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Regelungstechnik: 1 Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen : mit ... 76 Beispielen, 165 Übungsaufgaben sowie einer Einführung in das Programmsystem MATLAB

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Bibliographic Details
Main Author:	Lunze, Jan 1952- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin [u.a.] Springer 2013
Edition:	9., überarb. Aufl.
Series:	Springer-Lehrbuch Springer-Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	XXVII, 724 S. Ill., graph. Darst.
ISBN:	9783642295324

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VERZEICHNISDERANWENDUNGSBEISPIELE XVII INHALTSUEBERSICHT DESZWEITENBANDES XXIII HINWEISE ZUMGEBRAUCHDESBUCHES XXV TEIL1:EINFUEHRUNG 1 ZIELSTELLUNG UNDTHEORETISCHE GRUNDLAGEN DERREGELUNGSTECHNIK ..... 1 1.1 AUFGABEN DERREGELUNGSTECHNIK .. ............................ 1 1.2 PRINZIPIELLE FUNKTIONSWEISE VONREGELUNGEN. ................... 5 1.3 LOESUNGSWEG FUERREGELUNGSAUFGABEN ........................... 14 1.4 UEBERSICHT UEBERDIETHEORETISCHEN GRUNDLAGEN DERREGELUNGSTECHNIK. 17 LITERATURHINWEISE ........................................... 19 2 BEISPIELEFUERTECHNISCHE UND NICHTTECHNISCHE REGELUNGSAUFGABEN ..... 21 2.1 GEBAEUDEAUTOMATISIERUNG 21 2.2 PROZESSREGELUNG ............................................ 23 2.3 REGELUNGSAUFGABEN INENERGIESYSTEMEN ........................ 26 2.4 ROBOTERSTEUERUNGEN 29 2.5 REGELUNGVONFAHRZEUGEN 31 2.6 MECHATRONIK............................................... 32 2.7 FLUGREGELUNG .... .......................................... 32 2.8 DERMENSCHALSREGLER. ..................................... 34 2.9 BIOLOGISCHE REGELKREISE. .................................... 35 2.10 GEMEINSAMKEITEN VONREGELUNGEN INUNTERSCHIEDLICHEN ANWENDUNGSGEBIETEN 37 LITERATURHINWEISE ........................................... 40 X INHALTSVERZEICHNIS TEIL2:MODELLBILDUNG UND SYSTEMANALYSE 3 STRUKTURELLE BESCHREIBUNG DYNAMISCHER SYSTEME .................. 41 3.1 ZIELEUNDWICHTIGE SCHRITTEDERMODELLBILDUNG .................. 41 3.2 BLOCKSCHALTBILD ............................................ 43 3.3 SIGNALFLUSSGRAF ............................................. 54 LITERATURHINWEISE ........................................... 56 4 BESCHREIBUNG LINEARER SYSTEMEIMZEITBEREICH .................... 57 4.1 MODELLBILDUNGSAUFGABE 57 4.2 BESCHREIBUNG LINEARERSYSTEMEDURCHDIFFERENZIALGLEICHUNGEN. .... 59 4.2.1 LINEAREDIFFERENZIALGLEICHUNG N-TERORDNUNG. ............ 59 4.2.2 AUFSTELLUNG DERDIFFERENZIALGLEICHUNG. .................. 