Lunze J. Regelungstechnik 1

Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf Einschleifiger Regelungen. —
9., überarbeitete Auflage. — Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013. XXVII, 724 S. 301 Abb. — ISBN: 978-3-642-29532-4, ISBN: 978-3-642-29533-1 (eBook), DOI 10.1007/978-3-642-29533-1.Moderne anspruchsvolle Einführung in die Regelungstechnik
Ausführliche Darstellung der Modellformen und Analysemethoden im Zeitbereich
Zahlreiche Beispiele und Übungen
Beschreibung von MatLAB-Funktionen für Projektaufgaben und die Darstellung der Entwurfsverfahren
Extras im Web: weitere Informationen zu den Beispielen im Buch
Dieses Lehrbuch überzeugt durch seine Didaktik und Stoffauswahl.
Die Darstellung zielt auf ein tiefgründiges Verständnis dynamischer Systeme und Regelungsvorgänge, wobei mit Zeitbereichsbetrachtungen im Zustandsraum begonnen und erst danach zur Frequenzbereichsdarstellung übergegangen wird. Praktische Beispiele aus Elektrotechnik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Verkehrstechnik illustrieren die Anwendung der behandelten Methoden und zeigen den fachübergreifenden Charakter der Regelungstechnik. Mit der Einführung in MatLAB (Release R2012a) wird der Anschluss an die rechnergestützte Arbeitsweise der Ingenieure hergestellt. Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen dienen der Vertiefung des Stoffes.
Für die neunte Auflage wurden zahlreiche Abbildungen verbessert und die Beschreibung von MatLAB der aktuellen Version angepasst.
„Das Buch vermittelt in idealer Weise theoretisch begründetes Verständnis mit praktischen Gesichtspunkten und Beispielen aus verschiedenen Bereichen. Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Bernhard Lampe, Universität Rostock
„Das Buch wird von meinen Studenten und Doktoranden sehr geschätzt, weil es zum einen den Grundlagenstoff klar und vollständig bringt, zum anderen weiterführende Themen und Prinzipien in knapper und verständlicher Form ergänzt. Prof. Dr.-Ing. Boris Lohmann, Technische Universität MünchenContent Level » Upper undergraduate
Stichwörter » Automatisierungstechnik - Regelungstechnik
Verwandte Fachbereiche » Robotics.InhaltsverzeichnisVerzeichnis der Anwendungsbeispiele
Inhaltsübersicht des zweiten Bandes
Hinweise zum Gebrauch des BuchesEinführungZielstellung und theoretische Grundlagen der Regelungstechnik
Aufgaben der Regelungstechnik
Prinzipielle Funktionsweise von Regelungen
Lösungsweg für Regelungsaufgaben
Übersicht über die theoretischen Grundlagen der Regelungstechnik
LiteraturhinweiseBeispiele für technische und nichttechnische Regelungsaufgaben
Gebäudeautomatisierung
Prozessregelung
Regelungsaufgaben in Energiesystemen
Robotersteuerungen
Regelung von Fahrzeugen
Mechatronik
Flugregelung
Der Mensch als Regler
Biologische Regelkreise
Gemeinsamkeiten von Regelungen in unterschiedlichen Anwendungsgebieten
LiteraturhinweiseModellbildung und SystemanalyseStrukturelle Beschreibung dynamischer Systeme
Ziele und wichtige Schritte der Modellbildung
Blockschaltbild
Signalflussgraf
LiteraturhinweiseBeschreibung linearer Systeme im Zeitbereich
Modellbildungsaufgabe
Beschreibung linearer Systeme durch Differenzialgleichungen
Lineare Differenzialgleichung n-ter Ordnung
Aufstellung der Differenzialgleichung
Linearität dynamischer Systeme
