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Institut

Das Institut für Systemdynamik wurde 2005 gegründet und hat sich über die Jahre als ein renommierter Partner in Forschung und Industrie etabliert.

Kompetenzen

Im Zentrum von Lehre und Forschung am Institut für Systemdynamik stehen Methoden zur Analyse und Beeinflussung von dynamischen Systemen. Dabei werden die Methoden der Systemtheorie, der Modellbildung, der Simulation, der Regelungstechnik und der Optimierung angewendet und weiterentwickelt.

Methoden

Modellbildung

Die Mo­dell­bil­dung stellt bei ei­ner Viel­zahl von Pro­jek­ten die ers­te Auf­ga­be für den In­ge­nieur dar. Ziel ist es hier­bei, die dem be­trach­te­ten Sys­tem zu­grun­de­lie­gen­de Sys­tem­dy­na­mik mit aus­rei­chen­der Ge­nau­ig­keit im Mo­dell ab­zu­bil­den, da­bei je­doch ei­ne mög­lichst ge­rin­ge Mo­dell­kom­ple­xi­tät zu er­hal­ten. Ei­ne be­son­de­re Rol­le spie­len da­bei Sys­te­me mit ver­teil­ten Pa­ra­me­tern, bei de­nen die Dy­na­mik nicht nur ei­ner zeit­li­chen, son­dern auch ei­ner ört­li­chen Ver­än­de­rung un­ter­liegt. Me­tho­den zur Mo­dell­re­duk­ti­on ste­hen eben­falls im Zen­trum die­ses For­schungs­be­rei­ches, um für den Reg­ler­ent­wurf ge­eig­ne­te Mo­del­le ab­lei­ten zu kön­nen.

Methoden

Identifikation

Im Rah­men der theo­re­ti­schen Mo­dell­bil­dung spielt die ex­pe­ri­men­tel­le Va­li­die­rung und Iden­ti­fi­ka­ti­on ei­ne ent­schei­den­de Rol­le. Hier­zu wer­den durch Mo­del­lana­ly­se je nach An­wen­dungs­zweck die do­mi­nan­ten dy­na­mi­schen Ef­fek­te be­stimmt und am rea­len Sys­tem mit­tels ge­ziel­ter Mes­sung über­prüft bzw. pa­ra­me­triert. Die Kom­pe­tenz des In­sti­tuts im Be­reich der Op­ti­mie­rung fin­det da­bei brei­te An­wen­dung in der Al­go­rith­mik.

Methoden

Modellreduktion

Mo­del­le sehr ho­her Ord­nung wie sie z.B. bei der Fi­ni­ten Ele­men­te Me­tho­de ent­ste­hen, sind für ei­nen Be­ob­ach­ter- oder Reg­ler­ent­wurf un­ge­eig­net. Am In­sti­tut kom­men da­her Me­tho­den zur Mo­dell­re­duk­ti­on zum Ein­satz, wel­che die Sys­tem­ord­nung er­heb­lich re­du­zie­ren und den­noch die do­mi­nan­ten und/oder in­ter­es­san­ten Ei­gen­schaf­ten des Aus­gangs­mo­dells er­hal­ten. Da­für gibt es un­ter­schied­li­che An­sät­ze ab­hän­gig da­von, ob es sich um ein me­cha­ni­sches oder ther­mi­sches Sys­tem han­delt oder evtl. Pa­ra­me­ter auch im re­du­zier­ten Mo­dell er­hal­ten blei­ben sol­len.

Methoden

Simulation

Me­tho­den und Werk­zeu­ge zur Si­mu­la­ti­on sind wich­ti­ger Be­stand­teil der Leh­re und Pro­jekt­ar­beit am In­sti­tut. Beim Reg­ler­ent­wurf er­laubt ein mo­dell­ba­sier­tes Vor­ge­hen ei­nen schnel­len und ef­fi­zi­en­ten Ent­wick­lungs­pro­zess.

