The evolution in control systems and communications networks has lead from the standard hard-wired architecture to networked control systems (NCS). In NCS spatially distributed components communicate with each other through a common communication network. Especially with the advent of low-cost wireless networks, which has facilitated the development of novel applications, the spread of NCS has become vast. Examples include teleoperation systems, process control, automotive industry, spacecrafts and automated highway systems. The major differences compared to the standard architecture are two. First, the communication between the systems is no longer ideal and the exact communication parameters are hard to estimate. Second, low-cost processing power can be incorporated in remote places, e.g. in sensors and actuators. Therefore the development of control methods which guarantee good performance under non-ideal transmission, as well as the exploitation of the distributed computational power in order to improve control performance, will lead to significant benefits in many different fields. Due to the interaction of the communication network with the physical systems, the research in NCS focuses on three different areas, namely control theory, communication networks and information theory. In this dissertation a control theoretic approach is considered, with focus on the stability and performance of the standard feedback interconnection of one plant and one controller under non-ideal transmission effects, i.e. time delay and packet loss. The methods developed in this dissertation concern two different classes of systems, namely non-linear, MIMO (Q,S,R)-dissipative systems, with typical examples being mechanical and electrical systems, and LTI SISO systems. The major innovation of the presented approach is twofold. First, a novel distributed controller architecture is introduced making use of the limited computational power available in the plant side, leading to significant performance improvement. Second, unique to the existing literature is the consideration of sensitivity issues with respect to the time delay. Low sensitivity to time delay is necessary in order to guarantee a good performance, since the transmission parameters are not exactly known. The improved performance and reduced sensitivity to time delay of the proposed approach compared to standard methods is validated in several examples and an extensive case study in simulations, as well as in two experiments. The proposed method can be seen as a direct extension of the scattering transformation, a method commonly used in teleoperation systems.      «

 The evolution in control systems and communications networks has lead from the standard hard-wired architecture to networked control systems (NCS). In NCS spatially distributed components communicate with each other through a common communication network. Especially with the advent of low-cost wireless networks, which has facilitated the development of novel applications, the spread of NCS has become vast. Examples include teleoperation systems, process control, automotive industry, spacecrafts...     »

Der technologische Fortschritt von Kommunikations- und Regelungssystemen hat zur Entwicklung von vernetzten Regelungssystemen (NCS) geführt. Im Gegensatz zu der traditionellen fest verdrahteten Architektur, kommunizieren in NCS räumlich verteilte Komponentenüber ein gemeinsames Kommunikationsnetzwerk. Besonders die Entwicklung kostengünstiger drahtloser Netzwerkkomponente, die die Entwicklung von neuen Anwendungen ermöglichen, sind die Einsatzgebiete von NCS enorm vielseitig geworden. Beispiele sind Prozessregelung, Fahrzeugindustrie, Raumfahrttechnik und automatisierte Verkehrsleitsysteme. Die Hauptunterschiede zu klassichen Architekturen, sind: 1) Die Kommunikation ist nicht mehr ideal und die exakten Kommunikationsparameter sind schwer zu bestimmen 2) Kostengünstige Prozessleistung kann über das Netzwerk verteilt werden, z.B. in Sensoren und Stellgliedern. Die Entwicklung von Regelungsmethoden, die die Regelgüte unter der Übertragungseffekte garantieren können und die verteilte Rechenleistung ausnutzen, ist deswegen in vielen Anwendungsgebieten von großem Nutzen. Wegen des Zusammenspiels des Kommunikationsnetzwerkes mit den physikalischen Systemen konzentriert sich die Forschung in NCS auf drei verschiedenen Gebiete, namentlich Regelungstechnik, Kommunikationstechnik und Informationstechnik. In dieser Dissertation wird eine regelungstheoretische Herangehensweise betrachtet. Der Schwerpunkt liegt dabei bei der Stabilität und Regelgüte unter nicht idealen Übertragungseffekten, d.h. Totzeit und Paketverlust, für den Fall mit einer Strecke und einem Regler. Die hier entwickelten Methoden betreffen zwei Klassen von Systemen: nicht-lineare, MIMO, (Q,S,R)-dissipative Systeme, mit als typischen Beispielen mechanischen und elektrischen Systemen, sowie lineare, zeit-invariante Systeme. Die Innovation dieser Dissertiation ist zweigeteilt: 1) Es wird eine neuartige verteilte Regelungsarchitektur eingeführt, die die begrenzte Rechenleistung in der Streckeseite ausnutzt und zu einer signifikanten Steigerung der Regelgüte führt. 2) Einzigartig in der derzeitigen Literatur ist zusätzlich die Betrachtung von der Sensitivität der Regelgüte bezüglich der Totzeit. Niedrige Sensitivität ist erforderlich, damit eine gute Performanz gewährleistet werden kann, weil die exakten Übertragungsparameter schwer to bestimmen sind. Die überlegene Regelgüte sowie die niedrige Sensitivität, im Vergleich zu Standardmethoden, ist in verschiedenen Beispielen und in einer ausgiebigen Fallstudie in Simulationen, sowie in zwei separaten Experimenten validiert. Die hier vorgeschlagene Methode, kann als eine direkte Erweiterung der Scatteringtransformation betrachtet werden, eine Methode die häufig in Teleoporationssystemen genutzt wird.      «

Der technologische Fortschritt von Kommunikations- und Regelungssystemen hat zur Entwicklung von vernetzten Regelungssystemen (NCS) geführt. Im Gegensatz zu der traditionellen fest verdrahteten Architektur, kommunizieren in NCS räumlich verteilte Komponentenüber ein gemeinsames Kommunikationsnetzwerk. Besonders die Entwicklung kostengünstiger drahtloser Netzwerkkomponente, die die Entwicklung von neuen Anwendungen ermöglichen, sind die Einsatzgebiete von NCS enorm vielseitig geworden. Beispiele...     »