Automatisierungstechnik: Methoden für die Überwachung und Steuerung kontinuierlicher und ereignisdiskreter Systeme ; mit 93 Anwendungsbeispielen und 99 Übungsaufgaben
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Oldenbourg
2012
|
| Ausgabe: | 3., überarb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXVI, 667 S. Ill., graph. Darst., Kt. 25 cm |
| ISBN: | 9783486712667 |
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS
VERZEICHNIS DER ANWENDUNGSBEISPIELE XVII
HINWEISE ZUM GEBRAUCH DES BUCHES XXV
TEIL 1: EINFUEHRUNG
1 ZIELE UND AUFGABEN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK 1
1.1 ZIELE DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK 1
1.2 ANWENDUNGSBEISPIELE 4
1.2.1 PROZESSAUTOMATISIERUNG 4
1.2.2 FERTIGUNGSAUTOMATISIERUNG 9
1.2.3 GEBAEUDEAUTOMATISIERUNG 10
1.2.4 UEBERWACHUNG UND STEUERUNG VON ENERGIESYSTEMEN 11
1.2.5 AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IN FAHRZEUGEN 12
1.2.6 UEBERWACHUNG UND STEUERUNG DES FLUGVERKEHRS 14
1.2.7 AUTOMATISIERUNGSAUFGABEN IN DER INFORMATIONS- UND
KOMMUNIKATIONSTECHNIK 15
1.2.8 ZUSAMMENFASSUNG: NOTWENDIGKEIT DER AUTOMATISIERUNG TECHNISCHER
SYSTEME 16
1.3 GRUNDSTRUKTUR AUTOMATISIERTER SYSTEME 18
1.3.1 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN DER AUTOMATISIERUNGSEINRICHTUNG UND DEM ZU
AUTOMATISIERENDEN PROZESS 18
1.3.2 DAS RUECKKOPPLUNGSPRINZIP 19
1.3.3 DIE ROLLE DES MENSCHEN IN AUTOMATISIERTEN SYSTEMEN 20
1.3.4 SPEZIELLE KLASSEN AUTOMATISIERTER SYSTEME 21
1.4 AUTOMATISIERUNGSAUFGABEN 23
1.4.1 MODELLBILDUNG DYNAMISCHER SYSTEME 23
1.4.2 VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS 26
1.4.3 PLANUNG VON STEUEREINGRIFFEN 27
1.4.4 ZUSTANDSBEOBACHTUNG 28
1.4.5 PROZESSDIAGNOSE 28
1.4.6 REGELUNG UND STEUERUNG 29
1.4.7 KOMBINATION VON AUTOMATISIERUNGSFUNKTIONEN 32
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IMAGE 2
X
INHALTSVERZEICHNIS
1.4.8 AUTOMATISIERUNGSHIERARCHIE 34
1.5 REALISIERUNG VON AUTOMATISIERUNGSEINRICHTUNGEN 37
1.5.1 METHODEN UND GERAETE 37
1.5.2 LOESUNGSWEG FUER AUTOMATISIERUNGSAUFGABEN 39
1.5.3 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK UND ANGRENZENDEN
FACHDISZIPLINEN 40
LITERATURHINWEISE 41
2 GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN DYNAMISCHER SYSTEME 43
2.1 GRUNDBEGRIFFE DER SYSTEMTHEORIE 43
2.1.1 SIGNAL, PROZESS, SYSTEM 43
2.1.2 KONTINUIERLICHE UND DISKRETE SIGNALE UND SYSTEME 45
2.1.3 STATISCHE UND DYNAMISCHE SYSTEME 48
2.1.4 AUTONOME UND GESTEUERTE SYSTEME 50
2.1.5 GEMEINSAMKEITEN UND UNTERSCHIEDE KONTINUIERLICHER UND DISKRETER
SYSTEME 50
2.2 BLOCKSCHALTBILD UND SIGNALFLUSSGRAF 52
2.2.1 STRUKTUR DYNAMISCHER SYSTEME 52
2.2.2 BLOCKSCHALTBILD 53
