Regelungstechnik. Kurzvorstellung des Kompetenzfelds 6/4/2014

Transkript

1 Studiengang Medizintechnik Kurzvorstellung des Kompetenzfelds Regelungstechnik Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer Frank Allgöwer Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik Dynamische Systeme Störgröße dynamisches System Stellgröße Regelgröße 1

2 Regelung Störgröße Regelgröße Sollgröße + - Regler dynamisches System Stellgröße Beispiele für ein paar Anwendungen der Regelungstechnik 2

3 Medizintechnik Bionische Prothesen Automobiltechnik ESP: Antischleuderregelung Störgröße Mercedes A-Klasse Lenkwinkel Sollgröße + - Regler PKW Bremskraft 3

4 Jungfernflug Ariane 5 The origin of the failure was thus rapidly narrowed down to the flight control system Bericht der offiziellen Untersuchungskommission geschätzter direkter Schaden über 0.5 Mrd Ariane 5 Roboterfußball 4

5 Anästhesietiefenregelung (in Zusammenarbeit mit IfA, ETH Zürich und Inselspital Bern) Endtidale Isoflurankonzentration Stellgröße: Isoflurankonzentration im Verdampfer Regelgröße: endtidale Isoflurankonzentration Zeit [min] Trotz unbekannten Modells zufriedenstellende Regelgüte. Systembiologie Beispiel: Antitumorale Wirkung von TNF in vivo: TNF = Tumor Nekrose Faktor Hormon Apoptose = Programmierter Zelltod Eine einzige Injektion von TNF induziert das Absterben eines soliden Tumors in Mäusen im Menschen leider starke Nebenwirkungen. Scientific American

6 Beeinflussbarkeit biologischer Systeme Gleiches Eingangssignal Unterschiedliches Ausgangssignal Biologischer Eingang [Hormonmenge] Model- Eingang Model- Ausgang Biologischer Ausgang [Leben oder Tod] Apoptose = Programmierter Zelltod Aufgaben der Regelungstechnik Stabilität Störunterdrückung Führungsverhalten Störgröße BASF, Regelgröße Sollgröße + - Regler dynamisches System Stellgröße 6

7 Aufgaben der Regelungstechnik Stabilität Störunterdrückung Führungsverhalten Positionsregelung eines Helikopters Störgröße Regelgröße Sollgröße + - Regler dynamisches System Stellgröße Aufgaben der Regelungstechnik Stabilität Störunterdrückung Führungsverhalten Störgröße Regelgröße Sollgröße + - Regler dynamisches System Stellgröße 7

8 Regelungstechnik Wichtiges Gebiet mit hoher Anwendungsrelevanz in vielen Bereichen (Medizintechnik, Maschinenbau, Elektrotechnik, ) Regelungstechnik Wichtiges Gebiet mit hoher Anwendungsrelevanz in vielen Bereichen (Medizintechnik, Maschinenbau, Elektrotechnik, ) Theoretisch anspruchsvolles Gebiet, das Brücke zwischen Mathematik und Anwendungen schlägt. 8

9 Aufbau des Kompetenzfelds x f ( x, u) y h( x, u) u k(x) reales System mathematisches Modell Regler geregeltes System Modellierung Reglerentwurf Implementierung z.b. Technische Mechanik Experimentalphysik Systemdyn. Grundl. d. RT (SGRT) Einf. in d. Regelungstechnik (ERT) Mehrgrößenregelung (MGR) Roborace ;-) Praktikum ERT Schwerpunkt des Kompetenzfelds liegt auf systemtheoretischer Analyse und Reglerentwurf Kompetenzfeld Regelungstechnik im BSc. Medizintechnik 3. Semester 4. Semester 5. Semester 6. Semester Einführung in die Regelungstechnik 4.5 LP 1.5 LP Projektarbeit Tech. Kyb. Roborace 3 LP Mehrgrößenregelung 3 LP 9

10 Modul Einführung in die Regelungstechnik (6 LP) 5. Semester 6. Semester Vorlesung Gruppenübungen 2 SWS 2 SWS Praktikum 4-5 Nachmittage Projektwettbewerb selbstständige Gruppenarbeit Kompetenzfeld Regelungstechnik im BSc. Medizintechnik 3. Semester 4. Semester 5. Semester 6. Semester Einführung in die Regelungstechnik Grundlegende und vertiefende Methoden 4.5 der LP Regelungstechnik 1.5 LP Praktische Anwendung Projektarbeit der erlernten Tech. Methoden Kyb. Mehrgrößenregelung in den Praktika Roborace Anwendung der gelernten Mathematik in 3LP Hinblick 3LP auf regelungstechnische Anwendung 10

11 Ausblick: Spezialisierungsfach Regelungstechnik im MSc. Medizintechnik 1. Semester 2. Semester 3. Semester Konzepte der Regelungstechnik 6 LP Projektarbeit Regelungstechnik 1.5 LP 1.5 LP Convex Optimization 6 LP Nonlinear Control 6 LP Robust Control 6 LP Introduction to Adaptive Control 3 LP Statistical Learning Methods and Stochastic Control 6 LP Optimal Control 6 LP Angewandte Regelung und Optimierung in der Prozessindustrie 3 LP Kernfächer (Pflicht) Ergänzungsfächer (Wahlmöglichkeit) Praktische Übungen Projektarbeit Technische Kybernetik im 5. Semester 11

12 Viel Erfolg für Ihr Medizintechnik - Studium wünscht das IST 12