60 4.2.3 LINEARITAETDYNAMISCHER SYSTEME. ....................... 67 4.2.4 KAUSALITAET... ....................................... 69 4.2.5 ZEITINVARIANZ ........................................ 72 4.3 ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG LINEARERSYSTEME 72 4.3.1 EINFUEHRUNG DESZUSTANDSRAUMMODELLS ................... 72 4.3.2 ZUSTANDUNDZUSTANDSRAUM ............................ 76 4.3.3 ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG VONMEHRGROESSENSYSTEMEN ....... 80 4.4 AUFSTELLUNG DESZUSTANDSRAUMMODELLS ......................... 83 4.4.1 ABLEITUNG DESZUSTANDSRAUMMODELLS AUS DER DIFFERENZIALGLEICHUNG. ................................ 83 4.4.2 AUFSTELLUNG DESZUSTANDSRAUMMODELLS AUSDEN PHYSIKALISCHEN GRUNDBEZIEHUNGEN ...................... 92 4.4.3 ZUSTANDSRAUMMODELL GEKOPPELTER SYSTEME. .............. 98 4.4.4 GUELTIGKEITSBEREICH DERMODELLEUNDNORMIERUNG , 103 4.5 ERWEITERUNGEN 109 4.5.1 LINEARISIERUNG NICHTLINEARER SYSTEME , 109 4.5.2 TOTZEITSYSTEME 116 4.5.3 ZEITVARIABLE SYSTEME ................................. 117 4.6 ~ATLAB:FU~TIONEN FUERDIEBESCHREIBUNG DYNAMISCHER SYSTEME. 118 LITERATURHINWEISE ........................................... 119 5 VERHALTEN LINEARER SYSTEME 121 5.1 VORHERSAGEDESSYSTEMVERHALTENS 121 5.2 LOESUNGDERZUSTANDSGLEICHUNG , 122 5.2.1 LOESUNGEINERLINEARENDIFFERENZIALGLEICHUNG ERSTERORDNUNG 122 5.2.2 LOESUNGEINESDIFFERENZIALGLEICHUNGSSYSTEMS ERSTERORDNUNG 127 5.2.3 VERHALTENLINEARERSYSTEME 130 5.2.4 EIGENSCHAFTEN UNDBERECHNUNGSMETHODEN FUERDIE UEBERGANGSMATRIX 135 5.3 NORMALFORMEN DESZUSTANDSRAUMMODELLS 137 5.3.1 TRANSFORMATION DERZUSTANDSGLEICHUNG. ................. 138 5.3.2 KANONISCHE NORMALFORM 139 INHALTSVERZEICHNIS XI 5.3.3 ERWEITERUNG DERKANONISCHEN NORMALFORM FUER NICHTDIAGONALAEHNLICHE SYSTERNRNATRIZEN .................. 147 5.3.4 BEWEGUNGSGLEICHUNG INKANONISCHER DARSTELLUNG. ......... 150 5.3.5 REGELUNGSNORMALFORM 155 5.3.6 BEOBACHTUNGSNORMALFORM 160 5.3.7 E/A-NORMALFORM 162 5.3.8 INVARIANTE SYSTEMEIGENSCHAFTEN 169 5.4 KENNFUNKTIONEN DESDYNAMISCHEN UEBERTRAGUNGSVERHALTENS 169 5.4.1 UEBERGANGSFUNKTION ................................... 170 5.4.2 GEWICHTSFUNKTION , 171 5.4.3 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN GEWICHTSFUNKTION UND UEBERGANGSFUNKTION ................................... 175 5.5 E/A-VERHALTEN 177 5.5.1 DARSTELLUNG DES E/A-VERHALTENS MIT HILFE DER GEWICHTSFUNKTION .................................... 177 5.5.2 UEBERGANGSVERHALTEN UNDSTATIONAERES VERHALTEN 180 5.5.3 BEDEUTUNG DERNULLSTELLEN FUER DASUEBERTRAGUNGSVERHALTEN ... 186 5.5.4 NULLDYNAMIK ........................................ 