Ein Mehr-Zustands-Mehr-Episoden-Modell in diskreter Zeit zur Analyse klinischer Studien unter Beruecksichtigung unbeobachteter Heterogenitaet

Die in der Theorie der Verweildaueranalyse ueberwiegenden zeitstetigen Ansaetze gehen davon aus, dass keine Bindungen existieren. Diese Voraussetzung ist in der Praxis jedoch problematisch, so dass zeitdiskrete Ansaetze der Datensituation besser angepasst sind. Im medizinischen Kontext steht zumeist die Ueberlebenszeit von Patienten im Mittelpunkt. Neben diesem Ereignis koennen jedoch andere sich gegenseitig ausschliessende Ereignisse/Zustaende (competing risks) in verschiedenen Episoden, wie etwa der Gesundheitszustand im Krankheitsverlauf, von Interesse sein. In der vorliegenden Arbeit wird ein zeitdiskreter parametrischer Ansatz zur Analyse von competing risks fuer Mehr-Episoden-Modellen vorgestellt. Angelehnt an die Theorie der generalisierten linearen Modelle wird ein Multinomiales-Logit-Modell zur Modellierung der Hazardrate verwendet. Fuer die neben den beobachteten Einflussgroessen bestehende unbeobachtete Heterogenitaet wird eine Normalverteilungsannahme getroffen. Die Maximum-Likelihood-Schaetzung wird mittels des Newton-Raphson-Verfahrens durchgefuehrt, die noetige Integralapproximation erfolgt ueber die Gauss-Hermite-Quadraturtechnik. Mit der vorgestellten Methode werden Daten von 476 Patienten einer Hirntumorstudie ausgewertet

Effiziente Schätzung dichter Bewegungsvektorfelder unter Berücksichtigung der Epipolargeometrie zwischen unterschiedlichen Ansichten einer Szene

In der vorliegenden Arbeit wird ein effizientes Verfahren zur Schätzung dichter Bewegungsvektorfelder zwischen unterschiedlichen Ansichten einer Szene vorgestellt. Das Verfahren kombiniert geometrische Bedingungen zwischen zwei Ansichten einer statischen Szene mit einem Modell zur Beschreibung der Bewegung in der Bildebene. Die anschließende Schätzung erfolgt mit Hilfe einer Maximum-a-Posteriori-Methode und liefert zuverlässige Ergebnisse, was anhand realer Bildsequenzen demonstriert wird

Zur Beeinflussung reibungsbehafteter Systeme mithilfe überlagerter Schwingungen

Die Beeinflussung reibungsbehafteter Systeme mithilfe überlagerter Schwingungen ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung. Infolge überlagerter Schwingungen können sich geglättete Reibkennlinien ergeben, so dass die ursprünglich nicht-glatten Eigenschaften trockener Reibung unterdrückt werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse der in der Literatur etablierten Modellierung ergänzt und im Hinblick auf nachgiebige Kontakte und experimentelle Ergebnisse erweitert

Discrete Time Analysis of Consolidated Transport Processes

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung zeitdiskreter Modelle zur Analyse von Transportbündelungen. Mit den entwickelten Modellen für Bestands- und Fahrzeugbündelungen, insbesondere Milkrun-Systeme, kann eine detaillierte Leistungsbewertung in kurzer Zeit durchgeführt werden. Darüber hinaus erlauben die Modelle die Analyse der Umschlagslagerbündelungen, beispielweise Hub-und-Spoke-Netzwerke, indem sie im Rahmen einer Netzwerkanalyse mit einander verknüpft werden

Grid-adaptive control and active-filter functionality of grid-connected PWM converters in renewable energy generation

