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2024 | Buch

Sampled-Data-Regelung für periodische Objekte

verfasst von: Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow

Verlag: Springer Nature Switzerland

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Über dieses Buch

Dieses Buch widmet sich dem Problem der Sampled-Data-Regelung endlich-dimensionaler linearer kontinuierlicher periodischer Objekte (FDLCP). Es füllt eine Forschungslücke bei der Behandlung dieses wichtigen Themas. Die hier vorgestellten Methoden basieren auf der parametrischen Übertragungsmatrix, die sich bei der Untersuchung von Sampled-Data-Systemen mit linearen zeitinvarianten Objekten bewährt hat. Das Buch zeigt, dass dieses Konzept erfolgreich auf Sampled-Data-Systeme mit FDLCP-Objekten übertragen werden kann. Es ist in fünf Teile gegliedert:

eine Einführung in den Frequenzansatz zur mathematischen Beschreibung von FDLCP-Objekten einschließlich der Bestimmung ihrer Struktur und ihrer Darstellung als Reihenschaltung von periodischen Modulatoren und einem linearen zeitinvarianten Objekt; die Konstruktion der parametrischen Übertragungsmatrix für verschiedene Arten von offenen und geschlossenen Abtastsystemen mit FDLCP-Objekten; die Lösung vonProblemen der kausalen modalen Steuerung von FDLCP-Objekten auf der Grundlage des mathematischen Apparats der determinierten Polynomgleichungen; die Betrachtung des Problems der Konstruktion eines quadratischen Qualitätsfunktionals für das H2-Optimierungsproblem eines einschleifigen synchronen Sampled-Data-Systems mit Totzeit in der Stellgröße; Beschreibung des allgemeinen H2-Optimierungsverfahrens.

Das notwendige mathematische Referenzmaterial ist an den relevanten Stellen des Buches enthalten.

Sampled-Data-Regelung für periodische Objekte richtet sich an Wissenschaftler und Ingenieure, die sich mit der Erforschung und dem Entwurf von Systemen mit FDLCP-Objekten befassen, an Doktoranden, die ihre Kompetenzen erweitern wollen, an ihre Dozenten und an Mathematiker, die auf dem Gebiet der Regelungstheorie arbeiten.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Der Frequenzansatz zur mathematischen Beschreibung linearer periodischer Objekte

Frontmatter
Kapitel 1. Diskrete Transformationen von kontinuierlichen Argumentfunktionen und Operatorbeschreibung linearer zeitinvarianter Systeme
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden, basierend auf dem mathematischen Apparat der diskreten Laplace-Transformation einer kontinuierlichen Argumentfunktion, die Eigenschaften von mehrdimensionalen linearen zeitinvarianten (LTI) Systemen, die für die weitere Darstellung notwendig sind, diskutiert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 2. Zustandsraumanalyse von endlichdimensionalen linearen kontinuierlichen periodischen Objekten
Zusammenfassung
Dieses Kapitel erweitert die Ergebnisse von Kap. 1 auf endlichdimensionale lineare kontinuierliche periodische Objekte.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 3. Die Frequenzmethode in der Theorie der periodischen Objekte
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das Konzept der parametrischen Transfermatrix (PTM) eingeführt und auf der Grundlage der Operatorbeschreibung eines FDLCP-Objekts erläutert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 4. Die Floquet-Lyapunov-Zerlegung und ihre Anwendung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das Konzept der Floquet–Lyapunov-Transformation eingeführt, und darauf basierend wird die Floquet–Lyapunov-Zerlegung entwickelt. Die Floquet–Lyapunov-Zerlegung, die im Folgenden systematisch verwendet wird, bildet die Struktur eines mehrdimensionalen FDLCP-Objekts als eine Reihenschaltung von trägheitsfreien periodischen Verstärkungsblöcken und einem LTI-Objekt ab.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow

Der parametrische Übertragungsmatrix-Ansatz für Sampled-Data-Systeme mit periodischen Objekten

Kapitel 5. Open-loop Sampled-Data-System mit periodischem Objekt
Zusammenfassung
Das Kapitel ist der PTM-Berechnung von Open-Loop-SD-Systemen mit einem FDLCP-Objekt gewidmet. Zunächst wird der synchrone Fall analysiert, bei dem die Abtastzeit des Reglers mit der Periode des FDLCP-Objekts übereinstimmt. Danach wird der asynchrone Fall betrachtet, bei dem diese Voraussetzung nicht erfüllt ist.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 6. Open-Loop-Sampled-Data-System mit periodischem Objekt und Totzeit
Zusammenfassung
An dieser Stelle werden die Ergebnisse aus Kap. 5 auf Open-Loop-SD-Systeme mit Totzeit erweitert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 7. Closed-Loop-Sampled-Data-System mit periodischem Objekt und Totzeit
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das PTM des Closed-Loop-SD-Systems mit einem FDLCP-Objekt und Totzeit konstruiert. Sowohl synchrone als auch asynchrone Fälle werden berücksichtigt.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow

Modale Sampled-Data-Regelung und Sampled-Data-Stabilisierung periodischer Objekte

