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Über dieses 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 R2019a) wird der Anschluss an die rechnergestützte Arbeitsweise der Ingenieure hergestellt. Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen dienen der Vertiefung des Stoffes.

In der 12. Auflage wird der Unterschied zwischen schwingendem und überschwingendem Verhalten in einem neuen Abschnitt genau erläutert. Es wurden einige weitere Übungsaufgaben aufgenommen und die Beschreibung von MATLAB der aktuellen Version angepasst.

„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 München

Die Zielgruppen

Studierende der Ingenieurwissenschaften an Universitäten und Fachhochschulen

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Zielstellung und theoretische Grundlagen der Regelungstechnik

Zusammenfassung
Dieses Kapitel beschreibt die Ziele und Herangehensweisen der Regelungstechnik und gibt eine Übersicht über die in beiden Bänden dieses Lehrbuches behandelten Themen.
Jan Lunze

Kapitel 2. Beispiele für technische und nichttechnische Regelungsaufgaben

Zusammenfassung
An vielfältigen Beispielen illustriert dieses Kapitel das breite Einsatzgebiet der Regelungstechnik und weist auf wichtige Randbedingungen für die Lösung von Regelungsaufgaben hin. Es zeigt dabei, dass sich die aus unterschiedlichen Anwendungsgebieten stammenden Aufgaben in einheitlicher Weise systemtheoretisch formulieren lassen.
Jan Lunze

Kapitel 3. Strukturelle Beschreibung dynamischer Systeme

Zusammenfassung
Nach einer kurzen Übersicht über Ziele und Methodik der Modellbildung wird das Blockschaltbild dynamischer Systeme eingeführt und an Beispielen erläutert. Dann wird auf den Signalflussgraphen als alternative Beschreibungsform eingegangen.
Jan Lunze

Kapitel 4. Beschreibung linearer Systeme im Zeitbereich

Zusammenfassung
Nach der Darstellung linearer Systeme durch Differentialgleichungen wird in diesem Kapitel das Zustandsraummodell eingeführt, das auf dem fundamentalen systemtheoretischen Begriff des Zustands eines dynamischen Systems basiert. Es ist eine Modellform, auf der viele Analyse- und Entwurfsverfahren für Regelungen aufbauen.
Jan Lunze

Kapitel 5. Verhalten linearer Systeme

Zusammenfassung
Die Lösung der Zustandsgleichung beschreibt das zeitliche Verhalten eines Systems. Im ersten Teil dieses Kapitels wird die Bewegungsgleichung für unterschiedliche Formen des Zustandsraummodells angegeben und diskutiert. Daraus werden anschließend die Übergangsfunktion und die Gewichtsfunktion als wichtige Kennfunktionen für das Übertragungsverhalten abgeleitet. Dann werden die Übertragungsglieder anhand des qualitativen Verlaufes ihrer Übergangsfunktionen klassifiziert. Das Kapitel schließt mit einem Abschnitt über Modellvereinfachung und Kennwertermittlung.
Jan Lunze

Kapitel 6. Beschreibung und Analyse linearer Systeme im Frequenzbereich

Zusammenfassung
Die Beschreibung und die Analyse linearer Systeme im Frequenzbereich beruhen auf der Zerlegung aller betrachteten Signale in sinusförmige Elementarsignale mit Hilfe der Fourier- bzw. Laplacetransformation. Beide Transformationen werden hier ausführlich behandelt, wobei es vor allem auf ihre ingenieurtechnische Interpretation ankommt. Als Modelle dynamischer Systeme werden der Frequenzgang und die Übertragungsfunktion eingeführt. Abschließend werden die Eigenschaften wichtiger Übertragungsglieder im Frequenzbereich untersucht.
Jan Lunze

Kapitel 7. Der Regelkreis

Zusammenfassung
Dieses Kapitel behandelt grundlegende Eigenschaften von Regelkreisen, wobei die erreichbare Regelgüte, notwendige Entwurfskompromisse sowie die Wahl der Reglerstruktur im Vordergrund stehen.
Jan Lunze

Kapitel 8. Stabilität rückgekoppelter Systeme

Zusammenfassung
Nach der Einführung der Stabilitätsbegriffe für dynamische Systeme beschäftigt sich dieses Kapitels mit der Stabilität rückgeführter Systeme mit einem Schwerpunkt auf dem Nyquistkriterium. Eine Erweiterung dieses Kriteriums führt zu Methoden zur Überprüfung der robusten Stabilität bei Modellunbestimmtheiten.
Jan Lunze

Kapitel 9. Entwurf einschleifiger Regelkreise

Zusammenfassung
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Entwurfsverfahren für einschleifige Regelkreise und behandelt Einstellregeln für die Bestimmung der Reglerparameter mit Hilfe experimentell ermittelter Übergangsfunktionen der Regelstrecke.
Jan Lunze

Kapitel 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

Kapitel 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 Güteforderungen ist.
Jan Lunze

Kapitel 12. Weitere Entwurfsverfahren

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden Entwurfsverfahren behandelt, bei denen das Regelstreckenmodell explizit im Regler enthalten ist.
Jan Lunze

Kapitel 13. Erweiterungen der Regelungsstruktur

Zusammenfassung
Die Wirkung von Regelungen kann wesentlich verbessert werden, wenn die Struktur des Regelkreises erweitert wird. Im Folgendenwerden „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

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