Die hohe Durchdringung öffentlicher Energienetze mit zumeist leistungselektronisch angebundenen regenerativen Energieerzeugungsanlagen (kurz: EZAs) führt zu einem Wandel der Energieerzeugung. Die Netzimpedanz stellt dabei einen Schlüsselparameter bei der Erzeugung und Verteilung elektrischer Energie dar. In dieser Arbeit wird ein Gesamtkonzept für die Erweiterung der Regelung eines Netzpulsstromrichters einer dezentralen EZA um die Adaption variierender ohmsch-induktiver Netzimpedanzen (kurz: netzadaptive Regelung) und einer zusätzlichen Aktiv-Filter Funktionalität (kurz: AFF) entwickelt, untersucht und unter Laborbedingungen validiert. Für die Detektion der äquivalenten Netzparameter werden zwei Verfahren berücksichtigt: (1) Die Messung der Netzimpedanz durch die Einspeisung eines interharmonischen Oberschwingungsstromes und (2) die Schätzung der Netzimpedanz mittels eines Erweiterten Kalman-Filters. Die Analysen dieser Detektionsverfahren zeigen, dass sich die Messung der Netzimpedanz durch eine hohe Detektionsgenauigkeit und die Schätzung der Netzimpedanz durch eine hohe Detektionsgeschwindigkeit auszeichnet. Diese Erkenntnis führt zu der Entwicklung eines kombinierten Identifikationskonzeptes, welches die Detektion der Netzparameter in Echtzeit und mit minimaler Systemanregung ermöglicht. Das kombinierte Identifikationskonzept dient als Grundlage für die Entwicklung eines netzadaptiven Regelungskonzeptes eines Netzpulsstromrichters mit netzseitigem LCL-Filter. Auf der Grundlage einer detaillierten Modellierung der Regelstrecke in einem rotierenden (dq) Koordinatensystem wird ein zeitdiskreter Stromregler mit idealerweise vollständiger Entkopplung der nieder- und hochfrequenten Verkopplungsdynamiken von LCL-Filtern entworfen. Es wird ein auf einer Sollwertfilterung basierendes aktives Dämpfungsnetzwerk entwickelt und um eine Adaption variierender Netzparameter erweitert. Die experimentellen Untersuchungen zeigen, dass die entwickelte netzadaptive Regelung insbesondere bei sprunghaften Änderungen der Netzimpedanz zu einer Erhöhung des Stabilitätsbereiches führt ohne die Dynamik der gesamten Stromregelung reduzieren zu müssen. Zudem wird die netzadaptive Regelung um eine AFF erweitert. Die zusätzliche AFF führt zu einer Reduzierung bzw. vollständigen Kompensation von Spannungsunsymmetrien und -oberschwingungen am Anschlusspunkt des Netzpulsstromrichters einer dezentralen EZA. Die theorischen und praktischen Analysen zu der AFF offenbaren, dass eine lastadaptive Betriebsführung für die Ausnutzung der maximalen Betriebsgrenzen eines Netzpulsstromrichters zielführend ist. Hierfür wird ein lastadaptiver Begrenzungsregler entwickelt. Das neu entwickelte lastadaptive Regelungskonzept zur Umsetzung der AFF führt zu einer deutlichen Verbesserung der Spannungsqualität am Anschlusspunkt einer regenerativen und denzentralen EZA.The high penetration of public energy distribution networks with distributed energy production units mainly connected through power electronic converters leads to a high utilization of the existing grid structures. This trend is mainly driven by the efforts to push electrical power generation toward green and sustainable energy production. In this context the grid impedance is a key parameter for the generation and distribution of electrical energy. In this work an overall control concept for the grid impedance adaptive control and an additional active-filter functionality of grid-connected PWM converters is proposed, developed and validated with experimental results. The detection of equivalent grid parameters is examined using two different methods: (1) the measurement of the grid impedance by means of inter-harmonic current injection and (2) the estimation of the grid impedance using an Extended Kalman-Filter. The analysis of these two methods reveals that measurement of the grid impedance leads to a high detection precision whereas the estimation of the grid impedance leads to high detection dynamics. This insight motivates the development of a combined identification method that is able to detect the grid impedance conditions in a real-time manner with minimal system excitation. The combined identification method is the basis for the development of a grid impedance adaptive control concept for grid connected PWM converters with LCL-filters. The control is based on a detailed model of the control plant in the rotating (dq) reference frame whereas a discrete current controller with improved decoupling dynamics of both low and high frequency coupling dynamics of a LCL-filter is proposed. An active damping of the LCL-filter resonance is achieved using a grid impedance adaptive reference value filter. The measurement analysis shows that the proposed grid impedance adaptive control is able to guarantee stable converter operation with high control performance in the presence of step-wise grid impedance changes without the need of decreasing the current control dynamics. In addition to high performance current control and grid impedance detection capability, the grid impedance adaptive control is superimposed with an active-filter functionality. The active-filter functionality leads to a mitigation or compensation of voltage-unbalances and lower-order voltage-harmonics at the grid-connection point of the renewable energy system. The analysis of the active-filter functionality motivated the development of the load adaptive operation point controller to utilize the maximum capability limits of the grid-connected converter. A measurement analysis validates the proposed control concept and demonstrates that a considerable voltage quality improvement is achieved by the additional active-filter functionality

Die Integration von Multiskalen- und Multi-Omik-Daten zur Erforschung von Wirt-Pathogen-Interaktionen am Beispiel von pathogenen Pilzen

The ongoing development and improvement of novel measurement techniques for scientific research result in a huge amount of available data coming from hetero- geneous sources. Amongst others, these sources comprise diverse temporal and spatial scales including different omics levels. The integration of such multiscale and multi-omics data enables a comprehensive understanding of the complexity and dynamics of biological systems and their processes. However, due to the biologically and methodically induced data heterogeneity, the integration process is a well-known challenge in nowadays life science. Applying several computational integration approaches, the present doctoral thesis aimed at gaining new insights into the field of infection biology regarding host- pathogen interactions. In this context, the focus was on fungal pathogens causing a variety of local and systemic infections. Based on current examples of research, on the one hand, several well-established approaches for the analysis of multiscale and multi- omics data have been presented. On the other hand, the novel ModuleDiscoverer approach was introduced to identify regulatory modules in protein-protein interac- tion networks. It has been shown that ModuleDiscoverer effectively supports the integration of multi-omics data and, in addition, allows the detection of potential key factors that cannot be detected by other classical approaches. This thesis provides deeper insights into the complex relationships and dynamics of biological systems and, thus, represents an important contribution to the investigation of host-pathogen interactions. Due to the interactions complexity and the limitations of the currently available knowledge databases as well as the bioinformatic tools, further research is necessary to gain a comprehensive understanding of the complexity of biological systems

