Regelungstechnik: Einführung in die Methoden und ihre Anwendung
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| Format: | Book |
|---|---|
| Language: | German |
| Published: |
Heidelberg
Hüthig
1992
|
| Edition: | 7. Aufl. |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Erg. u.d.T.: Regelungstechnik-Übungsbuch / Becker, Claus |
| Physical Description: | XIII, 633 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3778521365 |
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|---|---|
| adam_text | Otto Föllinger
Regelungstechnik
Einführung in die Methoden
und ihre Anwendung
unter Mitwirkung von
Frank Dörrscheidt und
Manfred Klittich
7 Auflage
Hüthig Buch Verlag Heidelberg
Inhaltsverzeichnis
1 Grundbegriffe der Regelungstechnik 1
1 1 Notwendigkeit der Regelung 1
1 2 Aufbau und Wirkungsweise einer Regelung 2
1 3 Beispiele von Regelungen 4
1 4 Regelung und Steuerung 7
1 5 Forderungen an die Regelung und Bearbei
tung einer Regelungsaufgabe 10
1 6 Erweiterung des Regelungsbegriffs und
Charakterisierung der Regelungstechnik 14
Schrifttum zu Kapitel 1 19
2 Das Strukturbild (Signalflußplan, Wirk
plan) als anschauliches Modell dynami
scher Systeme 21
2 1 Einführung des Strukturbildes 21
2 2 Aufstellen des Strukturbildes an Beispielen 25
221 Drehzahlregelung eines Gleichstromantriebs 25
222 Schüttgutregelung 29
223 Abflußregelung 30
2 3 Die Blöcke des Strukurbildes 33
231 Der Block als Übertragungsglied 33
232 Proportionalglied (P-Glied) 34
233 Integrierglied (1-Glied) 35
234 Differenzierglied (D-Glied) 36
235 Totzeitglied (Tt-Glied, TZ-Glied) 37
236 Summierglied (S-Glied) 37
237 Kennlinienglied (KL-Glied) 37
238 Multiplizierglied (M-Glied) 38
239 Elementare und zusammengesetzte Über
tragungsglieder 39
2 3 10 Verzögerungsglied 1 Ordnung (P-Tj-
Glied, VZj-Glied) 39
2 3 11 Verzögerungsglied 2 Ordnung (P-T2-
Glied, VZ2-Glied) 41
2 3 12 Kennlinienglied mit mehreren Eingangs
größen 45
2 3 13 Zusammenfassung 46
2 4 Klassifikation der Übertragungsglieder 46
241 Allgemeiner Begriff des Übertragungsglie
des 46
242 Lineare Übertragungsglieder 48
243 Rationale Übertragungsglieder (R-Glieder) 50
244 Totzeitsysteme (TZ-Systeme) 53
245 Differenzengleichungsglieder 54
246 Abtastsysteme 55
247 Lineare Differentialgleichungsglieder mit
zeitabhängigen Parametern 56
248 Einteilung der linearen Übertragungsglie
der in zeitinvariante und Zeitvariante
(LZI- und LZV-Glieder) 57
249 Übersichtsschema für die Übertragungs
glieder 60
2 5 Eigenschaften der linearen zeitinvarianten
Übertragungsglieder (LZI-Glieder) 60
251 Kenngrößen der LZI-Glieder 60
252 Sprungantwort von rationalen Übertra
gungsgliedern (R-Gliedern) 62
253 Sprungantwort von Totzeitsystemen (TZ-
Systemen 64
254 Sprungantwort von Differenzengleichungs
gliedern 66
2 6 Bestimmung des stationären Zustands aus
dem Strukturbild 66
2 7 Linearisierung um den Arbeitspunkt 70
2 8 Umformung des Strukturbildes 72
2 9 Experimentelle Bestimmung der System
parameter 77
291 Aufgabenstellung und Verfahrensübersicht 77
292 Bestimmung der Parameter von rationalen
Übertragungsgliedern 1 Ordnung 78
293 Bestimmung der Parameter des aperiodi
schen Verzögerungsgliedes 2 Ordnung---- 79
294 Approximation von Verzögerungsgliedern