Methoden

Signalverarbeitung

Si­gna­le stel­len Ein- und Aus­gän­ge von Reg­lern, Be­ob­ach­ter und Stre­cken so­wie de­ren Mo­del­len dar. Aus die­sem Grund spie­len Me­tho­den der Si­gnal­ver­ar­bei­tung in der For­schung beim Reg­ler- und Be­ob­ach­ter­ent­wurf ei­ne es­sen­ti­el­le Rol­le. Auch in der Leh­re wird dem durch Vor­le­sun­gen und Prak­ti­ka zur ana­lo­gen und di­gi­ta­len Si­gnal­ver­ar­bei­tung Rech­nung ge­tra­gen.

Methoden

Optimierung

Me­tho­den zur Op­ti­mie­rung und Op­ti­mal­steue­rung stel­len ei­nen wich­ti­gen Be­stand­teil der For­schung am ISYS dar. Die Her­lei­tung, Im­ple­men­tie­rung und An­wen­dung op­ti­mie­rungs­ba­sier­ter Steue­run­gen und mo­dell­prä­dik­ti­ver Re­ge­lun­gen er­mög­licht steht da­bei im Vor­der­grund von Leh­re und For­schung.

Methoden

Synthese

Me­tho­den zur Tra­jek­t­ori­en­ge­ne­rie­rung und dif­fe­ren­ti­al­geo­me­tri­sche An­sät­ze sind tra­di­tio­nell Ge­gen­stand der For­schung am ISYS.
Cloud 1
Cloud 2
 
Tree 1
Tree 2
Car body
Wheel Front
Wheel Back
Automotive

Anwendung

Automotive

Die Auto­motive-Gruppe des ISYS be­schäf­tigt sich mit der Lö­sung von sys­tem­dy­na­misch­en Pro­blem­stel­lung­en im Au­to­mo­bil­be­reich, wel­cher The­men der E­lek­tro­tech­nik, Me­cha­nik, Flu­id­tech­nik oder Ther­mo­dy­na­mik um­fasst. Die ver­schie­de­nen For­schungs­pro­jek­te lau­fen da­bei in enger Ko­ope­ra­tion mit In­dus­trie­part­nern wie der Audi AG, Ro­bert Bosch GmbH oder der Daim­ler AG.
Cogwheel Big
Cogwheel Middle
Cogwheel Small
Bolt
Antriebs- & Energiesysteme

Anwendung

Antriebssysteme

Innovative und e­ner­gie­ef­fi­zien­te An­triebs­sys­te­me sind ein ent­schei­den­der Wett­be­werbs­ fak­tor für die In­dus­trie von mor­gen. Hier­bei liegt ein ver­stärk­ter Fo­kus auf Ef­fi­zienz und Res­sour­cen­scho­nung. In die­sem Sin­ne be­schäf­tigt sich die Grup­pe An­triebs­tech­nik mit der op­ti­ma­len Aus­le­gung, Pla­nung und An­steu­er­ung von hy­drau­li­schen, pneu­ma­ti­schen und e­lek­tri­schen An­triebs­sys­te­men. Da­bei wird ins­be­son­de­re auf Me­tho­den der Mo­dell­bil­dung, Op­ti­mie­rung und Syn­the­se zu­rück­ge­grif­fen.
schale
base
Bausystemtechnik

Anwendung

Bausystemtechnik

Die Bau­sys­tem­tech­nik-Grup­pe des ISYS be­schäf­tigt sich mit der Lö­sung von sys­tem­dy­na­mi­schen Pro­blem­stel­lun­gen im Be­reich des Bau­schaf­fens. Die Be­ar­bei­tung der For­schungs­pro­jek­te er­folgt in en­ger Ko­ope­ra­ti­on mit Part­nern aus dem Bau­in­ge­nieur­we­sen und der Ar­chi­tek­tur.
Kran
Kranpendel
 
Großraumrobotik

Anwendung

Großraumrobotik

Die Groß­raum­ro­bo­tik­grup­pe des ISYS be­schäf­tigt sich mit der Lö­sung sys­tem­dy­na­mi­scher Pro­blem­stel­lun­gen im Be­reich von Ma­schi­nen mit gro­ßen Ar­beits­räu­men, zum Bei­spiel Feu­er­wehr­dreh­lei­tern, Aus­le­ger- Tief­see­hub- und Turm­dreh­kra­ne, Auf­zü­ge oder Flug­si­mu­la­to­ren. Die an­wen­dungs­be­zo­ge­nen Fra­ge­stel­lun­gen wer­den in en­ger Ko­ope­ra­ti­on mit den je­wei­li­gen In­dus­trie­part­nern be­ar­bei­tet.
ECG line
Zahnrad
ECG line
Medizintechnik

