfung der Interpretierbarkeit
- 5.4 Bewertung des Aufwands und Nutzens
- 6 Resümee und Perspektiven
- 7 Literaturverzeichnis
- Anhang
- A1 Beobachtbarkeit
- A2 Statistische Rechenregeln
- A3 Regularized-Horseshoe-Verteilung
- A4 Matrixzerlegungen
- A5 Numerische Integrationsverfahren
- A6 Anwendungsbeispiele