189 5.6 EIGENSCHAFTEN WICHTIGER UEBERTRAGUNGSGLIEDER IMZEITBEREICH ...... 193 5.6.1 PROPORTIONALGLIEDER. .................................. 194 5.6.2 INTEGRIERGLIEDER 199 5.6.3 DIFFERENZIERGLIEDER 201 5.6.4 TOTZEITGLIEDER ... .................................... 204 5.7 MODELLVEREINFACHUNG UNDKENNWERTERMITTLUNG .................. 207 5.7.1 MODELLVEREINFACHUNG 207 5.7.2 APPROXIMATION DYNAMISCHER SYSTEMEDURCHPT1-GLIEDER 211 5.7.3 KENNWERTERMITTLUNG FUERPT2-GLIEDER 215 5.7.4 KENNWERTERMITTLUNG FUERPT 1 TJ-GLIEDER 217 5.8 MATLAB-FUNKTIONEN FUERDIEANALYSE DESZEITVERHALTENS 218 LITERATURHINWEISE ........................................... 224 6 BESCHREIBUNG UND ANALYSE LINEARER SYSTEME IMFREQUENZBEREICH .... 227 6.1 ZIELSTELLUNG............ ................................... 227 6.2 FOURIERTRANSFORMATION. ...................................... 229 6.2.1 ZERLEGUNGPERIODISCHER SIGNALE 229 6.2.2 ZERLEGUNG NICHTPERIODISCHER SIGNALE 235 6.3 FREQUENZGANG .............................................. 239 6.3.1 LINEARESYSTEMEMITSINUSFOERMIGEN EINGANGSSIGNALEN 239 6.3.2 BERECHNUNG DESFREQUENZGANGES 244 6.3.3 EIGENSCHAFTEN UNDGRAFISCHEDARSTELLUNG 245 6.4 LAPLACETRANSFORMATION...................................... 248 6.4.1 DEFINITION. ......................................... 248 6.4.2 WICHTIGEEIGENSCHAFTEN. .............................. 254 6.5 UEBERTRAGUNGSFUNKTION ....................................... 257 6.5.1 DEFINITION 257 XII INHALTSVERZEICHNIS 6.5.2 BERECHNUNG 262 6.5.3 EIGENSCHAFTEN UNDGRAFISCHEDARSTELLUNG. ................ 267 6.5.4 POLEUNDNULLSTELLEN 269 6.5.5 BERECHNUNG DESSYSTEMVERHALTENS :.. , 277 6.5.6 UEBERTRAGUNGSFUNKTION GEKOPPELTER SYSTEME , 284 6.6 BEZIEHUNGEN ZWISCHENDENMODELLEN. ......................... 289 6.7 EIGENSCHAFTEN WICHTIGER UEBERTRAGUNGSGLIEDER IMFREQUENZBEREICH.. 291 6.7.1 PROPORTIONALGLIEDER. .................................. 291 6.7.2 INTEGRIERGLIEDER 307 6.7.3 DIFFERENZIERGLIEDER 308 6.7.4 UEBERTRAGUNGSGLIEDER MITNULLSTELLEN 309 6.7.5 UEBERTRAGUNGSGLIEDER MIT GEBROCHEN RATIONALER UEBERTRAGUNGSFUNKTION , 312 6.7.6 ALLPASSGLIEDER UNDNICHTMINIMALPHASIGE SYSTEME , 319 6.7.7 TOTZEITGLIEDER 331 6.8 MATLAB-FUNKTIONEN FUERDIESYSTEMANALYSE IMFREQUENZBEREICH.. 335 LITERATURHINWEISE ........................................... 