höherer Ordnung 80
Schrifttum zu Kapitel 2 83
3 Aufstellen der Systemgleichungen 84
3 1 Gesamtsystem, Teilsysteme und Elemen
tarfunktionen 84
3 2 Mathematische Beschreibung einiger Bau
elemente 92
321 Bauelemente mechanischer Systeme 92
322 Die Gleichstrommaschine 97
323 Die Synchronmaschine 103
324 Hydraulischer Stellantrieb 116
325 Pneumatische Leitung 124
326 Praktische Modelle 128
Schrifttum zu Kapitel 3 133
IX
4 Analyse des Regelkreises 135
4 1 Gleichung des Regelkreises 135
4 2 Beispiele 136
4 3 Standardregelkreis 141
4 4 Eigenschaften des offenen Kreises 141
4 5 Stationäres Verhalten des Regelkreises 143
4 6 Definition der Stabilität 145
4 7 Grundlegendes Stabilitätskriterium 147
4 8 Frequenzgang 153
4 9 Ortskurve des offenen Kreises 155
4 10 Nyquist-Kriterium 158
4 10 1 Herleitung des Nyquist-Kriteriums 158
4 10 2 Spezielle Formen des Nyquist-Kriteriums 161
4 10 3 Beispiele zum Nyquist-Kriterium 163
4 11 Weitere Stabilitätskriterien 365
4 11 1 Argumentänderung von Polynomen und
Kriterium von Cremer-Leonhard 165
4 11 2 Vorzeichen der Koeffizienten der charakte
ristischen Gleichung und Lage der Null
stellen 166
4 11 3 Kriterium von Hurwitz 167
4 11 4 Kriterium von Routh 169
Schrifttum zu Kapitel 4 171
5 Frequenzkennlinien 172
5 1 Charakterisierung des Frequenzkennlinien
verfahrens 172
5 2 Definition der Frequenzkennlinien 173
5 3 Frequenzkennlinien einfacher Glieder 175
531 Proportionalglied (P-Glied) 175
532 Differenzierglied (D-Glied) 175
533 Verzögerungsglied 1 Ordnung (P-Tj-Glied,
VZj-Glied) 175
534 Verzögerungsglied 2 Ordnung (P-T2-Glied,
VZ2-Glied) 177
535 Totzeitglied (T^Glied, TZ-Glied) 179
5 4 Frequenzkennlinien des offenen Kreises 179
5 5 Frequenzkennlinien von geschlossenen
Wirkungskreisen 184
5 6 Nyquist-Kriterium in Frequenzkennlinien
darstellung 187
561 Formulierung und Beispiele 187
562 Herleitung 189
5 7 Minimalphasenglieder und Allpässe 192
5 8 Numerische Berechnung der Frequenzkenn
linien 196
Schrifttum zu Kapitel 5 199
6 Die Wurzelortskurve 200
6 1 ^Allgemeine Charakterisierung des Verfah
rens 200
6 2 Definition der Wurzelortskurve 201
6 3 Geometrische Eigenschaften der Wurzel
ortskurve 203
6 4 Herleitung der geometrischen Eigenschaf
ten der Wurzelortskurve 209
6 5 Analytische Darstellung der Wurzelorts
kurve 214
6 6 Wurzelortskurve und Zeitverhalten des
Regelkreises 216
6 7 Digitale Berechnung des Wurzelortes 221
671 o Prinzip des Verfahrens 222
672 Beschreibung der einzelnen Rechenschritte 222
Schrifttum zu Kapitel 6 225
7 Synthese (Entwurf) von Regelkreisen 226
7 1 Problemstellung 226
72 Forderungen an die Regelung 226
731 Grundsätzliche Struktur des Reglers 234
74^ Realisierungsprobleme und realistische Reg
lerstruktur: PI-, PID-und PD-Regler 235
7 5 Faustregeln für die Wahl der Reglerpara
meter und Beispiele 240
7 6 Anwendung des Frequenzkennlinienverfah-
7 7 Anwendung des Wurzelortsverfahrens ---- 248
7 8 Einstellregeln für die Reglerparameter---- 253
781 Parameteroptimierung mittels eines Güte-
^ maßes 253
782 c( Das Betragsoptimum 258
783V Das symmetrische Optimum 261
784 «; Einstellregeln nach Ziegler-Nichols 264
7 9 Kompensationsregler 266
7 10 / Synthese durch Veränderung der Rege-
^ lungsstruktur : 269
