Andreas Malik
Modellbasierte Unterstützung der Fehlermöglichkeits- und Einflußanalyse von geregelten Kfz-Subsystemen.
Diplomarbeit, Forschungs- und Lehreinheit Informatik IX, Technische Universität München, 1995.
1 Einleitung
1.1 Warum diese Arbeit?
Diese Arbeit entstand als Teil einer Kooperation zwischen
der TU München und der Robert Bosch GmbH Stuttgart. Das Ziel dieser
Kooperation ist es, Entwurf-, Analyse- und Diagnoseaufgaben im dem Bereiche
der Kfz-Industrie durch mo-dellbasierte Vorhersage- und Diagnosetechniken
zu unterstützen. Qualitative, kompositionale Verfahren treffen dabei
genau die Forderungen dieser Domäne
nach Vollständigkeit und Wiederverwendbarkeit. Für
statische Systeme wurden bereits überzeugende Ergebnisse erzielt,
die eine Umsetzung in praktische Anwen-dungen nahelegen. Dynamische Systeme
gestalten sich demgegenüber ungleich komplizierter. Ihr Verhalten
ist nicht allein durch den gegenwärtigen Wert der Zustandsvariablen
charakterisierbar, sondern vielfach Abhängig vom der vorange-gangenen
Entwicklung. Eine geeignete Systembeschreibung für wissensbasierten
Anwendungen erfordert deshalb neue Methoden der Abstraktion und neue Darstel-lungen
für temporale Zusammenhänge.
1.2 Was behandelt diese Arbeit?
Als motivierendes Beispiel und gleichzeitig als praktische
Anwendung behandelt diese Arbeit einen Regelkreis mit Elektromotor. Der
Aufbau ist wie folgt: Ein Regler steuert einen Motor durch Änderung
der anliegenden Spannung. Neben einer vorgegebenen Solldrehzahl erhält
der Regler von einer Drehzahlerfassung Information über die aktuelle
Motordrehzahl. In diesem einfachen Beispiel zeigen sich bereits grundlegende
Herausforderungen an die Modellierung dynamischer Systeme: Rückkopplungen
bewirken ein zeitabhängiges Verhalten, wobei Feh-lerauswirkungen durch
Gegensteuerung kompensiert sein können. Die Drehzahler-fassung
ist zudem in sich eine Komponente mit komplexem dynamischen
Verhal-ten: Ein mit der Motorachse rotierendes, ferromagnetisches Impulsrad
induziert Spannungsimpulse in einem Sensor. Aus der Auswertung der zeitlichen
Abstände dieser Impulse läßt sich die Motordrehzahl errechnen.
Die Aufgabenstellung lautet, mit wenigen Meßpunkten eine auftretende
Fehlerursache zu erkennen und zu
lokalisieren.
1.3 Welche Ergebnisse enthält diese Arbeit?
Ausgehend von den durch das Beispiel implizierten Anforderungen
werden im Verlauf dieser Arbeit bestehende Methoden zur qualitativen Modellierung
vorgestellt und neue Methoden entwickelt. Am Beispiel des Regelkreises
wird eine lokale Charakterisierung von Klassen dynamischen Systemverhaltens
erarbeitet. Anhand der Modellierung der Drehzahlerfassung wird eine ökonomische
Repräsentation für regelmäßig wiederkehrend Signalverläufe
angegeben. Die Ergebnisse dieser Arbeit demonstrieren, daß auch dynamische
Systeme mit einfachen, qualitativen Methoden modelliert werden können.
Die präsentierten Lösungen lassen sich leicht auf andere dynamische
Domänen übertragen.
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