ISBN 9783868539837

978-3-86853-983-7, Reihe Ingenieurwissenschaften

Heike Meinert
Untersuchung von robusten modellprädiktiven Regelungen zur Anwendung in der Flugführung

198 Seiten, Dissertation Technische Universität Darmstadt (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit den theoretischen Grundlagen der robusten modellprädiktiven Regelung (MPC) und deren Anwendung in der Flugführung. Moderne Air Traffic Management Verfahren und Strukturen basieren auf der Nutzung einer Beschreibung der Flugbahnen in Raum und in der Zeit. Regelungen zur Führung eines Flugzeuges basieren jedoch zumeist auf klassischen Konzepten der Regelungstechnik, welche die vorgegebenen Informationen als Sollwerte für die Bahnführung nur im Raum, jedoch nicht in der Zeit nutzen können. Die Methodik der MPC scheint für diese Aufgabe besonders geeignet, da diese eine inhärente Eignung für Anwendungen besitzt, bei denen die Sollwerte über der Zeit gegeben sind. Bisher hat MPC aufgrund seiner numerischen Komplexität keinen Eingang in Flugregelungen gefunden. Darüber hinaus steht der derzeitige Zulassungsprozess der Umsetzung eines nichtdeterministischen Regelungskonzeptes im Wege. Ziel dieser Arbeit ist es, die Klasse der modellprädiktiven Regelungen als beschränkte, vorausschauende Optimalregelungen für den Entwurf robuster Flugführungsregler zu untersuchen. Ein zentraler Aspekt der Untersuchungen liegt dabei auf der Formulierung numerisch effizienter Algorithmen und der Analyse der Rechenzeiten. MPC nutzt ein Modell der Regelstrecke, um das Systemverhalten in der Zukunft vorauszusagen und die zukünftige Regelabweichung zu minimieren. Das Systemverhalten kann sich jedoch durch Störungen und Parameterschwankungen während des Betriebs auch ohne Arbeitspunktverschiebungen ändern. Somit ist das Modell nicht mehr zutreffend und die Prädiktion fehlerhaft. Robuste modellprädiktive Regelungen (RMPC) umgehen dieses Problem, indem Informationen über die Modellunsicherheiten in die Optimierung des Regelgesetzes einbezogen werden. Die Eigenschaften dieser Regelungen werden anhand von Simulationsbeispielen untersucht und die Anwendung von robuster MPC in der Flugregelung für die Bahnregelung und die Missionsplanung diskutiert. Anhand eines Simulationsmodells zur lateralen Flugführung werden die vorgestellten Regelungen in ihren impliziten (online) und expliziten (offline) Varianten vergleichend hinsichtlich ihrer Berechnungszeiten untersucht. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung der Architektur der robusten MPC in der Flugführung ein plausibler Vorschlag ist.