Forschung

Grundlagen- und Anwendungsorientierte Forschung für Industrie und Wissenschaft

Forschung im Bereich der Regelungstechnik

Unsere Professur ist sowohl in der grundlagenorientierten als auch in der anwendungsorientierten Forschung im Bereich der Regelungstechnik aktiv. In der Grundlagenforschung arbeitet die Professur gemeinsam mit Prof. Dr. Steffi Knorn von der Technischen Universität Berlin an Projekten im Bereich der Multi-Agenten-Systeme, die durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert werden.

In der anwendungsorientierten Forschung liegt der Schwerpunkt auf mobilen Systemen und Energiesystemen. Die Ergebnisse der Forschungsgruppe werden regelmäßig auf nationalen und internationalen Konferenzen sowie in Fachjournalen publiziert, um einen Beitrag zu nachhaltiger Mobilität und zur Energiewende zu leisten.

Im Mittelpunkt steht dabei nicht nur der theoretische Diskurs, sondern auch die praktische Demonstration. Ziel ist es, Forschungsergebnisse auf ein entsprechendes Technology-Readiness-Level (TRL) zu bringen und der Wirtschaft für weiterführende Entwicklungen zur Verfügung zu stellen.

Im Folgenden werden die Forschungs- und Entwicklungsprojekte der Forschungsgruppe vorgestellt.

Forschungsprojekte

Multi-Agenten-Systeme für die Kopplungsregelung von Verbundflugzeugen_{Bereich öffnen}_{Bereich schließen}

Projektlaufzeit: 01.01.26 - 31.12.28

Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554941770

Forschungsdurchführung: Janik Hopf, M.Sc. & Prof. Dr.-Ing. Alexander Köthe

Projektpartner: Prof. Dr. Steffi Knorn, Technische Universität Berlin

Das Projekt entwickelt neue Modelle und Regelungsstrategien für Verbundflugzeuge, die als stratosphärische Höhenplattformen eingesetzt werden sollen. Solche Plattformen müssen lange in großer Höhe operieren, sind jedoch durch die begrenzte Solarenergie, hohe aerodynamische Anforderungen und die strukturellen Belastungen beim Durchqueren der Troposphäre limitiert. Das Verbundflugzeugkonzept bietet hierfür eine Lösung: Mehrere kleine Flugzeuge koppeln in der Stratosphäre zu einem Verbund, ohne strukturelle Lasten zu übertragen.

Im Projekt wird zunächst ein mathematisches Modell des Kopplungsprozesses erarbeitet. Dafür entsteht ein aerodynamisches Modell, das die Interaktionen zwischen einem Verbund und einem ankoppelnden Flugzeug beschreibt und in ein Multi-Agenten-System integriert wird. Auf dieser Grundlage werden dezentrale Regelungsansätze entwickelt, bei denen jedes Einzelflugzeug einen eigenen Regler nutzt und Informationen mit Nachbarflugzeugen austauscht, um Skalierbarkeit und Fehlertoleranz zu erhöhen.

Die dezentralen Regelungskonzepte werden sowohl für den Verbundflug als auch für den Kopplungsvorgang untersucht und mit bestehenden zentralen Ansätzen verglichen. Zusätzlich wird eine energieeffiziente Ankoppeltrajektorie entworfen, die mittels Vorsteuerung und Regelung abgeflogen wird. Abschließend validiert eine hochgenaue Simulationsumgebung die Modelle und Regelungsverfahren, um die Einsatzfähigkeit von Verbundflugzeugen als Höhenplattformen zu demonstrieren.

Automotive Research Platform - Wildau (ARP-Wi)_{Bereich öffnen}_{Bereich schließen}

Projektlaufzeit: 01.01.25 - 31.12.27

Mittelgeber: Investitionsbank des Landes Brandenburg (ILB)

Forschungsdurchführung: Paul Worrmann, M.Sc., Janik Hopf, M.Sc. & Prof. Dr.-Ing. Alexander Köthe

Projektpartner: Prof. Dr.-Ing. Stefan Kubica und Prof. Dr. Christian Schultz, Technische Hochschule Wildau

Das Projekt Automotive Research Platform – Wildau (ARP-Wi) hat das Ziel, eine technische Studie zu einem allradgelenkten Neigetechnik-Fahrwerk für unbemannte Fahrzeugkonzepte durchzuführen. Die Aufgabe der Forschungsgruppe besteht darin, dieses neuartige Fahrwerk in der Modellierungssprache Simscape abzubilden und auf dieser Basis die technischen Vor- und Nachteile der Technologie systematisch zu analysieren. Dabei soll bewertet werden, ob die potenziellen Vorteile für unbemannte Fahrzeugkonzepte überwiegen.

Ein zentraler Schwerpunkt liegt in der Validierung des Modells, um es anschließend auf unterschiedliche Fahrzeugkonzepte übertragen und dort einsetzen zu können. Besonders wichtig ist hierbei die realitätsnahe Reifenmodellierung, die maßgeblich zur Aussagekraft der Simulationen beiträgt.

WIldauer Fähre: Automatisch, Intelligent, Regenerativ (WIFAIR)_{Bereich öffnen}_{Bereich schließen}

Projektlaufzeit:ab 01.01.2024

Forschungsdurchführung: Janik Hopf, M.Sc., Paul Worrmann, M.Sc. & Prof. Dr.-Ing. Alexander Köthe

Die Technische Hochschule Wildau betreibt mehrere Solarboote, die automatisiert betrieben werden können und auch für den Personentransport geeignet sind. Bisher wurden vor allem technische Konzepte untersucht. Auf Basis umfangreicher Versuchsfahrten wurde ein dynamisches Bootsmodell identifiziert, auf dessen Grundlage Regler für Gierrate und Geschwindigkeit entwickelt und erfolgreich erprobt wurden. Darüber hinaus verfügt das Boot über eine Wegpunktnavigation, sodass vorgegebene Routen autonom abgefahren werden können. Aktuell wird das System um ein LiDAR- sowie ein 3D-Kamerasystem erweitert, um Objekte im Wasser erkennen und umfahren zu können.

Geplant ist die Entwicklung eines Konzepts für einen CO₂-neutralen Personentransport zwischen Wildau und Niederlehme, das anschließend mit einem Solarboot des Typs „Plaue“ erprobt werden soll. In iterativen Entwicklungsschritten erarbeiten Studierendenteams technische Lösungen und setzen diese direkt auf dem Boot um. Neben den technischen Fragestellungen werden im Rahmen des Projekts auch regulatorische Aspekte des autonomen Personentransports auf Bundeswasserstraßen behandelt.