Ausgewählte Projekte: Optimization and Control for Multi-physics Systems

DFG-Projekt: Charakterisierung und Approximation des Rands der zulässigen Menge (2024-2027)
Die zulässige Menge eines beschränkten Regelkreises besteht aus allen Anfangswerten, für die eine Steuerung existiert, sodass die für das System geltenden Beschränkungen eingehalten werden können. Diese Menge wird in vielen Forschungsgebieten eingesetzt, darunter nachhaltiges Ressourcenmanagement, Epidemien, Energiesysteme und Robotik. Sie spielt zudem eine wichtige Rolle in Stabilitäts- und rekursiven Zulässigkeitsuntersuchungen in modelprädiktiver Regelung (MPC). In diesem Projekt nutzen wir das sogenannte Minimumprinzip aus, welches für spezielle Systemtrajektorien auf dem Rand der zulässigen Menge gilt, um die Menge selbst zu charakterisieren.

MORE-KIBA: Menschenverständliches, optimales Ressourcen- & Energie­management für komplexe, netzintegrierte, biogene Produktionsanlagen (2025-2028)
Ziel dieser Studie ist es, künstliche Intelligenz (KI) zu nutzen, um die algorithmischen Entscheidungen, die zu einem nachhaltigen Betrieb führen, nachvollziehbar zu machen. Dies soll anhand einer Bioraffinerie und eines Energiesimulators als Anwendungsbeispiele erfolgen. Gerade in Zeiten begrenzter Ressourcen ist das optimale Funktionieren von Produktionsanlagen von entscheidender Bedeutung. Es ist offensichtlich, dass Vorschläge zur Verbesserung technischer Prozesse häufig den Einsatz mathematischer Algorithmen beinhalten. Diese Algorithmen sind für Bediener jedoch oft schwer zu verstehen, was vor allem auf die Komplexität der Industrieanlagen und die Komplexität der verwendeten algorithmischen Darstellungen zurückzuführen ist. Infolgedessen wird das Potenzial für einen nachhaltigen Betrieb häufig nicht ausgeschöpft, oder Technologien werden sogar verworfen - obwohl ihr optimierter Betrieb zu erheblichen kurzfristigen Einsparungen führen könnte. Ziel dieser Nachwuchsforschungsgruppe ist es, mithilfe von KI die Transparenz und Nachvollziehbarkeit algorithmischer Entscheidungen für die Betreiber technisch komplexer Produktionssysteme zu verbessern. Der Ansatz wird am Beispiel einer biochemischen Produktionsanlage demonstriert, die mit einem Energiesimulationsnetz gekoppelt ist. Das Projekt wird aus Steuermitteln finanziert, die auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushalts bereitgestellt werden, sowie von der Europäischen Union kofinanziert.

CUBES Circle: Agrarsysteme der Zukunft: Ein geschlossenes symbiotisches Kreislaufsystem modularer Einheiten mit dem Ziel einer ressourceneffizienten Produktion von Lebensmitteln (2019-2028)
Im Projekt CUBES Circle (closed urban modular energy- and resource-efficient agricultural systems) werden drei agrarische Produktionssysteme – die Aquakultur, die Produktion von Insekten und die gärtnerische Pflanzenproduktion – als Kreislaufsystem miteinander vernetzt. Die Organismen verwerten dabei die Reststoffe aus den jeweiligen anderen Produktionsprozessen. So werden die Reststoffe aus dem einen Produktionsschritt im nächsten wieder zu Wertstoffen. Um das Kreislaufsystem zu kontrollieren und zu optimieren, sind die CUBES-Produktionssysteme digital miteinander vernetzt.