Optimierungsbasierte Generierung von Testsignalen für die Analyse von Regelkreisen

In der vorliegenden Arbeit wird ein optimierungsbasierter Signalgenerator entwickelt, der Worst-Case Testsignale zur Analyse von Regelkreisen erzeugt. Dabei verfolgt das zugrundeliegende Optimierungsproblem das Ziel, die Abweichung zwischen Soll- und Ausgangssignal eines Regelkreises zu maximieren, um herausfordernde Testsignale für nichtlineare Regelkreise zu generieren. Die Struktur des Signalgenerators wurde so gestaltet, dass die erzeugten Testsignale physikalisch sinnvoll und realisierbar sind. Da die Bestimmung geeigneter Testsignale ohne Systemwissen eine besondere Herausforderung darstellt, ermöglicht der entwickelte Signalgenerator die Bestimmung von herausfordernden Testsignalen für nichtlinearen Regelkreise auch ohne Kenntnis des zugrunde liegenden Systems.

Für den optimierungsbasierter Signalgenerator wurden geeignete Optimierungsverfahren ausgewählt und es wurden Simulationsstudien durchgeführt, um diese Algorithmen hinsichtlich absoluter Genauigkeit, Wiederholgenauigkeit und Konvergenzverhalten zu untersuchen. Zur Verbesserung der Optimierung wurden Startwerte auf Basis schon durchgeführter Simulationsstudien gewählt und deren Effektivität experimentell geprüft. Der anwendungsorientierte Teil dieser Arbeit umfasst, neben ausführlichen Simulationsstudien auch die Validierung des Signalgenerators an einem realen Regelkreis. Die durchgeführten Experimente zeigen, dass der entwickelte Ansatz eine Bestimmung von Schwachstellen ermöglicht und somit die Effektivität des Verfahrens bestätigt. Damit leistet diese Arbeit einen vielversprechenden Beitrag zur Erzeugung von herausfordernden Testsignalen
für nichtlineare Regelkreise.