Zustandsberechnung

Zustandsberechnung bezeichnet die Ermittlung des inneren Zustands eines Systems auf Grundlage von Modellgleichungen, Messdaten oder numerischen Verfahren. Der Begriff findet Anwendung in Bereichen wie Regelungstechnik, Signalverarbeitung, Simulation und formaler Verifikation und umfasst sowohl die explizite Berechnung zeitabhängiger Zustandsvektoren als auch die Schätzung nicht direkt messbarer Größen.

In der Regelungstechnik wird Zustandsberechnung oft durch Zustandsraumdarstellungen und Beobachter (Observer) realisiert; bekannte Verfahren sind der Kalman-Filter für lineare stochastische Systeme und Partikelfilter für nichtlineare, nicht‑gaußsche Fälle. Bei diskreten Simulationen erfordern numerische Integrationsverfahren (z. B. Runge‑Kutta) und Zeitdiskretisierung eine präzise Zustandsaktualisierung. In der Informatik kann der Begriff auf die Berechnung von Systemzuständen in Modellprüfern (Model Checking) und Zustandsübergangsgraphen angewandt werden.

Wesentliche Herausforderungen sind Modellunsicherheit, Messrauschen, Rechenzeitbeschränkungen und Stabilität der Schätzung. Methoden zur Robustifizierung umfassen adaptive Filter, Zustandsraumbasisverringerung zur Reduktion der Modellkomplexität sowie Regularisierungstechniken. Im ingenieurwissenschaftlichen Kontext ist die Zustandsberechnung eine Vorstufe zur Regelung, Überwachung und Fehlerdiagnose; in naturwissenschaftlichen Simulationen dient sie der Vorhersage von Systemverhalten und der Validierung von Modellen.