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The aim of the work is to contribute to the qualitative and quantitative analysis of nonlinear dynamical systems of the second order with high-speed feedback, which can also be generally introduced into higher order systems which at present are gaining an increasing amount of popularity in use of the high-frequency oscillators in electronic circuits. Singular Perturbation Theory is the mathematical framework that yields the tools to explore the complicated dynamical behavior of these systems. The work gives an overview of some methods used to investigate the dynamics of singularly perturbed nonlinear systems, for which does not exist a comprehensive theory that would give us an overall view of their behavior. This issue is currently happening world wide, not only in the mathematical community when dealing with the theory and application of nonlinear dynamical systems, but also in the field of electrical engineering and automation.

Combined control dynamic systems comprise both parts of discrete systems: real-time activated discrete dynamic systems as well as discrete event dynamic systems. The combination of cyclically recurring processes with stochastically generated events significantly intervenes into the control, while also affecting the choice of the right sample period, as it is necessary to process all the generated interruptions within the cycle. The current monograph focuses on the analysis of combined control systems and determination of the stochastic event element of the sample period. It proposes an appropriate sample period for combined control systems and introduces a methodology for determining the impact of a stochastic element on the system stability and properties. The main contribution of the monograph is the design of an adaptive algorithm for events processing and auto-correction of the event element of sample period.

Das stetig wachsende Interesse an der Erforschung und Industrialisierung der Ozeane führt zu immer neuen technischen Aufgaben und Herausforderungen in diesem Bereich. Vor allem die unter Wasser herrschenden extremen Bedingungen begünstigen den Einsatz heterogener autonomer Robotersysteme, welche selbstständig Missionen ausführen können. Diese Arbeit stellt ein neuartiges und umfassendes Konzept zur Missionsplanung und zum Management von Verbänden heterogener autonomer maritimer Fahrzeuge vor, welches die Umsetzung komplexer Missionsszenarios ermöglicht. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bildet ein neuartiges zweistufiges Managementsystem, mit dem sich bestehende einzelautonome Systeme erweitern lassen, um diese kooperiert einsetzen zu können. Auf der Grundlage eines flexibel erweiterbaren Portfolios an Missionselementen ermöglicht es die Koordination von Fahrzeugverbänden, wobei sich die Komplexität einer Manöveraufgabe lediglich auf das entwickelte Teammanagement beschränkt. Weiterhin werden auf Basis eines festen Befehlssatzes die bestehenden einzelautonomen Fähigkeiten der Systeme genutzt, wodurch keine Änderung der fahrzeugeigenen Hard- und Software notwendig ist. Des Weiteren stellt diese Arbeit ein neu entwickeltes Konzept der Missionsplanung für Fahrzeugverbände vor, welches dem Anwender die Möglichkeit bietet ohne tiefgreifende Vorkenntnisse komplexe Teammissionen planen zu können. In diesem Zusammenhang wird ein neuartiges Konzept zum formationstreuen Ausweichen bekannter Hindernisse vorgestellt, welches in einem zusätzlichen Planungsschritt durchgeführt werden kann. Ein neuartiges parametrisierbares Fahrzeugmodell, welches auf einem geregelten Fahrzeugverhalten basiert, bildet den Kernpunkt der entwickelten Simulationsumgebung, die einen einfachen Test des vorgestellten Managementsystems gestattet. Somit lassen sich im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen mit physikalischen Fahrzeugmodellen realitätsnahe Simulationen auf der Grundlage weniger Parameter durchführen. Das entwickelte Gesamtkonzept wurde sowohl in simulativen Tests als auch in realen Seeversuchen validiert und bestätigt.

