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1999 | Buch | 2. Auflage

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Regelungstechnik 1

Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen

verfasst von: Prof. Dr.-Ing. Jan Lunze

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Springer-Lehrbuch

Enthalten in: Professional Book Archive

Inhaltsverzeichnis
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Über dieses Buch

Dieses nun in zweiter Auflage vorliegende Werk unterscheidet sich von bereits vorhandenen Lehrbüchern der Regelungstechnik in Didaktik, Stoffauswahl und Schwerpunkten. Die Darstellung zielt auf ein tiefgründiges Verständnis dynamischer Systeme und Regelungsvorgänge ab. Praktische Beispiele aus unterschiedlichen Gebieten (Elektrotechnik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Verkehrstechnik) illustrieren die Anwendung der behandelten Methoden und zeigen den fachübergreifenden Charakter der Regelungstechnik. Mit der Einführung in MATLAB wird der Anschluß an die rechnergestützte Arbeitsweise der Ingenieure hergestellt. Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen dienen der Vertiefung des Stoffes. Die zweite Auflage ist gegenüber der Vorauflage u. a. um neue Anwendungsbeispiele und Aufgaben erweitert worden. Die Beschreibung von MATLAB wurde der aktuellen Version 5 angepaßt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einführung

1. Zielstellung und theoretische Grundlagen der Regelungstechnik
Zusammenfassung
Die Regelungstechnik befaßt sich mit der Aufgabe, einen sich zeitlich verändernden Prozeß von außen so zu beeinflussen, daß die zeitlichen Veränderungen in einer vorgegebenen Weise ablaufen. Derartige Aufgaben findet man nicht nur in der Technik, sondern auch im täglichen Leben in sehr großer Zahl. Beispielsweise soll sich die Raumtemperatur, die sich in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung und anderen Einflüssen zeitlich ändert, zwischen vorgegebenen Grenzwerten bleiben. Der Greifer eines Roboters soll sich entlang einer Kante eines Werkstückes bewegen oder so schnell wie möglich von einem zu einem anderen Punkt geführt werden. Gleiches gilt für den Greifer eines Kranes, der Ziegel zu einem bestimmten Platz auf der Baustelle befördern soll.
Jan Lunze
2. Beispiele für technische und nichttechnische Regelungsaufgaben
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden praktische Regelungsaufgaben erläutert, um das breite Einsatzgebiet der Regelungstechnik deutlich zu machen und auf Randbedingungen hinzuweisen, die bei den in späteren Kapiteln behandelten Beispielen nur teilweise beachtet werden können. Es zeigt sich dabei, daß sich die aus sehr unterschiedlichen Anwendungsgebieten stammenden Aufgaben in gleichartiger Weise formulieren lassen.
Jan Lunze

