TU Braunschweig

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Decknatel, G.:
Entwicklung eines Typs kontinuierlich-diskreter höherer Petrinetze und seine Anwendung auf Bahnsysteme.
Dissertation, Technische Universität Braunschweig, VDI Verlag Düsseldorf, Juli 2001.

Kurzfassung:

Der Gegenstand dieser Arbeit ist di Entwicklung eines neuen Typs hybrider höherer Petrinetze und seine Anwendung auf die Modellierung, Simulation und Analyse von Bahnsystemen. Allgemein gesprochen handelt es sich um die Erfindung einer Sprache und ihre beispielhafte Anwendung. Genauer gesagt geht es um eine Sprache zur Beschreibung technischer Systeme, die zur Unterscheidung von natürlichen Sprachen im Allgemeinen als "Beschreibungsmittel" bezeichnet wird. Dieses Beschreibungsmittel soll soll insbesondere zur Untersuchung gemischt kontinuierlich-diskreter Systeme technischer Systeme geeignet sein. Solche Systeme, die sowohl kontinuierliche als auch diskrete Prozesse besitzen, werden üblicherweise als hybride Systeme beizeichnet. Angesichts der Unbestimmtheit des Begriffs "hybrid"; der lediglich besagt, dass es sich um die Verbindung zweier unterschiedlicher Teile handelt, ist für solche Systeme in Anlehnung an die Bezeichnung "kontinuierlich-diskret" der Begriff "Kondisks" vorgeschlagen worden. In dieser Arbeit werden die Begriffe "kontinuierlich-diskrete Systeme" und "hybride Systeme" gleichbedeutend verwendet. Als kontinuierliche Prozesse bezeichnet man Vorgänge, die durch eine stetige Veränderung gekennzeichnet sind. In diskreten Prozessen gibt es hingegen nur sprunghafte Veränderungen ohne fließende Übergänge. In vielen technischen Systemen treten beide Formen von Prozessen auf, typischerweise in Form der Verbindung eines kontinuierlicher Produktionsprozesses mit einer diskreten Steuerung. Die Kombination kontinuierlicher und diskrter Eigenschaften führt dazu, dass sich hybride Systeme weder als diskrete noch als kontinuierliche Systeme angemessen darstellen lassen. Die diskrete Sicht wird generell der Informatik zugeordnet, während die kontinuierliche Sicht Domäne der Regelungstechnik ist. Die hybriden Systeme haben sich darum in den letzten Jahren als eigenes Forschungsgebiet erabliert, in dem die spezifischen Eigenschaften gemischt kontinuierlich-diskreter Systeme untersuch erden. HÄufig werden dabei Ansätze gewählt, die eine Verbindung zwischen der Informatik und der Regelungstechnik herstellen. In dieser Arbeit bilden Systeme des spurgebundenen Verkehrs (kurz "Bahnsysteme") das Anwendungsgebiet für das hybride Beschreibungsmittel. Diese Systeme werden dabei als hybride Systeme mit sowohl diskreten als auch kontinuierlichen Aspekten aufgefasst. Zu den diskreten Anteilen gehören im wesentlichen die Prozesse der Leit- und Sicherungstechnik. Darunter fallen zum Beispiel die diskreten Zuständer der Weichen und Signale und ihre diskrete Verarbeitung durch die Stellwerkslogik. Zu den kontinuierlichen Prozessen gehören insbesondere die eigentlichen Transportvorgänge, also die kontinuierliche Bewegung der Fahrzeuge auf der Strecke. Die Interaktion dieser beiden Arten von Prozessen führt zu einem hybriden Verhalten, das eine entsprechende hybride Modellierung erfordert. Dies gilt insbesondere für aktuelle Entwicklungen im Bereich der Bahnsysteme, die zu einer weitergehenden Berücksichtigung der kontinuierlichen Vorgänge führen. So werden anstelle einer an festen Strechenabschnitten (Blöcken) orientierten Positionsbestimmung zunehmend kontinuierliche Formen der Ortung eingesetzt, die wiederum andere Formen der Abstandshaltung erlauben, was letztlich zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit der Bahnsysteme führen kann. Im Hinblick auf die verschiedenen hybriden Formalismen erfolgt hier eine Konzentration auf hybride höhere Petrinetze. Petrinetze gehören prinzipiell zu den diskreten Beschreibungsmitteln. Es gibt verschiedene Ansätze, sie so zu erweitern, dass kontinuierliche Prozesse mit erfasst werden können. Diese Arbeit behandelt eine solche Erweiterung auf der BAsis der Coloured Petri Nets (CPN). Es soll gezeigt werden, wie dieses Beschreibungsmitteln allgemein bei systemtheoretischen Methoden wie Modellbildung, Simulation und Analyse sowie speziell auf die Untersuchung von Bahnsystemen angewendet werden kann.


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