Modellprädiktive Ansätze zur Regelung von unteraktuierten Mehrkörpersystemen

Diese Arbeit stellt verschiedene bestehende lineare und nichtlineare MPC-Konzepte vor und entwickelt diese weiter im Hinblick auf die gängigen Problemstellungen in der Mehrkörperdynamik. Dabei liegt der Fokus auf der Genauigkeit, Anwendbarkeit und hardwaretechnischen Umsetzbarkeit der jeweiligen MPC-Verfahren, bei denen jeweils der Bezug zu unteraktuierten Mehrkörpersystemen herausgearbeitet wird. Darüber hinaus werden verschiedene adaptive MPC-Ansätze entwickelt, um auftretende Unsicherheiten und Störungen im Modell und damit im Optimierungsproblem besser berücksichtigen zu können. Dabei beruht die Adaptivität auf der fortwährenden Schätzung unbekannter Parameter durch einen Unscented Kalman Filter, wohingegen die Auswirkung der Unsicherheiten auf die Performance der Regelkreisstruktur über eine fuzzy-arithmetische Unsicherheitsanalyse bereitgestellt wird und somit Schlussfolgerungen hinsichtlich Stabilität und Robustheit zulässt. Die theoretischen Untersuchungen werden durch die simulative und experimentelle Umsetzung an verschiedenen für die Robotik relevanten Anwendungsbeispielen unterstützt. Anhand der Untersuchungen an einem rotatorischen Kran, an seriellen (elastischen) Manipulatoren, an einem Pendel und an einem Industrieroboter soll abschließend die Wahl des für die jeweilige Regelungsaufgabe am besten geeigneten Konzepts herausgearbeitet werden.