342 7 DERREGELKREIS 343 7.1 REGLERENTWURFSAUFGABE 343 7.2 MODELLDESSTANDARDREGELKREISES , 349 7.2.1 BESCHREIBUNG IMFREQUENZBEREICH 349 7.2.2 BESCHREIBUNG IMZEITBEREICH 353 7.3 STATIONAERESVERHALTENVONREGELKREISEN 355 7.3.1 STOER-UNDFUEHRUNGSSIGNALE 355 7.3.2 STATIONAERESVERHALTENBEIIMPULSFOERMIGER ERREGUNG 358 7.3.3 STATIONAERESVERHALTENBEISPRUNGFOERMIGER ERREGUNG 359 7.3.4 STATIONAERESVERHALTENBEIWEITEREN SIGNALKLASSEN 361 7.3.5 SOLLWERTFOLGE BEIVERWENDUNGEINESVORFILTERS 365 7.4 UEBERGANGSVERHALTEN DESREGELKREISES 366 7.4.1 PERFEKTEREGELUNG 366 7.4.2 BESCHRAENKUNGEN FUERDIEERREICHBARE REGELGUETE BEIEINER FESTWERTREGELUNG 367 7.4.3 NICHTMINIMALPHASENVERHALTEN VONREGELKREISEN , 371 7.4.4 GLEICHGEWICHTSTHEOREM 371 7.4.5 EMPFINDLICHKEIT UNDROBUSTHEITVONREGELKREISEN 378 7.4.6 KONSEQUENZEN FUERDENREGLERENTWURF , 382 7.5 ENTWURFVON VORSTEUERUNGEN 384 7.5.1 AUFGABENDERFOLGEREGE1UNG 384 7.5.2 INVERSIONSBASIERTERVORSTEUERUNGSENTWURF 385 7.5.3 TRAJEKTORIENPLANUNG FUERARBEITSPUNKTWECHSEL 390 7.5.4 VORSTEUERUNGIMSTATIONAERENZUSTAND 394 7.6 REGLERTYPEN UNDRICHTLINIEN FUERDIEWAHLDERREGLERSTRUKTUR 396 LITERATURHINWEISE ........................................... 403 INHALTSVERZEICHNIS XIII 8 STABILITAET RUECKGEKOPPELTER SYSTEME 405 8.1 ZUSTANDSSTABILITAET. .......................................... 405 8.1.1 DEFINITION DERZUSTANDSSTABILITAET. ....................... 406 8.1.2 KRITERIEN FUERDIEZUSTANDSSTABILITAET 408 8.2 EINGANGS-AUSGANGS-STABILITAET................................ 412 8.2.1 DEFINITION DERE/A-STABILITAET , 412 8.2.2 KRITERIEN FUERDIEE/A-STABILITAET , 413 8.2.3 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN ZUSTANDSSTABILITAET UND EI A-STABILITAET 415 8.3 STABILITAETSPRUEFUNG ANHANDDESCHARAKTERISTISCHEN POLYNOMS 416 8.3.1 VORGEHENSWEISE 416 8.3.2 HURWITZKRITERIUM 416 8.3.3 ROUTHKRITERIUM 419 8.4 STABILITAETSPRUEFUNG ANHANDDERPOLEDESGESCHLOSSENEN KREISES 422 8.4.1 E/A-STABILITAET VONREGELKREISEN 422 8.4.2 INNERESTABILITAETVONREGELKREISEN .................. 425 8.5 STABILITAETSPRUEFUNG ANHANDDESFREQUENZGANGES DEROFFENENKETTE. .. 428 8.5.1 HERLEITUNG DERSTABILITAETSBEDINGUNG 428 8.5.2 NYQUISTKRITERIUM 433 8.5.3 BEISPIELE 435 8.5.4 ERWEITERUNGEN 439 8.5.5 PHASENRANDKRITERIUM 445 8.6 ROBUSTESTABILITAET 449 8.6.1 ZIELSETZUNG 449 8.6.2 BESCHREIBUNG DERMODELLUNBESTIMRNTHEITEN 450 8.6.3 NACHWEIS DERROBUSTEN STABILITAET 453 8.7 STABILITAETSANALYSE MITMATLAB .............................. 459 LITERATURHINWEISE ............................................ 461 TEIL3:ENTWURF EINSCHLEIFIGER REGELKREISE 9 ENTWURF EINSCHLEIFIGER REGELKREISE 463 9.1 ALLGEMEINES VORGEHENBEIMREGLERENTWURF ..................... 463 9.2 UEBERSICHT UEBERDIEENTWURFSVERFAHREN , 465 9.3 RECHNERGESTUETZTER ENTWURF 467 9.4 EINSTELLREGELN FUER PID-REGLER. ................................ 