Verfügbarkeit: Automatisierungstechnik

Automatisierungstechnik: Methoden für die Überwachung und Steuerung kontinuierlicher und ereignisdiskreter Systeme : mit 413 Abbildungen, 94 Anwendungsbeispielen und 100 Übungsaufgaben

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Lunze, Jan 1952- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin De Gruyter Oldenbourg [2020]
Ausgabe:	5., überarbeitete Auflage
Schriftenreihe:	De Gruyter Studium
Schlagworte:	Automatisierungstechnik Diskretes Ereignissystem Regelungstechnik Kontinuierliches System Automation Ereignisdiskrete Systeme Fertigungstechnik Industrie 4.0 Kontinuierliche Systeme Künstliche Intelligenz TB: Textbook Beispielsammlung Lehrbuch
Online-Zugang:	Ausführliche Beschreibung Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	xxvi, 676 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 17 cm
ISBN:	3110680726 9783110680720

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VERZEICHNIS DER ANWENDUNGSBEISPIELE . XVII HINWEISE ZUM GEBRAUCH DES BUCHES . XXV TEIL 1: EINFUEHRUNG 1 ZIELE UND AUFGABEN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . 3 1.1 ZIELE DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . 3 1.2 ANWENDUNGSBEISPIELE . 6 1.2.1 PROZESSAUTOMATISIERUNG . 6 1.2.2 FERTIGUNGSAUTOMATISIERUNG . 11 1.2.3 GEBAEUDEAUTOMATISIERUNG . 12 1.2.4 UEBERWACHUNG UND STEUERUNG VON ENERGIESYSTEMEN . 13 1.2.5 AUTOMATISIERUNGSTECHNIK IN FAHRZEUGEN . 14 1.2.6 UEBERWACHUNG UND STEUERUNG DES FLUGVERKEHRS . 16 1.2.7 AUTOMATISIERUNGSAUFGABEN IN DER INFORMATIONS- UND KOMMUNIKATIONSTECHNIK . 17 1.2.8 ZUSAMMENFASSUNG: NOTWENDIGKEIT DER AUTOMATISIERUNG TECHNISCHER SYSTEME . 18 1.3 GRUNDSTRUKTUR AUTOMATISIERTER SYSTEME . 19 1.3.1 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN DER AUTOMATISIERUNGSEINRICHTUNG UND DEM ZU AUTOMATISIERENDEN PROZESS . 19 1.3.2 DAS RUECKKOPPLUNGSPRINZIP . 21 1.3.3 DIE ROLLE DES MENSCHEN IN AUTOMATISIERTEN SYSTEMEN . 22 1.3.4 SPEZIELLE KLASSEN AUTOMATISIERTER SYSTEME . 23 1.4 AUTOMATISIERUNGSAUFGABEN . 25 1.4.1 MODELLBILDUNG DYNAMISCHER SYSTEME . 26 1.4.2 VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS . 28 1.4.3 PLANUNG VON STEUEREINGRIFFEN . 29 1.4.4 ZUSTANDSBEOBACHTUNG . 30 1.4.5 PROZESSDIAGNOSE . 31 1.4.6 REGELUNG UND STEUERUNG . 32 X INHALTSVERZEICHNIS 1.4.7 KOMBINATION VON AUTOMATISIERUNGSFUNKTIONEN . 35 1.4.8 AUTOMATISIERUNGSHIERARCHIE . 36 1.5 REALISIERUNG VON AUTOMATISIERUNGSEINRICHTUNGEN . 40 1.5.1 METHODEN UND GERAETE . 40 1.5.2 LOESUNGSWEG FUER AUTOMATISIERUNGSAUFGABEN . 41 1.5.3 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK UND ANGRENZENDEN FACHDISZIPLINEN . 42 LITERATURHINWEISE . 43 2 GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN DYNAMISCHER SYSTEME . 45 2.1 GRUNDBEGRIFFE DER SYSTEMTHEORIE . 45 2.1.1 SIGNAL, PROZESS, SYSTEM . 45 2.1.2 KONTINUIERLICHE UND DISKRETE SIGNALE UND SYSTEME . 