2008 | Buch

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Regelungstechnik 1

Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen

verfasst von: Jan Lunze

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Springer-Lehrbuch

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

Inhaltsverzeichnis

Über dieses Buch

Diese erfolgreiche Einführung in die Regelungstechnik zeichnet sich durch ihre Didaktik, die Stoffauswahl und die inhaltlichen Schwerpunkte aus. Der Autor konzentriert seine Darstellung auf ein tiefgründiges Verständnis dynamischer Systeme und Regelungsvorgänge; er beginnt mit Zeitbereichsbetrachtungen im Zustandsraum und geht erst danach zur Frequenzbereichsdarstellung über.

Praktische Beispiele aus Elektrotechnik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Verkehrstechnik illustrieren die Anwendung der behandelten Methoden und zeigen den fachübergreifenden Charakter der Regelungstechnik. Die Einführung in MATLAB (Release R2008a) stellt den Anschluss an die rechnergestützte Arbeitsweise von Ingenieuren her. Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen dienen der Vertiefung des Lehrstoffs.

Neu in der 7. Auflage: die Beschreibung von MATLAB-Funktionen für Projektaufgaben sowie die Darstellung der Entwurfsverfahren.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einführung

1. Zielstellung und theoretische Grundlagen der Regelungstechnik

Zusammenfassung

Dieses Kapitel beschreibt die Zielstellung der Regelungstechnik und gibt eine Übersicht über die in beiden Bänden dieses Lehrbuches behandelten Themen.

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.

Modellbildung und Systemanalyse

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 Signalflussgrafen als alternative Beschreibungsform eingegangen.

4. Beschreibung linearer Systeme im Zeitbereich

Zusammenfassung

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

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.

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.

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.

8. Stabilität rückgekoppelter Systeme

Zusammenfassung

Nach der Einführung des Stabilitätsbegriffs dynamischer Systeme beschäftigt sich dieses Kapitels mit der Stabilität rückgeführter Systeme, wobei ausführlich das Nyquistkriterium behandelt wird. Es wird dann eine Erweiterung dieses Kriteriums zur Überprüfung der robusten Stabilität angegeben.

Entwurf einschleifiger Regelkreise

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.

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.

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.

12. Weitere Entwurfsverfahren

Zusammenfassung

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

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.

Backmatter

Titel: Regelungstechnik 1
verfasst von: Jan Lunze
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-540-68909-6
Print ISBN: 978-3-540-68907-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-68909-6