2.2.3 SIGNALFLUSSGRAF 60
2.3 DEKOMPOSITION UND AGGREGATION VON SYSTEMEN 61
2.4 KOPPLUNGSANALYSE 63
2.5 STEUERUNGEN IN DER OFFENEN WIRKUNGSKETTE UND IM GESCHLOSSENEN KREIS
69 LITERATURHINWEISE 77
TEIL 2: AUTOMATISIERUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME
3 BESCHREIBUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME 79
3.1 MODELLBILDUNGSAUFGABE 79
3.2 SYSTEMBESCHREIBUNG DURCH LINEARE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN 80
3.3 ZUSTANDSRAUMMODELL LINEARER SYSTEME 85
3.3.1 ZUSTANDSGIEICHUNG UND AUSGABEGLEICHUNG 85
3.3.2 ZUSTANDSBEGRIFF 88
3.3.3 NORMIERUNG DER SIGNALE UND PARAMETER 90
3.3.4 BLOCKSCHALTBILD UND SIGNALFLUSSGRAF DES ZUSTANDSRAUMMODELLS 93
3.3.5 ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG VON MEHRGROESSENSYSTEMEN 94
3.3.6 GLEICHGEWICHTSZUSTAND LINEARER SYSTEME 95
3.4 ZUSTANDSRAUMMODELL NICHTLINEARER SYSTEME 97
3.5 LINEARISIERUNG 108
3.6 KOMPOSITIONALE MODELLBILDUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME 112
LITERATURHINWEISE 117
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS XI
4 VERHALTEN KONTINUIERLICHER SYSTEME 119
4.1 VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS 119
4.2 VERHALTEN LINEARER SYSTEME 120
4.2.1 LOESUNG DER ZUSTANDSGIEICHUNG 120
4.2.2 BERECHNUNG DER AUSGANGSGROESSE 123
4.2.3 ANMERKUNGEN ZUM ZUSTANDSBEGRIFF 128
4.2.4 BEWEGUNGSGLEICHUNG IN KANONISCHER FORM 132
4.2.5 UEBERGANGSFUNKTION 137
4.2.6 BERECHNUNG DER MATRIXEXPONENTIALFUNKTION 139
4.3 VERHALTEN NICHTLINEARER SYSTEME 140
4.3.1 LOESUNG DER NICHTLINEAREN MODELLGLEICHUNGEN 140
4.3.2 RECHNERGESTUETZTE ANALYSE NICHTLINEARER SYSTEME 142
4.4 KENN WERTERMITTLUNG 146
LITERATURHINWEISE 149
5 STEUERBARKEIT UND BEOBACHTBARKEIT 151
5.1 DEFINITION DER STEUERBARKEIT UND DER BEOBACHTBARKEIT 151
5.2 STEUERBARKEIT LINEARER SYSTEME 153
5.2.1 STEUERBARKEITSKRITERIUM 153
5.2.2 EIGENSCHAFTEN VOLLSTAENDIG STEUERBARER SYSTEME 154
5.3 BEOBACHTBARKEIT LINEARER SYSTEME 159
5.3.1 BEOBACHTBARKEITSKRITERIUM 159
5.3.2 BERECHNUNG DES ANFANGSZUSTANDS AUS N MESSWERTEN 161
5.3.3 BESTIMMUNG DES ANFANGSZUSTANDS MIT HILFE DER GRAMSCHEN
BEOBACHTBARKEITSMATRIX 162
5.4 STRUKTURELLE STEUERBARKEIT UND STRUKTURELLE BEOBACHTBARKEIT 165
5.4.1 STRUKTURGRAF 165
5.4.2 DEFINITION UND KRITERIEN FUER DIE STRUKTURELLE STEUERBARKEIT UND
STRUKTURELLE BEOBACHTBARKEIT 166
5.4.3 STRUKTURELLE ANALYSE NICHTLINEARER SYSTEME 171
5.5 SYSTEMZERLEGUNG ENTSPRECHEND DEN STEUERBARKEITS- UND
BEOBACHTBARKEITSEIGENSCHAFTEN 172
LITERATURHINWEISE 176
6 STABILITAET 177
6.1 STABILITAETSDEFINITION 177
6.2 STABILITAETSANALYSE LINEARER SYSTEME 180
6.2.1 STABILITAETSANALYSE ANHAND DER EIGENWERTE DER SYSTEMMATRIX 180