Frontmatter
Kapitel 8. Polynommatrizen
Zusammenfassung
Das Kapitel beschreibt allgemeine Eigenschaften von Polynommatrizen, die in späteren Kapiteln verwendet werden. Das Kapitel enthält hauptsächlich bekanntes Material, das in einer für die Zwecke dieses Buches angepassten Form präsentiert wird.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 9. Rationalmatrizen
Zusammenfassung
Das Kapitel beschreibt die allgemeinen Eigenschaften rationaler Matrizen. Neben bekannten Ergebnissen enthält das Kapitel zusätzliche Informationen, die für die weitere Darstellung notwendig sind.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 10. Determinantenpolynomgleichungen, kausale modale Regelung und Stabilisierung diskreter Systeme
Zusammenfassung
Das Kapitel beschreibt den mathematischen Apparat der Determinantenpolynomgleichungen und diskutiert deren Anwendung zur Lösung der Probleme der modalen Regelung und Stabilisierung von mehrdimensionalen diskreten Systemen.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 11. Synchrone Sampled-Data-Stabilisierung periodischer Objekte
Zusammenfassung
Dieses Kapitel behandelt das Problem der synchronen SD-Stabilisierung von FDLCP-Objekten. Neben dem einfachen Fall werden ein SD-System mit LTI-Vorfilter und ein System mit Totzeit betrachtet.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 12. Asynchrone Sampled-Data-Stabilisierung periodischer Objekte
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse des vorherigen Kapitels auf verschiedene Varianten der asynchronen SD-Stabilisierung erweitert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow

Erstellung des Gütefunktionals für die H2-Optimierungsaufgabe des Sampled-Data-Systems

Kapitel 13. Allgemeine Eigenschaften der parametrischen Übertragungsmatrix des Open-Loop Sampled-Data-Systems
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Eigenschaften der PTM \(W_{yx}^0(s,t)\) für ein synchrones Open-Loop-SD-System mit Totzeit als Funktion des Arguments s untersucht. Es wird gezeigt, dass für jedes t die entsprechende PTM eine meromorphe Funktion des Arguments s ist, deren Pole nicht von der Zeit abhängen.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 14. Parametrische Übertragungsmatrix des Closed-Loop-Sampled-Data-Systems als Funktion des Arguments s
Zusammenfassung
Das Kapitel behandelt die Eigenschaften der PTM \(W_{yx}(s,t)\) für das synchrone geschlossene SD-System mit Totzeit als Funktion des Arguments s. Es wird bewiesen, dass die entsprechende PTM \(W_{yx}(s,t)\) eine meromorphe Funktion des Arguments s ist, deren Pole die Wurzeln der zeitunabhängigen charakteristischen Funktion sind.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 15. Berechnung der Matrizen , ,
Zusammenfassung
Dieses Kapitel behandelt die Berechnung der Hilfsfunktionen \({v_0}(s)\), \({\xi _0}(s)\), \({\psi _0}(s)\), die benötigt werden, um das Gütefunktional für das closed-loop SD-System mit FDLCP-Objekt zu formulieren.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 16. Systemfunktion
Zusammenfassung
Das Kapitel formuliert das Konzept der Systemfunktion \(\varTheta (\zeta )\) und gibt notwendige und hinreichende Bedingungen für die Stabilität des closed-loop synchronen SD-Systems \(\mathscr {S}_\tau\) mit Steuerverzögerung an, ausgedrückt in Form der Matrix \(\varTheta (\zeta )\).
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 17. Darstellung der parametrischen Übertragungsmatrix des Systems durch die Systemfunktion
Zusammenfassung
In diesem Kapitel konstruieren wir eine PTM-Darstellung des Systems \(\mathscr{S}_\tau\), die linear in Bezug auf die Systemfunktion \(\varTheta (\zeta )\) ist.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 18. -Norm des Closed-Loop-Sampled-Data-Systems
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird eine Integralrepräsentation der \(H_2\)-Norm des Systems \(\mathscr {S}_\tau\) durch sein PTM konstruiert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 19. Konstruktion des Gütefunktionals
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das \(H_2\)-Optimierungsproblem für das System \(\mathscr {S}_\tau\) auf ein Minimierungsproblem für ein quadratisches Funktional in Bezug auf die Systemfunktion reduziert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow

H2-Optimierung des Closed-Loop-Sampled-Data-Systems

Kapitel 20. Skalar- und Matrix-Quasipolynome
Zusammenfassung
Das Kapitel enthält bekanntes Material über die Eigenschaften von skalaren und multidimensionalen Quasipolynomen, die zur Lösung des \(H_2\)-Optimierungsproblems benötigt werden.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 21. Minimierung eines quadratischen Funktionals auf dem Einheitskreis
Zusammenfassung
Das Kapitel beschreibt ein bekanntes Verfahren zur Minimierung eines quadratischen Funktionals auf dem Einheitskreis.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 22. Konstruktion der Matrix η(s,t)
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden technische Details der vorbereitenden Berechnungen zur die Konstruktion des Gütefunktionals diskutiert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 23. Konstruktion der Matrix
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden weitere vorbereitende Berechnungen für die Konstruktion der Gütefunktion vorgestellt.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 24. Transformation des Gütefunktionals
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die zu minimierende Gütefunktion in die Form eines integralen quadratischen Funktionals auf dem Einheitskreis reduziert.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Kapitel 25. H2-Optimierung des Systems
Zusammenfassung
Das Kapitel beschreibt das allgemeine Verfahren für die \(H_2\)-Optimierung des Systems \(\mathscr {S}_\tau\) und liefert ein Beispiel für die Lösung des \(H_2\)-Optimierungsproblems für ein FDLCP-Objekt erster Ordnung.
Efim N. Rosenwasser, Torsten Jeinsch, Wolfgang Drewelow
Backmatter
Metadaten
Titel
Sampled-Data-Regelung für periodische Objekte
verfasst von
Efim N. Rosenwasser
Torsten Jeinsch
Wolfgang Drewelow
Copyright-Jahr
2024
Electronic ISBN
978-3-031-74109-8
Print ISBN
978-3-031-74108-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-74109-8