Anwendung

Medizintechnik

Die Me­di­zin­tech­nik­grup­pe des ISYS be­schäf­tigt sich mit der Mo­del­lie­rung, Si­mu­la­ti­on, Re­ge­lung und Op­ti­mie­rung me­di­zin­tech­ni­scher An­wen­dun­gen. Da­zu ar­bei­ten wir mit Ärz­ten aus dem Uni­ver­si­täts­kli­ni­kum Tü­bin­gen so­wie ver­schie­de­nen me­di­zin­tech­ni­schen Fir­men zu­sam­men. Die Ar­bei­ten zur Me­di­zin­tech­nik sind ein­ge­bet­tet in das In­te­r­uni­ver­si­tä­re Zen­trum für me­di­zi­ni­sche Tech­no­lo­gi­en Stutt­gart-Tü­bin­gen (IZST).
spiegel
spiegelBasis
Optomechatronik

Anwendung

Optomechatronik

Die Op­to­me­cha­tro­nik­grup­pe am ISYS er­ar­bei­tet Lö­sun­gen für re­ge­lungs­tech­ni­sche Fra­ge­stel­lun­gen im Be­reich op­ti­scher Sys­te­me. Hier­zu wer­den ein­zig­ar­ti­ge ak­ti­ve und ad­ap­ti­ve Op­ti­ken ein­ge­setzt um die Ab­bil­dungs­ei­gen­schaf­ten die­ser op­ti­schen Sys­tems ge­zielt zu be­ein­flus­sen. Wich­ti­ge Ar­beits­fel­der in­ner­halb der Op­to­me­cha­tro­nik sind un­ter an­de­rem die Mo­del­lie­rung von op­ti­schen und me­cha­tro­ni­schen Sys­te­men, de­ren Re­ge­lung so­wie die hoch­prä­zi­se Po­si­tio­nie­rung me­cha­ni­scher An­trie­be.
Box 1
cw l
cw m
cw r
Prozesstechnik

Anwendung

Prozesstechnik

Die Pro­zess­tech­nik­grup­pe be­schäf­tigt sich mit in­dus­tri­el­len Ma­te­ri­al­för­der- und kon­di­tio­nie­rungs­pro­zes­sen, Um- und Zu­luft­an­la­gen, Dampf­kreis­lauf­pro­zes­sen in mo­bi­len An­wen­dun­gen und Stau­stu­fen- und Ka­nal­be­wirt­schaf­tung. In al­len Teil­be­rei­chen wer­den ver­teilt­pa­ra­me­tri­sche Me­tho­den für die Mo­del­lie­rung, Si­mu­la­ti­on, Steue­rung und Aus­le­gung an­ge­wen­det.
cell membrane
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
water atom
Systembiologie

Anwendung

Systembiologie

Die Sys­tem­bio­lo­gie­grup­pe des ISYS be­schäf­tigt sich mit der An­wen­dung und Ent­wick­lung sys­tem­theo­re­ti­scher Me­tho­den in der Bio­lo­gie. Un­ser Schwer­punkt liegt auf me­cha­nis­mus­ba­sier­ter Mo­del­lie­rung, Mo­dell­re­duk­ti­on und Mo­del­lana­ly­se von me­ta­bo­li­schen und si­gnal­über­tra­gen­den Netz­wer­ken. Zu die­sem Zweck füh­ren wir ex­pe­ri­men­tel­le und theo­re­ti­sche Ar­bei­ten durch. Das ISYS ist Teil des Stutt­gart Re­se­arch Cen­ter Sys­tems Bio­lo­gy (SRCSB) der Uni­ver­si­tät Stutt­gart.

