Technische Universität Ilmenau

Systems Optimization - Modultafeln der TU Ilmenau

Die Modultafeln sind ein Informationsangebot zu unseren Studiengängen. Rechtlich verbindliche Angaben zum Verlauf des Studiums entnehmen Sie bitte dem jeweiligen Studienplan (Anlage zur Studienordnung). Bitte beachten Sie diesen rechtlichen Hinweis. Angaben zum Raum und Zeitpunkt der einzelnen Lehrveranstaltungen entnehmen Sie bitte dem aktuellen Vorlesungsverzeichnis.

Fachinformationen zu Systems Optimization im Studiengang Master Research in Computer & Systems Engineering 2016
Fachnummer100965
Prüfungsnummer2200416
FakultätFakultät für Informatik und Automatisierung
Fachgebietsnummer2212
Fachverantwortliche(r)Prof. Dr. Pu Li
TurnusWintersemester
SpracheEnglisch
Leistungspunkte5
Präsenzstudium (h)45
Selbststudium (h)105
VerpflichtungPflicht
Abschlussmündliche Prüfungsleistung, 30 Minuten
Details zum Abschluss

Mündliche Prüfung, 30 min.

max. Teilnehmerzahl30
Vorkenntnisse

Grundlagen der Mathematik, Physik,  Elektrotechnik; Control Engineering

Lernergebnisse

Die Studierenden können

  • die Grundlagen, Problemstellungen und Methoden der statischen und dynamischen Prozessoptimierung klassifizieren,
  • Methoden und Werkzeuge anwenden,
  • unterschiedliche Problemstellungen und mathematische Herleitungen analysieren und generieren
  • optimale Parameter und Steuerungen berechnen sowie
  • Anwendungsfälle für industrielle Prozesse analysieren, entwickeln und bewerten.
Inhalt

Optimierung des Designs und des Betriebs industrieller Prozesse

  • Lineare und Nichtlineare Programmierung
  • Mixed-Integer Optimierung
  • Anwendung von Optimierwerkzeugen (GAMS) am Rechner
  • Praktische Anwendungsbeispiele

Lineare Programmierung:
Theorie der linearen Programmierung, Freiheitsgrad, zulässiger Bereich, graphische Darstellung/Lösung, Simplexmethode, Dualität, Mischungsproblem, optimale Produktionsplanung.

Nichtlineare Optimierung:
Konvexitätsanalyse, Probleme ohne und mit Nebenbedingungen, Optimalitätsbedingungen, Methode des goldenen Schnitts, das Gradienten-, Newton-, Quasi-Newton-Verfahren, Probleme mit Nebenbedingungen, Kuhn-Tucker-Bedingungen, SQP-Verfahren (Sequentiell Quadratische Programmierung), Active-Set-Methode, Approximation der Hesse-Matrix, Anwendung in der optimalen Auslegung industrieller Prozesse.

Mixed-Integer Nichtlineare Programmierung (MINLP):
Mixed-Integer Lineare und Nichtlineare Programmierung (MILP, MINLP), Branch-and-Bound-Methode,  Master-Problem, Optimierungssoftware GAMS, Anwendung im Design industrieller Prozesse.

Indirekte Verfahren

  • Variationsverfahren, Optimalitätsbedingungen
  • Maximum-Prinzip
  • Dynamische Programmierung
  • Riccati-Optimal-Regler

Direkte Verfahren

  • Methoden zur Diskretisierung, Orthogonale Kollokation
  • Lösung mit nichtlinearen Programmierungsverfahren
  • Simultane und Sequentielle Verfahren

Anwendungsbeispiele

Medienformen

Präsentation, Vorlesungsskript, Tafelanschrieb

Literatur

U. Hoffmann, H. Hofmann: Einführung in die Optimierung, Verlag Chemie, Weinheim, 1982

T. F. Edgar, D. M. Himmelblau: Optimization of Chemical Processes, McGraw-Hill, New York, 1989

Teo, K. L., Goh, C. J., Wong, K. H: A Unified Computational Approach to Optimal Control Problems. John Wiley & Sons, New York, 1991

C. A. Floudas: Nonlinear and Mixed-Integer Optimization, Oxford University Press, 1995

L. T. Biegler, I. E. Grossmann, A. W. Westerberg: Systematic Methods of Chemical Process Design. Prentice Hall, New Jersey, 1997

M. Papageorgiou: Optimierung, Oldenbourg Verlag, München, 2006

J. Nocedal, S. J. Wright: Numerical Optimization, Springer-Verlag, 1999

D. G. Luenberger. Introduction to Dynamic Systems. Wiley. 1979

A. C. Chiang. Elements of Dynamic Optimization. McGraw-Hill. 1992

D. P. Bertsekas. Dynamic Programming and Stochastic Control. Academic Press. 1976

R. F. Stengel. Optimal Control and Estimation. Dover Publications. 1994

J. Macki. Introduction to Optimal Control Theory. Springer. 1998

D. G. Hull. Optimal Control Theory for Applications. Springer. 2003

Lehrevaluation

Plichtevaluation:

Freiwillige Evaluation:

WS 2015/16 (Vorlesung)

Hospitation:

Informationen und Handreichungen zur Pflege von Modul- und Fachbeschreibungen durch den Modul- oder Fachverantwortlichen finden Sie auf den Infoseiten zum Modulkatalog.