7 10 W Kaskadenregelung 270
7 10 2 Störgrößenaufschaltung 273
X
7 11 Analoge Realisierung des Reglers 274
7 12 Digitale Realisierung des Reglers 277
Schrifttum zu Kapitel 7 282
8 Anwendung der Entwurfsverfahren 284
8 1 Erarbeiten der Aufgabenstellung 284
8 2 Drehmomentregelung einer Pendelmaschine 288
821 Aufgabenstellung 288
822 Das mathematische Modell des Regelkrei
ses 290
823 Die Frequenzkennlinien der Regelstrecke 293
824^ Der Entwurf des Reglers 296
825x Entwurfsvarianten 298
v
8 3 Realisierung des Regelungssystems 301
831 Konzept und Wirklichkeit 301
832 Analoge Realisierung des Reglers 301
833 Digitale Realisierung der Korrekturglieder 306
834 Begrenzung des digitalen PI-Reglers 308
835 Einfluß der digitalen Reglerrealisierung
auf den Reglerentwurf 311
836 Einbinden der Regelung in das gesamte
Automatisierungssystem 313
8 4 Polradwinkelregelung eines Synchrongene
rators 316
841 Regelung bei der elektrischen Energieer-
zeugung 316
842 Mathematische Beschreibung der Anlage 318
843 Linearisierung der Struktur der Regel
strecke 319
844 Reglerentwurf mit dem Frequenzkennli
nienverfahren 323
845 ,; Reglerentwurf mit dem Wurzelortsverfah
ren 326
8 5 Verstellpropeller - Regelung für einen
Schiffsantrieb 329
851 Aufbau des Regelungssystems 329
852 Mathematische Beschreibung der Regel
strecke 330
853 Linearisierung 334
854 Reglerentwürfe 336
855 Überprüfung des Entwurfs durch Simula
tion 343
8 6 Stabilisierte Plattform mit hydraulischen
Antrieben 345
861 Aufgabenstellung 345
862 Das mathematische Modell 345
863 Linearisieren der Regelstrecke 348
864 Frequenzkennlinien der Regelstrecke 350
865 Der Druckregelkreis 353
866 Der Winkelregelkreis 355
8 7 Druckregelung einer Gasleitung 358
871 Beschreibung des Regelungssystems 358
872 Frequenzkennlinien und Übergangsfunk
tionen der linearisierten Regelstrecke 359
873 Entwurf des Druckregelkreises 361
Schrifttum zu Kapitel 8 363
9 Mehrfachregelungen 365
9 1 Struktur gekoppelter Systeme 365
9 2 Synthese von Mehrfachregelungen durch
Entkopplung 370
9 3 Stabilität von Mehrfachregelungen 377
Schrifttum zu Kapitel 9 378
10 Beispiel zur Mehrfachregelung: Lagerege
lung eines Mehrmotorenantriebs 379
10 1 Allgemeine Struktur 379
10 2 Beschreibung der Anlage 380
10 3 Die Getriebeverspannung 381
10 4 Drehzahlregelung bei Mehrmaschinenan
trieben 382
10 5 Überprüfung des Entwurfs durch Simula
tion 384
11 Beschreibung dynamischer Systeme mit
Hilfe von Zustandsvariablen (Zustandsgrö
ßen) 387
11 1 Frequenzbereichs- und Zustandsmethodik 387
11 2 Einführung von Zustandsvariablen (Zu
standsgrößen) 388
11 3 Aufstellen der Zustandsgleichungen aus
Differentialgleichungen höherer Ordnung 393
11 4 Aufstellen der Zustandsgleichungen aus
der komplexen Übertragungsgleichung — 396
11 4 1 Regelungsnormalform der Zustandsglei
chungen 396
11 4 2 Beobachtungsnormalform der Zustands
gleichungen 398
11 4 3 Jordansche Normalform der Zustandsglei
chungen 398
11 5 Aufstellen der Zustandsgleichungen aus
dem Strukturbild 401
v
XI
11 6 Allgemeine Form der Zustandsgleichungen
eines linearen Systems 403
11 7 Linearisierung nichtlinearer Systeme um
einen stationären Zustand 405
11 8 Ortsdiskretisierung partieller Differential
gleichungen 407