Throughput Analysis of Manual Order Picking Systems with Congestion Consideration

Throughput in manual order picking systems with narrow aisles suffers from congestion as pickers cannot pass each other. Only few models incorporate congestion but they have very strict assumptions. In this work, queueing theory is used to analyze systems with traversal routing as well as different storage policies. The models are able to estimate throughput for many alternative designs in a relatively short amount of time. New guidelines for narrow-­aisle order picking systems are introduced

Optimization potential of servo inverters for permanent magnet synchronous machines

Ziel dieser Arbeit ist es, weitere Verbesserungspotenziale in der Regelung von permanenterregten Synchronmaschinen zur Anwendung in der Servotechnik aufzuzeigen. Hierzu wurde ein auf einem FPGA basierendes Referenzsystem aufgebaut. Die Komponenten dieses Systems sind gleich- oder höherwertig zu am Markt verfügbaren Standardlösungen, so dass diese damit mühelos abgebildet werden können. Das Referenzsystem wird zur Untersuchung neuer Techniken (z.B. Überabtastung) und Technologien verwendet, um deren Nutzen im Bereich der Servotechnik anhand von Messungen und Versuchen zu quantifizieren. Der Fokus der Untersuchungen liegt hierbei auf den Kerneigenschaften Dynamik und Genauigkeit, die bei jeder Servo-Anwendung eine hohe Relevanz haben. Die dynamischen Eigenschaften eines Servoregelkreises werden hauptsächlich von Rechen- und Laufzeiten beeinflusst. Dem Stromregelkreis als innerstem Regelkreis einer Servoregelung kommt hierbei eine entscheidende Bedeutung zu. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, um mit Hilfe eines FPGAs und schneller A/D-Wandler die Rechen- und Laufzeiten des Stromreglers derart zu reduzieren, dass sie vernachlässigbar klein werden. Das Resultat ist eine entscheidende Dynamiksteigerung der Antriebsregelung. Zur Ausnutzung dieses Dynamikvorteils wird eine alternative Implementierung eines Luenberger Geschwindigkeitsbeobachters vorgestellt. Dieser wurde derart erweitert, dass eine spezifische hochfrequente Resonanz auf dem Winkelistwert ausgeblendet werden kann ohne das zusätzliche Verzögerungen entstehen. Zur Verbesserung der Kerneigenschaft Genauigkeit werden systematische sowie stochastische Fehler auf den Zustandsgrößen "Strom" und "Winkel" untersucht und falls möglich kompensiert. Die Reduktion stochastischer Fehler erfolgt hierbei durch Überabtastung der Sensorsignale. Die Betrachtung der systematischen Fehler erstreckt sich auf umdrehungssynchrone Fehler des Lagesensors und Hochfrequenzabweichungen auf den Strommessungen.This thesis points out further potential for improvements for the control of permanent magnet excited synchronous machines in servo applications. A FPGA based reference system has been designed whose components are either equivalent or of higher value to these of available standard solutions. Therefore common servo drive solutions can be easily emulated within the reference set-up. Consequently, the system is used to investigate advanced techniques (e.g. Oversampling) and technologies and to evaluate their benefits for servo applications. The investigations focus on the major factors "dynamic" and "accuracy" which play an important role in every servo application. The dynamic characteristics of a control loop are mainly determined by computing time and signal delays. The current control loop as the innermost controller in a cascaded control scheme has a major significance for the maximal dynamic of the system. This thesis presents a new method to reduce computing time and signal delays of the current controller so that they become negligibly small. This is achieved by the use of FPGAs and high speed A/D converters. It results in a significant increase of dynamic for the entire cascaded control. In order to make use of the dynamic gain, an alternative implementation of a Luenberg observer is presented. In comparison to common observer structures it was extended to remove a specific mech. resonance frequency from the actual position without causing additional delays. Thus the operation of the servo control with full dynamic is possible. To further improve the accuracy of the system, systematical and stochastic errors on the state variables "current" and "position" are investigated and, if possible, compensated. A decrease of stochastic errors is achieved by oversampling methods, which are performed on the FPGA. The examination of systematic errors takes into account angle dependent errors of the position sensor and high frequency deviations on the current measurement

Stochastische Behandlung von Unsicherheiten in kaskadierten dynamischen Systemen

In dieser Arbeit wird die Idee verfolgt, komplexe Systeme aus sehr einfachen Teilsystemen aufzubauen und für solche Systemkaskaden eine stochastische Zustandsschätzung durchzuführen. Dabei wird die Struktur der Kaskade verwendet, um die Schätzung lokal in den Teilsystemen durchzuführen woraus eine globale Schätzung abgeleitet wird. Im Fokus der Arbeit stehen nichtlineare und hybride Systeme. Als eine Anwendung wird die Intentionserkennung in der Mensch-Roboter-Kooperation betrachtet