6.2.2 HURWITZKRITERIUM 183
6.3 STABILITAETSANALYSE NICHTLINEARER SYSTEME 186
6.3.1 LOESUNGSWEGE 186
6.3.2 STABILITAETSPRUEFUNG MIT DEM LINEARISIERTEN MODELL 188
6.3.3 DIREKTE METHODE VON LJAPUNOW 191
6.3.4 ANWENDUNG DER DIREKTEN METHODE AUF LINEARE SYSTEME 196
6.4 STABILITAET VON REGELKREISEN 199
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
6.4.1 STABILITAET DER REGELSTRECKE UND DES REGELKREISES 199
6.4.2 ROBUSTE STABILITAET 202
6.5 AUSBLICK: WEITERE VERFAHREN FUER DIE STABILITAETSPRUEFUNG 204
LITERATURHINWEISE 205
7 EINSCHLEIFIGE REGELKREISE 207
7.1 REGELUNGSAUFGABE FUER KONTINUIERLICHE SYSTEME 207
7.2 MODELL DES STANDARDREGELKREISES 210
7.2.1 LINEARER REGELKREIS 210
7.2.2 NICHTLINEARER REGELKREIS 213
7.3 WICHTIGE EIGENSCHAFTEN VON REGELKREISEN 215
7.3.1 STOERKOMPENSATION UND SOLLWERTFOLGE 215
7.3.2 ERREICHBARE REGELGUETE 223
7.3.3 ROBUSTHEIT 226
7.4 REGLERTYPEN 230
7.4.1 PID-REGLER 230
7.4.2 WEITERE REGLERKOMPONENTEN 233
LITERATURHINWEISE 235
8 EINSTELLREGELN FUER PID-REGLER 237
8.1 ENTWURFSSCHRITTE 237
8.2 EINSTELLREGELN FUER PID-REGLER 239
8.3 ROBUSTE PI-REGELUNG 246
8.3.1 GEGENKOPPLUNGSBEDINGUNG FUER I-REGLER 246
8.3.2 REGLEREINSTELLUNG 249
8.3.3 ERWEITERUNG AUF PI-REGLER 251
8.4 AUSBLICK: VERFAHREN FUER DEN REGLERENTWURF 256
LITERATURHINWEISE 257
9 ZUSTANDSBEOBACHTUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME 259
9.1 BEOBACHTUNGSAUFGABE * 259
9.2 LUENBERGERBEOBACHTER 261
9.2.1 GRUNDIDEE 261
9.2.2 BEOBACHTERSTRUKTUR 263
9.2.3 WAHL DER BEOBACHTERRUECKFUEHRUNG 264
9.2.4 VERHALTEN DES BEOBACHTERS BEI STOERUNGEN UND
MODELLUNSICHERHEITEN. 270 9.3 BEOBACHTER FUER NICHTLINEARE SYSTEME 277
9.4 ANWENDUNGEN DER ZUSTANDSBEOBACHTUNG 278
9.4.1 BEOBACHTUNG EINES TEILSYSTEMS 278
9.4.2 ONLINE-VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS 279
9.4.3 REGELUNG UNTER VERWENDUNG EINER BEOBACHTETEN REGELGROESSE 281
LITERATURHINWEISE 283
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XIII
10 DIAGNOSE KONTINUIERLICHER SYSTEME 285
10.1 DIAGNOSEAUFGABE UND LOESUNGSWEGE 285
10.1.1 DIAGNOSEAUFGABE 285
10.1.2 DIAGNOSESCHRITTE 287
10.1.3 SIGNALBASIERTE UND MODELLBASIERTE DIAGNOSE 288
10.1.4 MODELLE DES FEHLERFREIEN UND DES FEHLERHAFTEN SYSTEMS 290
10.1.5 DIAGNOSE MIT STATISCHEN UND DYNAMISCHEN MODELLEN 292
10.1.6 PRINZIP DER KONSISTENZBASIERTEN DIAGNOSE 293
10.2 FEHLERERKENNUNG MIT EINEM ZUSTANDSBEOBACHTER 295
10.3 SENSORUEBERWACHUNG 303
10.3.1 AUFGABENSTELLUNG 303
10.3.2 FEHLERLOKALISIERUNG MIT DEDIZIERTEN BEOBACHTERN 304
10.3.3 ERWEITERUNG 313
10.4 FEHLERIDENTIFIKATION 313
10.4.1 FEHLERIDENTIFIKATION MIT EINER BEOBACHTERBANK 313