11 9 Berücksichtigung von Totzeit 411
Schrifttum zu Kapitel 11 414
12 Analyse linearer und zeitinvarianter Sy
steme im Zustandsraum 416
12 1 Transformation auf Normalform 416
12 1 1 Transformation auf Jordansche Normal
form 416
12 1 2 Transformation auf Regelungsnormalform 419
12 1 3 Transformation auf Beobachtungsnormal
form 422
12 2 Lösung der Zustandgleichungen 423
12 2 1 Matrizen-e-Funktion 424
12 2 2 Lösung der Zustandsgleichungen mittels
der Transitionsmatrix 425
12 2 3 Lösung der homogenen Zustandsdifferen
tialgleichung mittels Eigenwerten und
Eigenvektoren 430
12 2 4 Anwendung der Laplace-Transformation 433
12 2 5 Numerische Lösung der Zustandsglei
chungen 437
12 3 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit 442
12 3 1 Definitionen 442
12 3 2 Kalmansches Kriterium der Steuerbarkeit 445
12 3 3 Steuerbarkeitskriterium nach Gilbert ___ 447
12 3 4 Steuerbarkeitskriterium nach Hautus ___ 449
12 3 5 Kriterien der Beobachtbarkeit 450
12 3 6 Anschauliche Deutung der Steuerbarkeit
und Beobachtbarkeit 451
12 4 Stabilität 452
12 5 Dominazmaß von Eigenwerten 455
12 6 Numerische Berechnung von Frequenz
kennlinien aus der Zustandsdarstellung 460
Schrifttum zu Kapitel 12 462
13 Entwurf vollständiger Zustandsrückfüh
rungen 464
13 1 Struktur einer Zustandsregelung und Pro
blematik 464
13 2 Wahl des Vorfilters 467
Reglerentwurf durch Polvorgabe (Eigen
wert vorgabe) 468
Grundgedanke 468
Polvorgabe bei Eingrößensystemen: For
mel von J Ackermann 470
Eine praktikable Methode zur Polvorgabe
bei Mehrgrößensystemen: Modale Regelung 474
Reglerentwurf durch Minimieren eines
quadratischen Gütemaßes: Riccati-Regler
Grundgedanke
Quadratisches Gütemaß und Ljapunow-
Gleichung
Berechnung des optimalen Reglers
Beispiele und Bewertung des Verfahrens
Numerische Lösung der Ljapunow- und
Riccati-Gleichung
Ein Entwurf auf Führungsverhalten: Ent
kopplung nach Falb - Wolovich
Begriff der Differenzordnung
Durchführung der Entkopplung
Anwendung des Verfahrens
Allgemeine Zustandsreglerformel von G
Roppenecker und die Methode der Voll
ständigen Modalen Synthese 496
Zustandsbeobachter 501
Struktur des Luenberger-Beobachters ---- 501
Bestimmung der Beobachterparameier 502
Beobachterentwurf mittels komplexer
Übertragungsfunktionen 505
Beobachter reduzierter Ordnung (redu
zierter Beobachter) 508
Querverbindung zum Kalman-Filter 511
Der Beobachter im Regelkreis 513
Berücksichtigung von Störgrößen 517
Störgrößenaufschaltung und Störmodell 518
Pl-Zustandsregler 521
Schrifttum zu Kapitel 13 525
14 Entwurf von Ausgangsrückführungen ----- 527
14 1 Problemstellung 527
14 2 Ausgangsrückführung mit Vorsteuerung 529
14 3 Konstante und dynamische Ausgangsrück
führung 530
14 4 Entwurf von Ausgangsrückführungen
durch Approximation des Steuervektors
einer vollständigen Zustandsrückführung 533
xa
14 4 1 Mathematische Vorbemerkung: Lösung ei
nes Extremalproblems mit Nebenbedin
gungen 533
14 4 2 Durchführung des Entwurfs 535
14 4 3 Anwendungsbeispiel: Hinterachsprüfstand
für Lastkraftwagen 537
14 5 Entwurf von Ausgangsrückführungen mit
tels der Vollständigen Modalen Synthese 539
14 5 1 Grundgedanke 539
14 5 2 Gradientenformeln 541
14 5 3 Anwendungsbeispiel: Dampferzeuger 542
