FAU FabLab: A Fabrication Laboratory for Scientists, Students, Entrepreneurs and the Curious

Creative thinking and interdisciplinary collaboration is encouraged within academic institutions, but often inhibited by resource availability and distribution, as well as interfaces and opportunity for exchange. We–students of the Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)–set out to improve this by creating a common open prototyping workspace for researchers, students, staff from all fields and schools as well as unaffiliated entrepreneurs, inventors and the generally curious. In this technical report, we present the origin of the Fabrication Laboratory (FabLab) concept and its realization as the FAU FabLab in Erlangen

Ein Modell zur Bewertung der Regelgüte bei Auftreten von Ein-/Ausgangs-Latenzen in digitalen Regelkreisen

Auf digitalen Rechnern implementierte Regelungssysteme werden durch Latenzen und Jitter negativ beeinflusst, welche etwa durch Wartezeiten auf gemeinsame Ressourcen wie CPU und Bussysteme hervorgerufen werden. In dieser Arbeit wird ein Ansatz für ein stochastisches Modell vorgestellt, das die Auswirkungen solcher Verzögerungszeiten auf die Regelgüte zur Laufzeit vorausschauend bewerten kann. Das Modell liefert der Ablaufplanung eines Betriebssystems die nötigen Informationen, um die für die Dienstgüte des Gesamtsystems optimale Entscheidung zu treffen.Control systems implemented on digital computers are negatively affected by latency and jitter, e.g. caused by waiting times for shared resources such as CPU and communication bus. An approach to a stochastic model for the effects of these delays on control quality is discussed. At runtime the model provides the operating system with the necessary information to allow optimal scheduling with regard to quality-of-service

Sicherheitsverifikation von Echtzeitregelungssystemen mit flexiblem Timing

The topic of this work is the analysis of control loops under the influence of input/output timing deviations. Such deviations from the ideal periodic timing can lead to increased control error or even to instability. To address this issue, methods are presented to determine a safe tolerance band for the timing deviation. Two alternatives are addressed: stability analysis at design time and timing adaptation at run time. In both cases, the methods support multiple inputs and outputs with individual timing uncertainties. For the analysis at design time, the work presents methods to determine stability and maximal control error at design time for a given input/output time window. The linear case is analyzed using linear impulsive systems. Progress towards solving the nonlinear case is made by reachability analysis of hybrid automata in connection with the Continuization method. For a flexible adaptation at run time, the framework of convergence rate abstractions is developed. By this, the decision about the permissible input/output timing can be made according to the current situation and with little computational overhead. Hence, larger temporal deviations can be permitted for a short time as long as the timing remains good enough in the long-term average to preserve stability.Die Arbeit befasst sich mit dem Verhalten von Regelkreisen unter dem Einfluss von zeitlichen Abweichungen der Ein- und Ausgabe. Solche Abweichungen von einem idealen periodischen Zeitraster können zu größerer Regelabweichung und bis hin zu Instabilität führen. Die Arbeit stellt Methoden vor, um ein erlaubtes Toleranzband für die zeitliche Abweichung zu bestimmen. Dies umfasst zum einen die Stabilitätsanalyse zum Entwurfszeitpunkt und zum anderen die Adaption zur Laufzeit. Insbesondere wird der Mehrgrößenfall betrachtet, in dem mehrere Sensoren und Aktoren jeweils eigene zeitliche Unsicherheiten aufweisen. Für die Analyse zum Entwurfszeitpunkt werden Methoden zur die Analyse der Stabilität und maximalen Regelabweichung für ein gegebenes Ein-/Ausgabe-Zeitfenster vorgestellt. Für den linearen Fall wird dies anhand eines linear impulsives Systemmodells umgesetzt. Als Lösungsweg für den nichtlinearen Fall wird die Erreichbarkeitsanalyse hybrider Automaten in Verbindung mit der Continuization-Transformation untersucht. Zum anderen wird eine Methode zur flexiblen Anpassung der Ein-/Ausgabe-Zeitfenster an die aktuelle Situation entwickelt. Hierzu wird das Konzept der Konvergenzraten-Abstraktion entwickelt, um zur Laufzeit mit geringem Rechenaufwand eine Entscheidung über das zulässige Zeitfenster zu treffen. Somit kann kurzzeitig eine größere zeitliche Abweichung zugelassen werden, solange das durchschnittliche Timing hinreichend gut bleibt um die Stabilität zu erhalten

qronos-qoc-stochastic: Quality Evaluation for Control Systems with Stochastic Timing

Software for the publication "A New Perspective on Quality Evaluation for Control Systems with Stochastic Timing". 2018, Maximilian Gaukler, Andreas Michalka, Peter Ulbrich, and Tobias Klaus. In HSCC ’18: 21st International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control (part of CPS Week), April 11–13, 2018, Porto, Portugal. ACM, New York, NY, USA, 10 pages. https://doi.org/10.1145/3178126.3178134</p

Worst-Case Analysis of Digital Control Loops with Uncertain Input/Output Timing

Code and data for the publication "Worst-Case Analysis of Digital Control Loops with Uncertain Input/Output Timing" by M. Gaukler and P. Ulbrich at ARCH2019 (Workshop on Applied Verification for Continuous and Hybrid Systems)</p