10.4.2 FEHLERIDENTIFIKATION UNTER VERWENDUNG VON FEHLERMODELLEN 315
10.4.3 ENTWURF BEOBACHTERGESTUETZTER DIAGNOSESYSTEME 317
10.5 AUSBLICK: DIAGNOSE UND FEHLERTOLERANTE STEUERUNG 325
LITERATURHINWEISE 326
TEIL 3: AUTOMATISIERUNG EREIGNISDISKRETER SYSTEME
11 BESCHREIBUNG DISKRETER SYSTEME 329
11.1 MODELLBILDUNGSAUFGABE 329
11.1.1 DISKRETE SIGNALE UND EREIGNISSE 329
11.1.2 MODELLBILDUNGSZIEL UND MODELLBILDUNGSSCHRITTE 336
11.2 DETERMINISTISCHE AUTOMATEN 339
11.2.1 AUTONOME DETERMINISTISCHE AUTOMATEN 339
11.2.2 DETERMINISTISCHE AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG 345 11.3
NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN 351
11.3.1 DETERMINISTISCHE UND NICHTDETERMINISTISCHE SYSTEME 351
11.3.2 AUTONOME NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN 353
11.3.3 NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG 363 11.4
STOCHASTISCHE AUTOMATEN 368
11.4.1 STOCHASTISCHE PROZESSE 368
11.4.2 AUTONOME STOCHASTISCHE AUTOMATEN 372
11.4.3 STOCHASTISCHE AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG 378
11.4.4 MARKOVEIGENSCHAFT DYNAMISCHER SYSTEME 381
11.5 PETRINETZE 384
11.5.1 AUTONOME PETRINETZE 384
11.5.2 PETRINETZE MIT EINGANG UND AUSGANG 397
11.5.3 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN PETRINETZEN UND AUTOMATEN 400
IMAGE 6
XIV INHALTSVERZEICHNIS
11.6 KOMPOSITIONALE MODELLBILDUNG DISKRETER SYSTEME 403
11.6.1 MODELLBILDUNGSAUFGABE 403
11.6.2 SYNCHRONISATION VON AUTOMATEN 404
11.6.3 REIHENSCHALTUNG 408
11.6.4 RUECKFUEHRAUTOMAT 411
LITERATURHINWEISE 420
12 VERHALTEN DISKRETER SYSTEME 423
12.1 VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS 423
12.2 VERHALTEN DETERMINISTISCHER AUTOMATEN 424
12.2.1 BERECHNUNG DER ZUSTANDS-UND AUSGABEFOLGE 424
12.2.2 ERREICHBARKEITSANALYSE DES AUTOMATENGRAFEN 425
12.2.3 STRUKTURELLE ANALYSE DETERMINISTISCHER AUTOMATEN 427
12.2.4 STEUERBARKEIT DETERMINISTISCHER AUTOMATEN 429
12.3 VERHALTEN NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN 430
12.3.1 BERECHNUNG DER ZUSTANDS-UND AUSGABEFOLGEN 430
12.3.2 STRUKTURELLE ANALYSE NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN 433 12.3.3
STEUERBARKEIT NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN 434
12.4 VERHALTEN STOCHASTISCHER AUTOMATEN 437
12.4.1 BERECHNUNG DER ZUSTANDSFOLGEN AUTONOMER STOCHASTISCHER AUTOMATEN
. 437 12.4.2 STRUKTURELLE ANALYSE STOCHASTISCHER AUTOMATEN 440
12.4.3 ERWEITERUNG AUF AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG 440
12.5 VERHALTEN VON PETRINETZEN 442
12.5.1 BERECHNUNG DER MARKIERUNGSFOLGEN 442
12.5.2 STRUKTURELLE ANALYSE VON PETRINETZEN 443
12.5.3 INVARIANTEN 444
LITERATURHINWEISE 451
13 STEUERUNG DISKRETER SYSTEME 453