Der vorliegende Beitrag propagiert am Beispiel des kommerziellen Luftverkehrs einen Paradigmenwechsel für die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit Frage- und Problemstellungen zum menschlichen Leistungsvermögen aus dem sicherheitsbezogenen Kontext gesellschaftlicher Mobilität. Mit Hilfe eines physikalisch-mathematisch orientierten Ansatzes wird auf der Grundlage einer Belastungs-Beanspruchungskonzeption und wissenschaftlicher Erkenntnisse zur Selbstorganisation dissipativer Systeme eine interdisziplinär ausgerichtete und synchrone Betrachtungsweise des arbeitenden Menschen in wenig Fehler verzeihenden Bereichen erschlossen. Dabei steht die konsequente Anwendung des Prozessgedankens im Vordergrund der Forschungsaktivität. Im Einzelnen richten sich die theoretischen Analysen auf den Piloten als Willenszentrale des Transportträger-Arbeitssystems im trilateralen Spannungsfeld von ergonomischer Arbeitsgestaltung, ökonomischer Effizienz und zu garantierender Betriebssicherheit. Damit erhält die Frage nach den Grenzen seines Regulationsvermögens einen allseitig ausgerichteten existenzrelevanten Stellenwert. Diese Limits gilt es zu identifizieren und zu verorten. Dazu wird der Konstruktansatz eines hypothetischen Lösungsmodells vorgestellt. In diesem Erkenntnisprozess ergibt sich die Möglichkeit, ein mehrdimensionales Kriteriensystem aufstellen zu können. Mit noch hypothetischem Charakter kann dies den Rahmen sowohl für angestrebte Optimierungen von Cockpitarbeit im Sinne einer menschengerechten Gestaltung als auch im Hinblick auf eine zu erhöhende Flugsicherheit abstecken und liefert damit die Aussicht auf eine Verbesserung langfristig ausgerichteter flugbetrieblicher Effektivität und Zufriedenheit sowohl für Luftfahrtgesellschaften als auch für deren Kunden. Für die empirische Konstruktverifizierung und Praxistauglichkeit wird eine mehrstufige Methodik vorgeschlagen. Der Ansatz kann dabei generell auf andere berufliche Tätigkeitsbereiche übertragbar sein. Aus den im Vorfeld der Konstrukterstellung durchgeführten Analysen über die augenblickliche Situation zur sicherheitsrelevanten Stellung von operationell tätigem Luftfahrtpersonal in einer sich technisch, sozial und organisatorisch schnell wandelnden Lebens- und Arbeitsumgebung lassen sich Gestaltungsmaßnahmen ableiten, die langfristig den Betrieb von Flugzeugen als attraktive Transportträger sichern könnten. Im Hinblick auf eine anzustrebende Verbesserung der Verträglichkeit von existenziellen, gesellschaftlichen und ökonomischen Bedürfnisbefriedigungen werden ein arbeitswissenschaftlich determinierter Argumentationspfad und ein entsprechender Vorschlag für die Um- bzw. Neustrukturierung europäischer Flugbetriebssysteme aufgezeigt.

Ein kohärent beleuchtetes Pinhole erzeugt sphärische Wellenfronten, welche durch ein mikroskopisches Objekt beeinflusst werden. Das hinter dem Objekt entstehende Interferenzmuster heißt Hologramm und wird mit einem 2D-Bild-Detektor aufgezeichnet. In der digitalen inlineholografischen Mikroskopie wird mit einem Computer aus einem solchen Hologramm ein Bild des mikroskopischen Objekts rekonstruiert. Das 1. Rayleigh-Sommerfeld Beugungsintegral beschreibt die Wellenausbreitung in skalarer Näherung und eignet sich zur Rekonstruktion von Inline-Hologrammen für eine linsenlose Mikroskopie. Der numerische Aufwand ist aufgrund einer notwendigen Interpolation des Hologramms direkt abhängig von der optischen Auflösung im Objektbild. Bei Verwendung von 2D-Bild-Sensoren (CCD, CMOS) mit 4 Millionen oder mehr Pixel sowie handelsüblicher Desktop-PCs ist mit Rekonstruktionszeiten von mehreren Minuten und oft auch mit einem die Kapazitäten des Computers übersteigenden Speicherbedarf zu rechnen. In der vorliegenden Arbeit werden zwei neue Rekonstruktionsmethoden für die linsenlose digitale inline-holografische Mikroskopie vorgestellt. Diese Methoden berechnen das 1. Rayleigh-Sommerfeld Integral für sphärische Wellenfronten. Dabei wird das Hologramm ähnlich einem Schachbrett in identisch große Teilhologramme zerlegt. Diese Teilhologramme werden nacheinander phasenmodifiziert, interpoliert und zu einer neuen Wellenfront wieder zusammengefügt. Auf diese Weise sind die Anforderungen an den Speicher des Computers erheblich reduziert. Die Methoden führen die notwendige Interpolation des Hologramms indirekt im Fourier-Raum aus, sodass der numerische Aufwand nicht länger von der optischen Auflösung abhängt. Die erste der Methoden verursacht geringfügige Interpolationsartefakte, welche mit der zweiten, einer um den Faktor 2.5 langsameren Methode vermieden werden. Mit einer weiteren Methode zur Vorfilterung des Hologramms ist es nun auch möglich, einen beliebigen Ausschnitt der Objektebene zu rekonstruieren. Ein Desktop-PC (2.66 GHz) rekonstruiert ein Hologramm mit 4 Millionen Pixel in etwa 6 Sekunden. Spezielle Hardware-Komponenten wie Grafikkarten kamen dabei nicht zum Einsatz. In Experimenten wurden Hologramme von 1 my m großen Polymethylmethacrylat-Kugeln (PMMA) ohne abbildende Optik detektiert und Bilder dieser Kugeln mit einer NA von 0.7 rekonstruiert, wobei das lichtübertragende Medium Luft war (Brechungsindex n = 1). Das dabei rekonstruierte, erweiterte Bildfeld hatte einen Durchmesser von etwa 260 my m. Damit im Zusammenhang wird eine Dimensionierung für ein digitales inline-holografisches Mikroskop vorgeschlagen sowie die sich daraus ergebenden Grenzen und mögliche Erweiterungen diskutiert.