468 LITERATURHINWEISE 472 10 REGLERENTWURF ANHAND DESPN-BILDES DESGESCHLOSSENEN KREISES 475 10.1 BEZIEHUNGEN ZWISCHENDEMPN-BILDUNDDENGUETEFORDERUNGEN 475 1O.1.L REGELKREISE MITDOMINIERENDEM POLPAAR 475 10.1.2 REGELKREISE MITEINEMDOMINIERENDEN POL 483 10.2WURZELORTSKURVE 484 10.2.1 DEFINITION 484 XIV INHALTSVERZEICHNIS 10.2.2 EIGENSCHAFTEN UNDKONSTRUKTIONSVORSCHRIFTEN ............. 485 10.3 REGLERENTWURFUNTER VERWENDUNGDERWURZELORTSKURVE 495 10.3.1 ENTWURFSVERFAHREN 495 10.3.2 REGELUNGMITHOHERKREISVERSTAERKUNG ................... 501 10.3.3 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG DESENTWURFSVERFAHRENS .... 502 10.4MATLAB-FUNKTIONEN ZUMREGLERENTWURFANHAND DESPN-BILDES .. 507 LITERATURHINWEISE ........................................... 511 11 REGLERENTWURFANHAND DER FREQUENZKENNLINIE DER OFFENEN KETTE ..... 513 11.1FREQUENZKENNLINIE UNDREGELGUETE ............................. 513 11.1.1 NAEHERUNG DESREGELKREISES DURCHEINPT2-GLIED .......... 513 11.1.2 STATISCHESVERHALTENDESREGELKREISES 514 11.1.3 FUEHRUNGSVERHALTEN DESREGELKREISES. .................... 516 11.1.4 STOERVERHALTEN DESREGELKREISES ......................... 521 11.2 REGLERENTWURFUNTER BEACHTUNGDESFUEHRUNGSVERHALTENS 527 11.2.1 ENTWURFSVERFAHREN ................................... 527 11.2.2 ENTWURFSDURCHFUEHRUNG ................................ 528 11.3 REGLERENTWURFUNTER BEACHTUNG DESSTOERVERHALTENS 538 11.4 MATLAB-PROGRAMM ZUMFREQUENZKENNLINIENENTWURF 541 LITERATURHINWEISE , 542 12 WEITERE ENTWURFSVERFAHREN 545 12.1 KOMPENSATIONSREGLER 545 12.2MODELLBASIERTE REGELUNG(INTERNALMODEL CONTROL) 551 12.2.1 GRUNDIDEEDESVERFAHRENS 551 12.2.2 ENTWURFVON IME-REGLERN DURCH H 2-0PTIMIERUNG 555 12.2.3 ENTWURFROBUSTERIME-REGLER 558 12.2.4 BEZIEHUNGZWISCHENKLASSISCHEN REGLERNUNDIME-REGLERN. 561 12.3 SMITHPRAEDIKTOR 563 LITERATURHINWEISE ........................................... 570 13 ERWEITERUNGEN DER REGELUNGSSTRUKTUR 573 13.1VERRNASCHTEREGELUNGEN. .... ............................. ... 573 13.1.1 STOERGROESSENAUFSCHALTUNG 574 13.1.2 REGELKREISMITHILFSREGELGROESSE 577 13.1.3 KASKADENREGELUNG ................................... 579 13.1.4 REGELKREISMITHILFSSTELLGROESSE 581 13.2 MEHRGROESSENREGE1UNGEN 582 13.3 ROBUSTE,ADAPTIVE,NICHTLINEARE UNDFEHLERTOLERANTE REGELUNGEN 584 LITERATURVERZEICHNIS 587 INHALTSVERZEICHNIS XV ANHAENGE ANHANG 1:LOESUNG DER UEBUNGSAUFGABEN 591 ANHANG 2:KURZE EINFUEHRUNG INMATLAB 687 ANHANG 3:AUFGABEN ZUR PRUEFUNGSVORBEREITUNG 697 ANHANG 4:PROJEKTAUFGABEN 701 ANHANG 5:VERZEICHNIS DER WICHTIGSTEN FORMELZEICHEN 709 ANHANG 6:KORRESPONDENZTABELLE DER LAPLACETRANSFORMATION 711 ANHANG 7:FACHWOERTER DEUTSCH -ENGLISCH 713 SACHWORTVERZEICHNIS 717
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