13.1 STEUERUNGSAUFGABEN FUER DISKRETE SYSTEME 453
13.2 VERKNUEPFUNGSSTEUERUNGEN 456
13.3 ABLAUFSTEUERUNGEN 458
13.3.1 REGLERGESETZ 458
13.3.2 ZEITPLANSTEUERUNGEN 461
13.4 SPEICHERPROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN 468
LITERATURHINWEISE 470
14 ENTWURF DISKRETER STEUERUNGEN 471
14.1 ENTWURFSSCHRITTE 471
14.1.1 SYSTEMATISCHER STEUERUNGSENTWURF 472
14.1.2 HEURISTISCHE FESTLEGUNG DES STEUERUNGSGESETZES 473
14.2 REGLERENTWURF FUER AUTOMATEN 476
14.2.1 ENTWURFSPROBLEM 476
14.2.2 REGLERENTWURF FUER DETERMINISTISCHE AUTOMATEN 476
14.2.3 ERWEITERUNGEN 479
IMAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS X V
14.2.4 REGLERENTWURF FUER NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN 483
14.3 STEUERUNGSENTWURF FUER PETRINETZE 484
14.3.1 ENTWURF MIT HILFE DES ERREICHBARKEITSGRAFEN 484
14.3.2 STEUERUNGSENTWURF UNTER NUTZUNG VON S-INVARIANTEN 486
14.4 VERIFIKATION DISKRETER STEUERUNGEN 493
LITERATURHINWEISE 495
15 ZUSTANDSBEOBACHTUNG DISKRETER SYSTEME 497
15.1 BEOBACHTUNGSAUFGABE 497
15.2 BEOBACHTUNG DETERMINISTISCHER UND NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN
498 15.2.1 BEOBACHTUNGSALGORITHMUS FUER NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN
498 15.2.2 DARSTELLUNG DES BEOBACHTUNGSALGORITHMUS ALS AUTOMAT 504
15.2.3 ANWENDUNG DES BEOBACHTUNGSALGORITHMUS AUF DETERMINISTISCHE
AUTOMATEN 506
15.2.4 KONSISTENZ VON E/A-PAAREN MIT NICHTDETERMINISTISCHEN
AUTOMATEN. 508 15.3 BEOBACHTUNG STOCHASTISCHER AUTOMATEN 511
LITERATURHINWEISE 519
16 DIAGNOSE DISKRETER SYSTEME 521
16.1 DIAGNOSEAUFGABE 521
16.2 DIAGNOSE NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN 522
16.2.1 MODELLIERUNG FEHLERBEHAFTETER SYSTEME 522
16.2.2 DETEKTION KONSTANTER FEHLER 524
16.2.3 IDENTIFIKATION KONSTANTER FEHLER 525
16.2.4 IDENTIFIKATION ZEITABHAENGIGER FEHLER 532
16.3 DIAGNOSE STOCHASTISCHER AUTOMATEN 533
16.3.1 BESCHREIBUNG FEHLERBEHAFTETER SYSTEME DURCH STOCHASTISCHE
AUTOMATEN 533 16.3.2 GRUNDIDEE DER DIAGNOSE STOCHASTISCHER SYSTEME 534
16.3.3 DIAGNOSEALGORITHMUS 540
LITERATURHINWEISE 548
17 AUSBLICK: UEBERWACHUNG UND STEUERUNG HYBRIDER DYNAMISCHER SYSTEME 549
17.1 AUTOMATISIERUNG KONTINUIERLICHER UND EREIGNISDISKRETER SYSTEME 549
17.2 HYBRIDE DYNAMISCHE SYSTEME 551
LITERATURHINWEISE 556
LITERATURVERZEICHNIS 557
ANHAENGE
ANHANG 1: LOESUNG DER UEBUNGSAUFGABEN 561
ANHANG 2: FACHWOERTER DEUTSCH - ENGLISCH 657
SACH WORTVERZEICHNIS 661 |
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Beschreibung
THWS Würzburg Teilbibliothek SHL, Raum I.2.11
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| Exemplar 1 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |