Kurzvorstellung des Kompetenzfelds Regelungstechnik · 6/4/2014 1 Kurzvorstellung des Kompetenzfelds Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer Regelungstechnik Studiengang Medizintechnik Frank

6/4/2014

1

Kurzvorstellung des Kompetenzfelds

Prof. Dr.-Ing. Frank Allgöwer

Regelungstechnik

Studiengang Medizintechnik

Frank AllgöwerInstitut für Systemtheorie und Regelungstechnik

dynamischesSystem

Stell-größe

Regel-größe

Störgröße

Dynamische Systeme

6/4/2014

2

dynamischesSystem

Stell-größe

Regel-größe

Störgröße

Regler-+Soll-

größe

Regelung

Beispiele für ein paarAnwendungen der Regelungstechnik

6/4/2014

3

Medizintechnik

Bionische Prothesen

Automobiltechnik

ESP: Antischleuderregelung

PKWBrems-kraft

Lenk-winkel

Störgröße

Regler-

+Soll-größe

Mercedes A-Klasse

6/4/2014

4

Jungfernflug Ariane 5

“The origin of the failure was thus rapidly narrowed down tothe flight control system”

Bericht der offiziellen Untersuchungskommission

geschätzter direkter Schadenüber 0.5 Mrd. €

Ariane 5

4.6.1996

Roboterfußball

6/4/2014

5

Anästhesietiefenregelung

(in Zusammenarbeit mit IfA, ETH Zürich und Inselspital Bern)

Stellgröße: Isoflurankonzentration im Verdampfer

Regelgröße: endtidale Isoflurankonzentration

Zeit [min]E

ndtid

ale

Isof

lura

nkon

zent

ratio

n

Trotz unbekannten Modells zufriedenstellende Regelgüte.

Beispiel: Antitumorale Wirkung von TNF in vivo:

Scientific American 1988

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.

Systembiologie

6/4/2014

6

Beeinflussbarkeit biologischer Systeme

Biologischer Eingang

[Hormon-menge]

Model-Eingang

Biologischer Ausgang

[Leben oder Tod]

Model-Ausgang

Apoptose = Programmierter Zelltod

Gleiches Eingangssignal

Unterschiedliches Ausgangssignal

Aufgaben der Regelungstechnik

Stabilität

Störunterdrückung

Führungsverhalten

dynamischesSystem

Stell-größe

Regel-größe

Störgröße

Regler-

+Soll-größe

BASF, 21.9.1921

6/4/2014

7

Aufgaben der Regelungstechnik

Stabilität

Störunterdrückung

Führungsverhalten

dynamischesSystem

Stell-größe

Regel-größe

Störgröße

Regler-

+Soll-größe

Positionsregelungeines Helikopters

Aufgaben der Regelungstechnik

Stabilität

Störunterdrückung

Führungsverhalten

dynamischesSystem

Stell-größe

Regel-größe

Störgröße

Regler-

+Soll-größe

6/4/2014

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.

6/4/2014

9

Aufbau des Kompetenzfelds

reales System

),(

),(

uxhy

uxfx

mathematisches Modell

Modellierung

)(xku

Regler

Reglerentwurf

z.B. Technische MechanikExperimentalphysik

• Systemdyn. Grundl. d. RT (SGRT)• Einf. in d. Regelungstechnik (ERT)• Mehrgrößenregelung (MGR)

• Roborace ;-)• Praktikum ERT

Schwerpunkt des Kompetenzfelds liegt auf systemtheoretischer Analyse und Reglerentwurf

Implementierung

geregeltes System

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

6/4/2014

10

Modul Einführung in die Regelungstechnik (6 LP)

5. Semester 6. Semester

Praktikum

4-5 Nachmittage

Projektwettbewerb

selbstständige Gruppenarbeit

Vorlesung

2 SWS

Gruppenübungen

2 SWS

Kompetenzfeld Regelungstechnik im BSc. Medizintechnik

3. Semester 4. Semester 5. Semester 6. Semester

Einführung in die Regelungstechnik

4.5 LP 1.5 LPProjektarbeit Tech. Kyb.„Roborace“

3LP

Mehrgrößenregelung

3LP

• Grundlegende und vertiefende Methoden der Regelungstechnik

• Praktische Anwendung der erlernten Methoden in den Praktika

• Anwendung der gelernten Mathematik in Hinblick auf regelungstechnische Anwendung

6/4/2014

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

Robust Control

6 LP

Convex Optimization

6 LP

Statistical Learning Methods and Stochastic Control 6 LP

Nonlinear Control

6 LP

Optimal Control

6 LP

Introduction to Adaptive Control 3 LP

Kernfächer

(Pflicht)

Ergänzungsfächer

(Wahlmöglichkeit)

Praktische Übungen

Angewandte Regelung und Optimierung in

der Prozessindustrie 3 LP

Projektarbeit Technische Kybernetik im 5. Semester

6/4/2014

12

Viel Erfolg für Ihr Medizintechnik - Studium

… wünscht das ISTwww.ist.uni-stuttgart.de