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Chemische Reaktoren besitzen enorme Einsparpotentiale
Hochwertige Kunststoffe werden zukünftig dank einer Echtzeitprozeßsteuerung sicherer und kostengünstiger hergestellt werden können. Im Rahmen eines DFG-Schwerpunktprogrammes wurde jetzt Professor Dr. Hans Josef Pesch und Dr. Michael Breitner vom Institut für Mathematik der TU Clausthal ein Forschungsvorhaben bewilligt, welches die Entwicklung einer solchen Echtzeitsteuerung zum Ziel hat. Voruntersuchungen haben ergeben: Theoretisch könnte die benötigte Polymerisationszeit halbiert werden, würde der chemische Reaktor optimal gesteuert. Die numerische Simulation und Optimierung des Prozeßvorganges benötigt aber zur Zeit noch, je nach Genauigkeitsanforderungen, zwischen einem und vier Tagen. Sprich: Der Computer gibt die richtige Lösung erst an, wenn der tatsächliche Prozeß seit mehr als drei Tagen abgelaufen ist. Die mathematische Nachbildung des Prozesses in der Simulation ist mithin von einer Echtzeitsteuerung des real ablaufenden Vorganges noch weit entfernt.
Der Einsatz neuronaler Netze in Verbindung mit der Theorie der Differentialspiele wird den Rechenaufwand erheblich verkürzen, so daß eine Echtzeitsteuerung komplexer Vorgänge möglich wird. Was besagt diese Theorie? In einem Differentialspiel nimmt man an, daß die unbekannten Parameter oder Funktionen im Modell durch einen antagonistischen Gegenspieler innerhalb der zu erwartenden Schwankungsbreiten so gesteuert werden, daß der Prozeß hinsichtlich des Optimierungszieles auf schlechteste Art und Weise beeinflußt wird. Kann man nun aber gegen solch einen "bösartigen" Gegenspieler optimale Prozeßsteuerungen finden, so daß dennoch die Sicherheitsauflageneingehalten werden und die Optimierungsziele so gut wie in diesem Falle überhaupt möglich erreicht werden können, kann man aus vielen vorab berechneten Prozeßabläufen laufend korrigierte Steuerungen berechnen. Dies gelingt dann auch in Fällen, die sich nicht so bösartig verhalten. Die Lösung solcher Probleme werden die Clausthaler Mathematiker zunächst an einfacheren Beispielen exemplarisch erarbeiten. Als Modell eines derartigen unsicheren Prozesses dient die Kollisionsvermeidung zwischen einem Geisterfahrer und einem Normalfahrer auf einer mehrspurigen Autobahn. Der Normalfahrer muß in Echtzeit so steuern, daß er gegen alle möglichen Steuerungen des Geisterfahrers zum Zeitpunkt des Aneinandervorbeifahrens den gegenseitigen Abstand maximiert. Im schlechtest möglichen Fall, wenn der Geisterfahrer seinerseits versucht, den Endabstand zu minimieren, wird sich in aller Regel ein Zusammenstoß nicht vermeiden lassen. Verhält sich der Geisterfahrer hinsichtlich seines Zieles, der Minimierung des Endabstandes, nicht optimal, kann der Normalfahrer durch ständige Korrektur daraus einen "Spielgewinn" erzielen, nämlich einen größeren Endabstand. Wenn sich in diesem Modellfall optimale Lösungen in Echtzeit berechnen lassen, können die so gewonnen mathematischen Methoden für die komplexere Aufgabe der Echtzeitsteuerung chemischer Reaktoren eingesetzt werden. Mit einer Einsatzreife des mathematischen Verfahrens wird in drei Jahren gerechnet.
Weitere Informationen: Professor Dr. Hans Josef Pesch Institut für Mathematik TU Clausthal Erzstr. 1 38678 Clausthal-Zellerfeld Telefon ++49 5323 72 2433 Telefax ++49 5323 72 2304 e-mail: pesch@math.tu-clausthal.de
Belegexemplar erbeten
Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Mathematics, Mechanical engineering, Physics / astronomy
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German
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