Zugl.: Trier, Univ., Diss., 2008

Zugl.: Chemnitz, Techn. Univ., Diss., 2008

Thesis (doctoral)--Technische Universität, Braunschweig, 1999.

Zugl.: Karlsruhe, Univ., Diss., 2006

Zugl.: Dresden, Techn. University, Diss., 2006.

Universiẗat, Diss., 2006--Karlsruhe.

Zugl.: Karlsruhe, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Duisburg, Essen, Universiẗat, Diss., 2007.

Universiẗat, Diss.--Freiburg (i. Br.), 2007.

Techn. Universiẗat, Diss.--Ilmenau, 2005. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz eines modellbasierten prädiktiven Regelungsverfahrens zur optimierten Bewirtschaftung von Binnenwasserstraßen. Das primäre Ziel der Wasserbewirtschaftung besteht darin, die Sicherheit und Leichtigkeit der Schifffahrt zu garantieren. Dies erfordert die Beachtung zum Teil sehr restriktiver Grenzwerte für den lokalen Wasserstand (Untiefen, Durchfahrtshöhe unter Brücken). Im Gegensatz zu typischen regelungstechnischen Problemstellungen besteht die Aufgabe der Wasserbewirtschaftung nicht in der Einhaltung eines Sollwertes für den Wasserstand, sondern in der gezielten Ausnutzung des durch die Wasserstandsgrenzwerte definieren Sollwertbereiches zur Umsetzung zusätzlicher Bewirtschaftungsanforderungen (Minimierung der Betriebskosten, Wasserkraftnutzung, Hochwasserschutz, Ökologie). Das Verfahren der modelbasierten prädiktiven Regelung ist für das betrachtete Anwendungsgebiet besonders geeignet, da der zulässige Bereich für die Prozessgrößen bei diesem Verfahren mittels Beschränkungen auf eine sehr direkte Weise zu berücksichtigen ist. Die Ableitung der Steuerentscheidungen erfolgt durch Lösen eines Optimalsteuerungsproblems auf Basis einer modellgestützten Vorhersage des zukünftigen Prozeßverhaltens. In Erweiterung bestehender optimierungsbasierter Ansätze zur Wasserbewirtschaftung wird zur Beschreibung der Prozeßdynamik ein strukturtreues Modell auf Basis der Saint-Venant-Gleichungen eingesetzt. Zur numerischen Lösung dieses hyperbolischen PDE wird ein Finite-Volumen-Verfahren (Godunov-Methode) genutzt. In der Arbeit werden weitere Realisierungsaspekte wie die Kalibrierung des Prozessmodells, die Bestimmung des aktuellen Zustandes, die effiziente Lösung des Optimalsteuerungsproblems unter Echtzeitanforderungen sowie die Auswirkungen einer direkten Berücksichtigung ökonomischer Kriterien im Gütefunktional (z. B. Pumpkosten) auf die im geschlossenen Kreis entstehende Bewirtschaftungsstrategie angesprochen. Nach umfangreichen simulativen Tests wird das entwickelte prädiktive Regelungsverfahren seit September 1998 erfolgreich zur Bewirtschaftung des Mittellandkanals und des Elbe-Seitenkanals eingesetzt. Eine Simulationsstudie für drei Stauhaltungen der Unteren Mosel belegt die Vorzüge einer koordinierten Bewirtschaftung von Stauhaltungen gegenüber dem Einsatz lokaler Regler.