Ereignisgesteuerte sichere Steuerung vernetzter Kaskadensteuerungssysteme: Von festen Schwellenwerten zu adaptiven Mechanismen bei Cyberangriffen

Diese Monografie untersucht systematisch ereignisgesteuerte, sichere und fehlertolerante Regelungsverfahren für vernetzte Kaskadenregelsysteme (NCCS) unter Berücksichtigung von Denial-of-Service-Angriffen, Netzwerkverzögerungen, Aktuatorfehlern, Störungen und Quantisierungsfehlern. Ausgehend von der kontinuierlichen zur diskreten Zeit, von Einfach- zur Doppelregelkreisstruktur sowie von idealen zu quantisierten Kanälen werden sechs zentrale Beiträge vorgestellt: ein verbesserter ereignisgesteuerter Mechanismus (ETM) mit Zustandsdifferenz-Kreuzterm für nichtlineare NCS; eine Erweiterung auf nichtlineare NCCS zur Bewältigung der Herausforderungen im Primär- und Sekundärregelkreis; H-Unendlich-Störungsdämpfung; ein störungsbewusster adaptiver ETM (AETM) für zeitdiskrete NCS; kooperatives Design von AETM und Reglern für zeitdiskrete NCCS mit Fehlern und Verzögerungen; sowie ein quantisierter AETM mit sektorbegrenzten Fehlern. Ein einheitlicher Co-Design-Rahmen auf Basis der Lyapunov-Theorie und linearer Matrixungleichungen optimiert Reglerverstärkungen, Auslösematrizen und Quantisierungsparameter unter H-Unendlich-Garantien. Industrielle Fallstudien zu Dampftemperatur- und Kessel-Turbinen-Systemen validieren die vorgeschlagenen Strategien und schlagen eine Brücke zwischen fortgeschrittener Regelungstheorie und den Anforderungen von Industrie 4.0 an widerstandsfähige, effiziente NCCS.