Kausalität
Zeitinvarianz
Zustandsraumdarstellung linearer Systeme
Einführung des Zustandsraummodells
Zustand und Zustandsraum
Zustandsraumdarstellung von Mehrgrößensystemen
Aufstellung des Zustandsraummodells
Ableitung des Zustandsraummodells aus der Differenzialgleichung
Aufstellung des Zustandsraummodells aus den physikalischen Grundbeziehungen
Zustandsraummodell gekoppelter Systeme
Gültigkeitsbereich der Modelle und Normierung
Erweiterungen
Linearisierung nichtlinearer Systeme
Totzeitsysteme
Zeitvariable Systeme
MatLAB-Funktionen für die Beschreibung dynamischer Systeme
LiteraturhinweiseVerhalten linearer Systeme
orhersage des Systemverhaltens
Lösung der Zustandsgleichung
Lösung einer linearen Differenzialgleichung erster Ordnung
Lösung eines Differenzialgleichungssystems erster Ordnung
Verhalten linearer Systeme
Eigenschaften und Berechnungsmethoden für die Übergangsmatrix
Normalformen des Zustandsraummodells
Transformation der Zustandsgleichung
Kanonische Normalform
Erweiterung der kanonischen Normalform für nichtdiagonalähnliche Systemmatrizen
Bewegungsgleichung in kanonischer Darstellung
Regelungsnormalform
Beobachtungsnormalform
E/A-Normalform
Invariante Systemeigenschaften
Kennfunktionen des dynamischen Übertragungsverhaltens
Übergangsfunktion
Gewichtsfunktion
Zusammenhang zwischen Gewichtsfunktion und Übergangsfunktion
E/A-Verhalten
Darstellung des E/A-Verhaltens mit Hilfe der Gewichtsfunktion
Übergangsverhalten und stationäres Verhalten
Bedeutung der Nullstellen für das Übertragungsverhalten
Nulldynamik
Eigenschaften wichtiger Übertragungsglieder im Zeitbereich
Proportionalglieder
ntegrierglieder
Differenzierglieder
Totzeitglieder
Modellvereinfachung und Kennwertermittlung
Modellvereinfachung
Approximation dynamischer Systeme durch PT1-Glieder
Kennwertermittlung für PT2-Glieder
Kennwertermittlung für PT1Tt-Glieder
MatLAB-Funktionen für die Analyse des Zeitverhaltens
LiteraturhinweiseBeschreibung und Analyse linearer Systeme im Frequenzbereich
Zielstellung
Fouriertransformation
Zerlegung periodischer Signale
Zerlegung nichtperiodischer Signale
Frequenzgang
Lineare Systeme mit sinusförmigen Eingangssignalen
Berechnung des Frequenzganges
Eigenschaften und grafische Darstellung
Laplacetransformation
Definition
Wichtige Eigenschaften
Übertragungsfunktion
Definition
Berechnung
Eigenschaften und grafische Darstellung
Pole und Nullstellen
Berechnung des Systemverhaltens
Übertragungsfunktion gekoppelter Systeme
Beziehungen zwischen den Modellen
Eigenschaften wichtiger Übertragungsglieder im Frequenzbereich
Proportionalglieder
ntegrierglieder
Differenzierglieder
Übertragungsgliedermit Nullstellen
Übertragungsglieder mit gebrochen rationaler Übertragungsfunktion
Allpassglieder und nichtminimalphasige Systeme
Totzeitglieder
MatLAB-Funktionen für die Systemanalyse im Frequenzbereich
LiteraturhinweiseDer Regelkreis
Reglerentwurfsaufgabe
Modell des Standardregelkreises
Beschreibung im Frequenzbereich
Beschreibung im Zeitbereich
Stationäres Verhalten von Regelkreisen
Stör- und Führungssignale
Stationäres Verhalten bei impulsförmiger Erregung
Stationäres Verhalten bei sprungförmiger Erregung
Stationäres Verhalten bei weiteren Signalklassen
Sollwertfolge bei Verwendung eines Vorfilters
Übergangsverhalten des Regelkreises
Perfekte Regelung