14 5 4 Erste Erweiterung des Verfahrens: Vor
gabe von Eigenwertbereichen statt fester
Eigenwertpositionen 545
14 5 5 Zweite Erweiterung des Verfahrens: Hin
zunahme zusätzlicher Gütemaße 547
14 6 Entwurf von Ausgangsrückführungen nach
Riccati-Art 550
14 7 Direkte Methode zum Entwurf von Aus
gangsrückführungen durch Polvorgabe---- 551
14 7 1 Prinzip der Methode 551
14 7 2 Stützstellenvorgabe statt Polvorgabe 553
14 7 3 Spezialfall des Eingrößensystems 555
14 7 4 Kombination der Direkten Methode zur
Polvorgabe mit der Festlegung von Para
metervektoren 557
14 7 5 Anwendungsbeispiel: Kraftfahrzeugmoter 559
Schrifttum zu Kapitel 14 563
15 Entwurf robuster Regelungen 565
15 1 Robustheit von Regelungen 565
15 2 Robustheitsentwurf mittels Straffunklionen 568
15 2 1 Beschreibung der Methode 568
15 2 2 Gradientenformeln mittels der Polemp
findlichkeit 570
15 2 3 Beispiel: Verladebrücke 572
15 3 Robustheitsentwurf mittels der Vollstän
digen Modalen Synthese 575
15 3 1 Beschreibung des Verfahrens 575
15 3 2 Anwendungsbeispiel: Spurgeführter Omni
bus 577
Schrifttum zu Kapitel 15 583
16 Vereinfachung großer Systemmodelle durch
Ordnungsreduktion 584
16 1 Problemstellung 584
16 2 Modale Ordnungsreduktion nach L Litz 585
16 2 1 Konstruktion des reduzierten Modells ___ 585
16 2 2 Näherungsweise Rekonstruktion der nicht
dominanten Modalkoordinaten 587
16 2 3 Anwendungsbeispiel: Hinterachsprüfstand
für Lastkraftwagen 588
16 3 Ordnungsreduktion durch Minimieren eines
Gleichungsfehlers nach E Eitelberg 590
16 3 1 Grundgedanke 590
16 3 2 Durchführung der Methode 590
16 3 3 Anwendungsbeispiel : Dreistoff-Destilla
tionskolonne 592
16 4 Verwendung der Ordnungsreduktion 594
Schrifttum zu Kapitel 16 595
17 Mathematischer Anhang 597
17 1 Elemente der Laplace-Transformation---- 597
17 1 1 Das Laplace-Integral 597
17 1 2 Die Laplace-Transformation 597
17 1 3 Rechnen mit ^-Funktionen 598
17 1 4 Rechenregeln der Laplace-Transformation 600
17 1 5 Lösung von Differentialgleichungen 602
17 1 6 Fourier-Integral und Parseval-Theorem 604
17 2 Residuum und Residuensatz bei rationalen
Funktionen 604
17 3 Matrizenrechnung 605
17 3 1 Lineare Abhängigkeit und Unabhängigkeit
von Vektoren 605
17 3 2 Grundregeln der Matrizenrechnung 605
17 3 3 Inverse Matrix 608
17 3 4 Rang einer Matrix 608
17 3 5 Determinanten 609
17 3 6 Lineare Gleichungen 610
17 3 7 Eigenwerte und Eigenvektoren 612
17 3 8 Symmetrische Matrizen 613
17 3 9 Spur einer Matrix 614
17 3 10 Die Moore-Penrosesche Pseudo-Inverse 615
17 3 11 Matrix-Analysis 617
17 4 Gütevektoroptirnierung 619
17 4 1 Problemstellung der Mehrzieloptimierung 619
17 4 2 Verfahren der Gütevektoroptirnierung nach
G Kreisselmeier und R Steinhäuser 621
17 4 3 Analytische Approximation der Maximum
funktion a(i) 622
Schrifttum zu Kapitel 17 623
Sachwortverzeichnis 625
XIII
|
| any_adam_object | 1 |
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| building | Verbundindex |
| bvnumber | BV004786651 |
| classification_rvk | ZQ 5000 |
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| discipline | Mess-/Steuerungs-/Regelungs-/Automatisierungstechnik Mess-/Steuerungs-/Regelungs-/Automatisierungstechnik / Mechatronik |
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