Geschichte

Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik (ISR)

Das ISR war das erste regelungstechnische Institut des Stuttgarter Maschinenbaus und wurde 1968 – 2005 von Prof. Dr.-Ing. E.D. Gilles geleitet. Nach der Berufung zum Gründungsdirektor des Max-Planck-Instituts für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg hat Prof. Gilles seit 1997 die Leitung des ISR im Nebenamt wahrgenommen. 1979 und 1989  wurden am ISR die Professuren für "Regelungstechnik" und für "Prozessleittechnik in der Verfahrens- und Bioverfahrenstechnik" eingerichtet und von Prof. Dr.-Ing. M. Zeitz bis 2005 und Prof. Dr.-Ing. H. Wehlan bis 2014 übernommen.

Prof. Dr.-Ing. E.D. Gilles (c)
Prof. Dr.-Ing. E.D. Gilles
Prof. Dr.-Ing. H. Wehlan (c)
Prof. Dr.-Ing. H. Wehlan
Prof. Dr.-Ing. O. Sawodny (c)
Prof. Dr.-Ing. M. Zeitz

Das ISR war maßgeblich an der 1971 erfolgten Einrichtung und Weiterentwicklung des Studiengangs Technische Kybernetik beteiligt. Im Zusammenhang mit der Gründung des Max-Planck-Instituts in Magdeburg und der damit verbundenen Doppelfunktion von Prof. Gilles wurde das Institut für Systemtheorie technischer Prozesse, das 2005 in Institut für Systemtheorie und Regelungstechnik (IST)  umbenannt wurde, zur Stärkung der Lehreinheit Technische Kybernetik eingerichtet. Seit 1999 ist Prof. Dr.-Ing. F. Allgöwer der Leiter des IST.

Die Forschungsgebiete des ISR umfassten neben der Entwicklung und Anwendung regelungstechnischer Methoden die Modellierung, Simulation, dynamische Analyse und Führung von technischen Prozessen mit Schwerpunkten in der Verfahrens- und Bioverfahrens­technik sowie in der Systembiologie. National und international bekannt  war das ISR außerdem durch verschiedene groß­­technische Projekte im Bereich der Verkehrsautomatisierung auf Binnenwasserstraßen, die zu zwei erfolgreichen Ausgründungen durch ehemalige Doktoranden geführt haben.

Institut für Systemdynamik (ISYS)

Das seit 2005 von Prof. Dr.-Ing. O. Sawodny geleitete Institut für Systemdynamik (ISYS) ist aus dem Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik (ISR) hervorgegangen.

Das Forschungskonzept des ISYS zielt auf die praktische Umsetzung der theoretischen Ergebnisse -  meist in Kooperation mit universitären und industriellen Partnern . Die Anwendungsgebiete betreffen neben der Prozesstechnik und Biologie die Mechatronik, die Verkehrstechnik und die Medizintechnik. Die Lehrveranstaltungen des ISYS werden vorwiegend für die Studiengänge des Stuttgarter Maschinenbaus angeboten. Außerdem war das ISYS federführend an der 2010 durchgeführten Einrichtung des interuniversitären Studiengangs Medizintechnik mit der Universität Tübingen beteiligt. 2009 übernahm Frau Dr.-Ing. C. Tarin die von dem BMBF im Professorinnenprogramm am ISYS eingerichtete Professur für „Prozessleittechnik im Maschinenbau“. 

Prof. Dr.-Ing. O. Sawodny (c)
Prof. Dr.-Ing. O. Sawodny
Prof. Dr.-Ing. C. Tarin (c)
Prof. Dr.-Ing. C. Tarín

Das ISYS war bis zu dem Brand am 15. Juni 2014, wobei fast alle Büro- und Laboreinrichtungen des Instituts zerstört wurden, im Pfaffenwaldring 9 auf dem Campus Vaihingen untergebracht. Danach hat das ISYS eine von der Universität angemietete Büroetage in der Waldburgstraße 17+19 in der Nähe der S-Bahnstation Vaihingen bezogen.

Forschungspartner

Seit der Institutsgründung im Jahre 2005 wurde am ISYS eine Vielzahl von Projekten erfolgreich abgeschlossen, darunter zahlreiche öffentlich geförderte Projekte als auch Industriekooperationen. In Zusammenarbeit mit renommierten Partnern aus Forschung und Industrie konnten so über die Jahre praxisnahe Lösungen mit fundierter methodischer Basis erarbeitet werden.

Partner (Auswahl)

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