TU Ilmenau Fachgebiet Systemanalyse
TU Ilmenau Fachgebiet Systemanalyse
TU Ilmenau Fachgebiet Systemanalyse
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong><br />
<strong>Fachgebiet</strong> <strong>Systemanalyse</strong><br />
Ch. Ament<br />
20. Juni 2008<br />
christoph.ament@tu-ilmenau.de<br />
www.tu-ilmenau.de/systemanalyse<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
2
Projekt: Pneumatische Kinematik<br />
Hannovermesse 2008<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Projekt: Pneumatische Kinematik<br />
Hannovermesse 2008<br />
Unterschrank mit Steuerung<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
3<br />
4
Vergleich mit biologischen Systemen<br />
Im Vordergrund …<br />
Sensorik<br />
Aktorik<br />
Sensorik<br />
Aktorik<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Im Hintergrund …<br />
Controller<br />
Controller<br />
Controller-Entwurf am biologischen Vorbild orientiert<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
5<br />
6
Daten<br />
Vergleich<br />
Daten<br />
<strong>Systemanalyse</strong><br />
originales<br />
System<br />
Experiment<br />
beobachtetes<br />
Verhalten<br />
neue Thesen<br />
modelliertes<br />
Verhalten<br />
zyklischer Erkenntnisgewinn<br />
Math. Modell<br />
(Thesen)<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Modellierung<br />
numerische<br />
Simulation<br />
Modellierung durch Ausschluss<br />
Daten<br />
Vergleich<br />
Daten<br />
originales<br />
System<br />
Experiment<br />
beobachtetes<br />
Verhalten<br />
neue Thesen<br />
modelliertes<br />
Verhalten<br />
zyklischer Erkenntnisgewinn<br />
Math. Modell<br />
(Thesen)<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Modellierung<br />
numerische<br />
Simulation<br />
aus: Paslon, Systems Biol. – A short course, UCSD, 6.-8.7.2005<br />
7<br />
8
Modellierung durch Ausschluss<br />
• Entwicklung von Thesen zur<br />
Modellierung durch Ausschluss<br />
• Studium von<br />
- Störungen (technisch)<br />
- Pathol. Situationen (biol.)<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Beispiel 1: Knochenheilung<br />
Fraktur mit Kallus<br />
Röhrenknochen<br />
Kallus<br />
Frakturspalt<br />
Fixateur Extern<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
9<br />
10
Modell der Gewebszusammensetzung<br />
Änderung der<br />
Gewebszusammensetzung<br />
Biomechanisches Regelsystem<br />
Knochen ist ein biologisch aktives Gewebe,<br />
das in der Lage ist, seine Struktur zu verändern<br />
Dies geschieht mit dem Ziel, bei gegebener äußerer<br />
physiologische Lastbedingungen im Gewebe herzustellen. (Wolff, 1891)<br />
Fuzzy Controller<br />
beschreibt<br />
Gewebsreaktion<br />
lokale Gewebszusammensetzung<br />
lokale Stimuli<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Umbauprozesse<br />
Fuzzy-Controller<br />
Wenn u = (phys. oder erhöht) und c = hoch<br />
dann desmale Ossifikation<br />
Bindegewebe<br />
Knochen<br />
avask.<br />
Knochen<br />
Hämatom<br />
Wenn u= (phys. oder erhöht) und c = hoch<br />
dann chondrale Ossifikation<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
externe Belastung<br />
(Kraft oder<br />
Verschiebung)<br />
Berechnung der<br />
lokalen Stimuli<br />
Wenn u = erhöht und c = niedrig<br />
dann Chondrogenese<br />
Knorpel<br />
Wenn v= hoch und u = pathologisch dann Vaskularisation<br />
Wenn u = niedrig dann Atrophie<br />
Wenn u = pathologisch dann Zerstörung<br />
11<br />
12
Simulation<br />
3mm<br />
Numerische Simulation<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Modellverifikation<br />
Histologischer Schnitt<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
13<br />
14
Beispiel 2: Regelung des aufrechten Stands<br />
In Zusammenarbeit mit:<br />
Prof. Dr. Mergner,<br />
Neurologische Klinik der<br />
Universität Freiburg<br />
Führungsgröße<br />
w<br />
Neuronale<br />
Verarbeitung<br />
Soll-Istwert-Vergleich<br />
Regeldiff.<br />
e<br />
Regler<br />
G R (s)<br />
Muskulatur<br />
Stellgröße<br />
u<br />
Stelleinrichtung<br />
erweiterte Strecke<br />
G 0 (s)<br />
Biomechanik<br />
Strecke<br />
G s (s)<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Störung z<br />
Sinneswahrnehmung<br />
+<br />
sensorische<br />
Reize +<br />
Sensorfusion<br />
Messeinrichtung<br />
willkürliche<br />
Bewegung Standwinkel<br />
Modellierung als Blockschaltbild (Simulink)<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Regelgröße<br />
y<br />
15<br />
16
Modellierung: Hardware-in-the-Loop<br />
menschengroßer<br />
Demonstrator auf<br />
Plattform<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
Modellierung: Hardware-in-the-Loop<br />
Pneumatische<br />
Muskeln als<br />
Aktoren<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
17<br />
18
Voluntary lean<br />
Modellierung: Hardware-in-the-Loop<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
neural<br />
controller<br />
PID Δt<br />
Control<br />
neural<br />
time delay<br />
Modellierung: Hardware-in-the-Loop<br />
A<br />
Disturbances<br />
V<br />
P<br />
S<br />
Humanoid Robot<br />
COP<br />
<strong>TU</strong> <strong>Ilmenau</strong>, <strong>Systemanalyse</strong>, Prof. Dr.-Ing. Christoph Ament<br />
BS<br />
BF<br />
1<br />
SOMAT<br />
1<br />
VEST<br />
1<br />
PROP<br />
Sensors<br />
τ ank<br />
bs<br />
bs &<br />
bf &<br />
bf<br />
Plattform (Hexapod)<br />
G3<br />
SOMAT‘<br />
aG2<br />
G1<br />
τ ext<br />
τ grav<br />
fs & fs<br />
Sensor fusion<br />
G4<br />
∫<br />
19<br />
20
Change language