Beschränkungen für die erreichbare Regelgüte bei einer Festwertregelung
Nichtminimalphasenverhalten von Regelkreisen
Gleichgewichtstheorem
Empfindlichkeit und Robustheit von Regelkreisen
Konsequenzen für den Reglerentwurf
Entwurf von Vorsteuerungen
Aufgaben der Folgeregelung
nversionsbasierter Vorsteuerungsentwurf
Trajektorienplanung für Arbeitspunktwechsel
orsteuerung im stationären Zustand
Reglertypen und Richtlinien für die Wahl der Reglerstruktur
LiteraturhinweiseStabilität rückgekoppelter Systeme
Zustandsstabilität
Definition der Zustandsstabilität
Kriterien für die Zustandsstabilität
Eingangs-Ausgangs-Stabilität
Definition der E/A-Stabilität
Kriterien für die E/A-Stabilität
Beziehungen zwischen Zustandsstabilität und E/A-Stabilitä
Stabilitätsprüfung anhand des charakteristischen Polynoms
Vorgehensweise
Hurwitzkriterium
Routhkriterium
Stabilitätsprüfung anhand der Pole des geschlossenen Kreises
E/A-Stabilität von Regelkreisen
Innere Stabilität von Regelkreisen
Stabilitätsprüfung anhand des Frequenzganges der offenen Kette
Herleitung der Stabilitätsbedingung
Nyquistkriterium
Beispiele
Erweiterungen
Phasenrandkriterium
Robuste Stabilität
Zielsetzung
Beschreibung der Modellunbestimmtheiten
Nachweis der robusten Stabilität
Stabilitätsanalyse mit MatLAB
LiteraturhinweiseEntwurf einschleifiger RegelkreiseEntwurf einschleifiger Regelkreise
Allgemeines Vorgehen beim Reglerentwurf
Übersicht über die Entwurfsverfahren
Rechnergestützter Entwurf
Einstellregeln für PID-Regler
LiteraturhinweiseReglerentwurf anhand des PN-Bildes des geschlossenen Kreises
Beziehungen zwischen dem PN-Bild und den Güteforderungen
Regelkreise mit dominierendemPolpaar
Regelkreise mit einem dominierenden Pol
Wurzelortskurve
Definition
Eigenschaften und Konstruktionsvorschriften
Reglerentwurf unter Verwendung der Wurzelortskurve
Entwurfsverfahren
Regelung mit hoher Kreisverstärkung
Zusammenfassende Bewertung des Entwurfsverfahrens
MatLAB-Funktionen zum Reglerentwurf anhand des PN-Bildes
LiteraturhinweiseReglerentwurf anhand der Frequenzkennlinie der offenen Kette
Frequenzkennlinie und Regelgüte
Näherung des Regelkreises durch ein PT2-Glied
Statisches Verhalten des Regelkreises
Führungsverhalten des Regelkreises
Störverhalten des Regelkreises
Reglerentwurf unter Beachtung des Führungsverhaltens
Entwurfsverfahren
Entwurfsdurchführung
Reglerentwurf unter Beachtung des Störverhaltens
MatLAB-Programm zum Frequenzkennlinienentwurf
LiteraturhinweiseWeitere Entwurfsverfahren
Kompensationsregler
Modellbasierte Regelung (InternalModel Control )
Grundidee des Verfahrens
Entwurf von IMC-Reglern durch H2-Optimierung
Entwurf robuster IMC-Regler
Beziehung zwischen klassischen Reglern und IMC-Reglern
Smithprädiktor
LiteraturhinweiseErweiterungen der Regelungsstruktur
ermaschte Regelungen
Störgrößenaufschaltung
Regelkreis mit Hilfsregelgröße
Kaskadenregelung
Regelkreis mit Hilfsstellgröße
Mehrgrößenregelungen
Robuste, adaptive, nichtlineare und fehlertolerante Regelungen
LiteraturverzeichnisAnhängeAnhang: Lösung der Übungsaufgaben
Anhang: Kurze Einführung in MatLAB
Anhang: Aufgaben zur Prüfungsvorbereitung
Anhang: Projektaufgaben
Anhang: Verzeichnis der wichtigsten Formelzeichen
Anhang: Korrespondenztabelle der Laplacetransformation
Anhang: Fachwörter deutsch – englisch
Sachwortverzeichnis