Automated Model Generation and Observer Design for Interconnected Systems : A Port-Hamiltonian Approach

This work addresses the automated generation of physical-based models and model-based observers. We develop port-Hamiltonian methods, which for the first time allow a complete and consistent automation of these two processes for a large class of interconnected systems

Automated Model Generation and Observer Design for Interconnected Systems : a Port-Hamiltonian Approach

Vernetzte Systeme stellen einen unverzichtbaren Teil moderner Gesellschaften dar. Mit dem Ausrollen neuer Kommunikationstechnologien und in Folge der fortgeschrittenen Nutzung von Synergiepotenzialen entstanden in den letzten Jahren vernetzte Systeme ungeahnten Ausmaßes. Aufgrund der Komplexität dieser Systeme, gelangen bestehende Modellierungs- und Beobachterentwurfsmethoden an ihre Grenzen. Modelle und Beobachter können deshalb häufig nur unter erheblichen Vereinfachungen entwickelt werden. Die vorliegende Dissertation schafft Abhilfe. Leitgedanke ist es, die Vorgänge der Modellerzeugung und des Beobachterentwurfs zu automatisieren. Hierzu werden in dieser Arbeit automatisierbare Modellierungs- und Beobachtermethoden auf Basis der Port-Hamiltonschen Systemtheorie entwickelt. Diese Methoden sind in einem Software-Prototyp namens AMOTO implementiert. In zwei Fallstudien wird AMOTO jeweils zur automatisierten Modellherleitung und zum automatisierten Beobachterentwurf eingesetzt. Computersimulationen weisen in beiden Fallstudien die Funktionstüchtigkeit der erzeugten Modelle und Beobachter nach und zeigen, dass diese genauere Ergebnisse liefern, als Modelle und Beobachter, die mit Methoden des bisherigen Stands der Technik entwickelt wurden. Dies unterstreicht die praktische Nutzbarkeit des vorgestellten Ansatzes. Es zeigt sich ferner, dass der Ansatz auf eine große Klasse vernetzter Systeme anwendbar ist. Somit leisten die Methoden, Algorithmen und Werkzeuge aus dieser Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Bewältigung zukünftiger Herausforderungen in vernetzen Systemen