Modellbildung und Systemanalyse

3. Strukturelle Beschreibung dynamischer Systeme
Zusammenfassung
Nach einer kurzen Übersicht über die Ziele und den allgemeinen Weg der Modellbildung wird das Blockschaltbild (Strukturbild) dynamischer Systeme eingeführt.
Jan Lunze
4. Beschreibung linearer Systeme im Zeitbereich
Zusammenfassung
Dieses Kapitel beschreibt die Modelle linearer Systeme im Zeitbereich. Nach der Differentialgleichung wird in Abschnitt 4.2 das Zustandsraummodell eingeführt. Dieses Modell basiert auf dem fundamentalen systemtheoretischen Begriff des „Zustandes“eines dynamischen Systems. Es ist eine Standardform für Modelle, auf der viele Analyse- und Entwurfsverfahren für Regler aufbauen.
Jan Lunze
5. Verhalten linearer Systeme
Zusammenfassung
Die Lösung der Zustandsgleichung beschreibt das zeitliche Verhalten eines Systems. In den ersten drei Abschnitten wird die Bewegungsgleichung für unterschiedliche Formen des Zustandsraummodells angegeben und diskutiert. Daraus werden anschließend die Übergangsfunktion und die Gewichtsfunktion als wichtige Kennfunktionen für das Übergangsverhalten abgeleitet. Dann werden die Übertragungsglieder anhand des qualitativen Verlaufes ihrer Übergangsfunktionen klassifiziert. Das Kapitel schließt mit einem Abschnitt über Modellvereinfachung und Kennwertermittlung, in dem gezeigt wird, daß viele Systeme näherungsweise durch sehr einfache Übertragungsglieder beschrieben werden können.
Jan Lunze
6. Beschreibung linearer Systeme im Frequenzbereich
Zusammenfassung
Beschreibung und Analyse linearer Systeme im Frequenzbereich beruhen auf der Zerlegung aller betrachteten Signale in sinusförmige Elementarsignale mit Hilfe der Fourier- bzw. Laplacetransformation. Beide Transformationen werden in den Abschnitten 6.2 und 6.4 kurz dargestellt, wobei es vor allem auf die ingenieurtechnische Interpretation ankommt Werden dynamische Systeme mit sinusförmigen Eingangssignalen beaufschlagt, so beschreiben der Frequenz-gang bzw. die Übertragungsfunktion, die in den Abschnitten 6.3 bzw. 6.5 behandelt werden, das Übertragungsverhalten. Im Abschnitt 6.7 werden die Eigenschaften wichtiger Übertragungsglieder im Frequenzbereich untersucht.
Jan Lunze
7. Der Regelkreis
Zusammenfassung
Diese Kapitel behandelt grundlegende Eigenschaften von Regelkreisen, wobei die erreichbare Regelgüte, notwendige Entwurfskompromisse sowie die Wahl der Reglerstruktur im Vordergrund stehen.
Jan Lunze
8. Stabilität rückgekoppelter Systeme
Zusammenfassung
Nach Einführung des Stabilitätsbegriffs dynamischer Systeme beschäftigt sich der Hauptteil dieses Kapitels mit der Stabilität rückgeführter Systeme, wobei ausführlich das Nyquistkriterium behandelt wird. Im dritten Teil wird eine Erweiterung dieses Kriteriums zur Überprüfung der robusten Stabilität angegeben.
Jan Lunze

Entwurf einschleifiger Regelkreise

9. Entwurf einschleifiger Regelkreise
Zusammenfassung
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Entwurfsverfahren für einschleifige Regelkreise und behandelt Einstellregeln, bei denen die Reglerparameter mit Hilfe experimentell ermittelter Übergangsfunktionen der Regelstrecke bestimmt werden.
Jan Lunze
10. Reglerentwurf anhand des PN—Bildes des geschlossenen Kreises
Zusammenfassung
Der Reglerentwurf anhand des Pol—Nullstellen—Bildes des geschlossenen Kreises beruht auf der Konstruktion der Wurzelortskurve, die die Abhängigkeit der Pole des geschlossenen Kreises von der Reglerverstärkung beschreibt. Mit Hilfe der Konstruktionsvorschriften für Wurzelortskurven können aus gegebenen Forderungen an die Lage der Pole des geschlossenen Kreises sowohl die Reglerstruktur als auch die Reglerparameter bestimmt werden.
Jan Lunze
11. Reglerentwurf anhand der Frequenzkennlinie der offenen Kette
Zusammenfassung
Ausgehend von den Dynamikforderungen an den geschlossenen Regelkreis werden Bedingungen an die Frequenzkennlinie der offenen Kette aufgestellt, die durch eine geeignete Wahl des Reglers erfüllt werden müssen. Dann wird gezeigt, wie Entwurfsaufgaben gelöst werden können, bei denen einerseits das Führungsverhalten und andererseits das Störverhalten des Regelkreises maßgebend für die Erfüllung der gestellten Güteforderungen ist.
Jan Lunze
12. Weitere Entwurfsverfahren
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden Entwurfsverfahren behandelt, bei denen das Regelstreckenmodell explizit im Regler enthalten ist.
Jan Lunze
13. Erweiterungen der Regelungsstruktur
Zusammenfassung
Die Wirkung von Regelungen kann wesentlich verbessert werden, wenn die Struktur des Regelkreises erweitert wird. Im folgenden werden „näherungsweise einschleifige“ Regelkreise behandelt, von denen sich in der Praxis vor allem die Störgrößenaufschaltung, die Regelung mit Hilfsregelgröße bzw. Hilfsstellgröße und die Kaskadenregelung bewährt haben.
Jan Lunze
Backmatter
Metadaten
Titel
Regelungstechnik 1
verfasst von
Prof. Dr.-Ing. Jan Lunze
Copyright-Jahr
1999
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-09724-3
Print ISBN
978-3-540-65847-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-09724-3