Datenbasierte Regelungstechnik: Theorie und Praxis

Was zeichnet das Lehrmuster aus?

Das Projekt vereint die Vermittlung von datenbasierten Methoden der Regelungstechnik im Sinne einer zusammenhängenden Theorie mit dem Forschenden Lernen im Sinne der Validierung ihrer praktischen Wirksamkeit durch die Studierenden. Der Prozess der Validierung ist dabei weitestgehend von den Studierenden selbst gesteuert, wodurch ein individuelles Lernen im Rahmen der Ziele der Lehrveranstaltung ermöglicht wird und dadurch auch neue Fragestellungen durch die Studierenden in die Vorlesung selbst eingebracht werden können. Hierdurch wird eine für das Verständnis der Lehrinhalte förderliche Rückkopplung zwischen Lehrenden und Studierenden bzw. theoretischen Inhalten und praktischer Anwendung erreicht.

Fakten im Überblick:

Welche Zielsetzung hat das Lehrmuster?

Studierende sollen als übergeordnetes Lernziel befähigt werden, sowohl selbstständig Techniken aus dem Bereich der datengetriebenen Regelungstechnik im Ingenieurwesen anwenden als auch sich Erweiterungen selbstständig aneignen zu können. Dies umfasst auch das eigenständige Aufstellen und die Bearbeitung von neuen relevanten ingenieurwissenschaftlichen Fragestellungen (z.B. in Form einer anschließenden Abschlussarbeit). Auch sollen die Studierenden die datenbasierten Analysen und Entwürfe interpretieren können.

Was sind wesentliche Inhalte des Lehrmusters?

Es wurden die folgenden Bereiche und Inhalte von Data-Science aus Perspektive der Regelungstechnik behandelt:

• Herstellung von Verknüpfungen zu bekannten grundlegenden Lehrinhalten der Optimierung (z.B. Problemklassen, Lösungsverfahren), der Numerik (z.B. Fehlerbetrachtung) und von Abtastsystemen (z.B. Diskretisierungseffekte).
• Behandlung von Analyse- und Systemidentifikationsverfahren (z.B. Hauptkomponentenanalyse, Eigensystem-Realisierungsalgorithmus) sowie von datengetriebenen Reglerentwurfsverfahren (z.B. Einstellregeln für Mehrgrößenregler, datenbasierter Entwurf von Zustands- bzw. Ausgangsrückführungen).

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Wie ist das Lehrmuster strukturiert?

Das Projekt beinhaltete drei Arbeitsformen: Im Vorlesungsteil wurden die relevanten Fragen zur datenbasierten Regelungstechnik in Abgrenzung zu bekannten modellbasierten Inhalten durch Diskussionen zwischen den Studierenden und dem Dozierenden erarbeitet. Im Projektgruppenteil  bereiteten die Studierenden die behandelten Inhalte für ihre Projektarbeit entweder eigenständig für ihre Laborversuche vor oder setzten diese alternativ eigenständig an simulierten Anlagen um. Im Laborpraktikumsteil wurden die behandelten Inhalte von den Studierenden an exemplarischen Versuchsaufbauten auf ihre praktische Wirksamkeit hin überprüft.

Welches Prüfungsform ist in dem Lehrmuster vorgesehen?

Die Leistungskontrolle erfolgte über eine mündliche Prüfung und über einen Bericht, welchen die Studierenden über ihre erzielten Projektergebnisse anfertigten.

Welche E-Learning-Elemente werden eingesetzt?

Moodle wurde zur Weitergabe von Kursunterlagen und zum Austausch verwendet. In der Vorlesung „Graphbasierte Methoden und Optimierung in der Regelungstechnik“ bestand die Möglichkeit, sich statt praktischer Laborversuche auch simulativ mit den vermittelten Methoden auseinanderzusetzen. Das primäre Ziel war es allerdings gerade, dass das Lernen durch reale und weitestgehend freie Versuche im Labor stattfinden sollte.