Softwareprojekte

Neben der theoretischen Erforschung neuer mathematischer Verfahren zur Lösung von Gleichungssystemen, Matrix-Gleichungen und vielfältigen Problemen aus dem Bereich der Modellreduktion oder der optimalen Steuerung, bemühen wir uns auch um deren konkrete Umsetzung in Software Paketen. Hauptaugenmerk liegt dabei zum einen auf reproduzierbaren Ergebnissen und zum anderen auf der Ausnutzung moderner Computer-Architekturen und deren Programmiermodellen. Je nach Problemstellung verwenden wir die gebräuchlichen Programmiersprachen im Wissenschaftlichen Rechnen. Diese erstrecken sich in unserer Fachgruppe von C/C++ über komplexe MATLAB Projekte bis hin zu Fortran und Python.

Eingestellte Entwicklungen & Beiträge

emgr - EMpirical GRamian Framework
In der Systemtheorie und Regelungstechnik haben die System Gram'schen von linearen Eingabe-Ausgabe Systemen verschiedenste Anwendungen, u. a.:
Modellreduktion, dezentraler Kontrolle und Sensitivitätsanalyse. Empirische Gram'sche entsprechen den linearen System Gram'schen, aber sind auch anwendbar auf parametrischen und nicht-linearen Systemen aufgrund ihrer datengetriebenen Berechnung. Das Empirical Gramian Framework -emgr- ist eine Open-Source Toolbox, kompatibel mit OCTAVE und MATLAB, die eine konfigurier-bare Berechnung der empirischen System Gram'schen ermöglicht.

Neben der Berechnung von Steuerbarkeits-, Beobacht-barkeits-, und Minimalitätsinformationen von Zuständen kann auch die Identifizierbarkeit und Sensitivität von Parameter bestimmt werden. Zusätzlich unterstützt emgr Niedrigrangberechnung, Interfaces für Integratoren, Skalarprodukte und Kernel durch eine funktionale, vektorisierte und parallelisierbare Implementierung.
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GRANSO: GRadient-based Algorithm for Non-Smooth Optimization
GRANSO ist ein in MATLAB implementiertes Softwarepaket, für nicht glatte Optimierungsprobleme. Der Fokus liegt auf einer  effizienten Implementierung für Aufgaben mit oder ohne Beschränkungen, ohne dass eine spezielle Struktur vorausgesetzt wird, oder Annahmen über die Zielfunktionen  oder Beschränkungen gemacht werden. GRANSO kann Probleme behandeln, die eine oder alle der folgenden Eigenschaften  besitzen: glatt oder nicht glatt, konvex oder nicht konvex und lokal Lipschitz oder nicht lokal Lipschitz. mehr
HAPOD - Hierarchical Approximate Proper Orthogonal Decomposition
Die Hierarchical Approximate Proper Orthogonal Decomposition (HAPOD) ermöglicht die parallele oder speicherbeschränkte Berechnung von PODs (Hauptachsentransformation) für große oder verteilte Datensätze. Die hapod Funktion implementiert die verteilte (Sterntopologie) und inkrementelle (maximal unbalancierter Binärbaum) Varianten der HAPOD, und erlaubt angepasste SVD (Singulärwertzerlegung) Algorithmen als Backend. Dieses kompakte POD Tool ist kompatibel mit OCTAVE und MATLAB.
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ROSTAPACK: RObust STAbility PACKage
ROSTAPACK ist eine in MATLAB implementierte Softwarebibliothek zur Berechnung oder Approximation robuster Stabilitätskennzahlen (z. B. der H-Unendlichnorm) linearer dynamischer Systeme mit Ein- und Ausgängen.
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SOMDDPA - Second-Order Modally-Damped Dominant Pole Algorithm
SOMDDPA ist ein Software package in MATLAB und Octave für die Berechnung dominanter Pole von modal gedämpften Systemen zweiter Ordnung. Es kann z.B. für Modellreduktion genutzt werden. mehr
SOLBT - Limited Model Reduction for Large-Scale Sparse Second-Order Systems
SOLBT ist ein Software-Package in MATLAB und Octave für das frequenz- und zeitbeschränkte, balancierte Abschneiden für Systeme zweiter Ordnung. Es beinhaltet zudem projektionsbasierte Löser für Lyapunovgleichungen mit Matrixfunktionen in der rechten Seite. mehr
RRQR-MEX stellt eine Matlabroutine rrqr zur Verfügung, die eine Schnittstelle zur FORTRAN Implementierung der RRQR von G. Quintana-Orti und C.H. Bischof herstellt.

NUR NOCH ZU ZWECKEN DER REPRODUZIERBARKEIT VERFÜGBAR.

Auf aktuellen MultiCore CPUs und in aktuellen MATLAB versionen empfehlen wir eine qr(.,0) oder svd basierte Lösung. Wegen der fehlenden fehlenden Parallelisieurng in den original Fortran Codes sind diese in der Regel ähnlich robust aber gewöhnlich deutlich schneller. 
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PLICMR - The Parallel Library in Control: Model Reduction

PLiCMR ist eine parallele Softwarebibliothek zur Reduktion von großskaligen diskreten oder stetigen linear-zeitinvarianten Systemen. Für diese Systeme stellt PLiCMR drei Methoden zur Verfügung: Balance & Truncate, Singular Perturbation Approximation und Hankel-Norm Approximation.
Das Hamiltonische Eigenwertproblem tritt in vielen Bereichen der Kontroll- und Regelungstheorie auf. Ein Hauptanwendungsgebiet ist die Lösung der algebraischen Riccati Gleichung. Die hier zusammengefaste Software stellt FORTRAN 77 und MATLAB Codes zur Lösung des Hamiltonischen Eigenwertproblems als auch der Riccati Gleichung zur Verfügung.
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Eine Implementierung der auf elliptischen Integralen basierenden Berechung von Alternating Directions Implicit (ADI) Shiftparametern nach der Theorie von Wachspress et. al.
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