47 2.1.3 STATISCHE UND DYNAMISCHE SYSTEME . 50 2.1.4 AUTONOME UND GESTEUERTE SYSTEME . 52 2.1.5 GEMEINSAMKEITEN UND UNTERSCHIEDE KONTINUIERLICHER UND DISKRETER SYSTEME . 53 2.2 BLOCKSCHALTBILD UND SIGNALFLUSSGRAPH . 54 2.2.1 STRUKTUR DYNAMISCHER SYSTEME . 54 2.2.2 BLOCKSCHALTBILD . 55 2.2.3 SIGNALFLUSSGRAPH . 62 2.3 DEKOMPOSITION UND AGGREGATION VON SYSTEMEN . 64 2.4 KOPPLUNGSANALYSE . 66 2.5 STEUERUNGEN IN DER OFFENEN WIRKUNGSKETTE UND IM GESCHLOSSENEN KREIS . 72 LITERATURHINWEISE . 80 TEIL 2: AUTOMATISIERUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME 3 BESCHREIBUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME . 83 3.1 MODELLBILDUNGSAUFGABE . 83 3.2 SYSTEMBESCHREIBUNG DURCH LINEARE DIFFERENTIALGLEICHUNGEN . 84 3.3 ZUSTANDSRAUMMODELL LINEARER SYSTEME . 90 3.3.1 ZUSTANDSGLEICHUNG UND AUSGABEGLEICHUNG . 90 3.3.2 ZUSTANDSBEGRIFF . 93 3.3.3 NORMIERUNG DER SIGNALE UND PARAMETER . 95 3.3.4 BLOCKSCHALTBILD UND SIGNALFLUSSGRAPH DES ZUSTANDSRAUMMODELLS . 97 3.3.5 ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG VON MEHRGROESSENSYSTEMEN . 99 3.3.6 GLEICHGEWICHTSZUSTAND LINEARER SYSTEME . 100 3.4 ZUSTANDSRAUMMODELL NICHTLINEARER SYSTEME . 102 3.5 LINEARISIERUNG . HL 3.6 KOMPOSITIONALE MODELLBILDUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME . 116 LITERATURHINWEISE . 121 INHALTSVERZEICHNIS XI 4 VERHALTEN KONTINUIERLICHER SYSTEME . 123 4.1 VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS . 123 4.2 VERHALTEN LINEARER SYSTEME . 124 4.2.1 LOESUNG DER ZUSTANDSGLEICHUNG . 124 4.2.2 BERECHNUNG DER AUSGANGSGROESSE . 127 4.2.3 ANMERKUNGEN ZUM ZUSTANDSBEGRIFF . 133 4.2.4 BEWEGUNGSGLEICHUNG IN KANONISCHER FORM . 136 4.2.5 UEBERGANGSFUNKTION . 141 4.2.6 BERECHNUNG DER MATRIXEXPONENTIALFUNKTION . 143 4.3 VERHALTEN NICHTLINEARER SYSTEME . 144 4.3.1 LOESUNG DER NICHTLINEAREN MODELLGLEICHUNGEN . 144 4.3.2 RECHNERGESTUETZTE ANALYSE NICHTLINEARER SYSTEME . 146 4.4 KENNWERTERMITTLUNG . 151 LITERATURHINWEISE . 153 5 STEUERBARKEIT UND BEOBACHTBARKEIT . 155 5.1 DEFINITION DER STEUERBARKEIT UND DER BEOBACHTBARKEIT . 155 5.2 STEUERBARKEIT LINEARER SYSTEME . 157 5.2.1 STEUERBARKEITSKRITERIUM . 157 5.2.2 EIGENSCHAFTEN VOLLSTAENDIG STEUERBARER SYSTEME . 158 5.3 BEOBACHTBARKEIT LINEARER SYSTEME . 163 5.3.1 BEOBACHTBARKEITSKRITERIUM . 163 5.3.2 BERECHNUNG DES ANFANGSZUSTANDS AUS N MESSWERTEN . 164 5.3.3 BESTIMMUNG DES ANFANGSZUSTANDS MIT HILFE DER GRAMSCHEN BEOBACHTBARKEITSMATRIX . 166 5.4 STRUKTURELLE STEUERBARKEIT UND STRUKTURELLE BEOBACHTBARKEIT . 168 5.4.1 STRUKTURGRAPH . 168 5.4.2 DEFINITION UND KRITERIEN FUER DIE STRUKTURELLE STEUERBARKEIT UND STRUKTURELLE BEOBACHTBARKEIT . 170 5.4.3 STRUKTURELLE ANALYSE NICHTLINEARER SYSTEME . 175 5.5 SYSTEMZERLEGUNG ENTSPRECHEND DEN STEUERBARKEITS- UND BEOBACHTBARKEITSEIGENSCHAFTEN . 176 LITERATURHINWEISE . 180 6 STABILITAET . 181 6.1 STABILITAETSDEFINITION . 181 6.2 STABILITAETSANALYSE LINEARER SYSTEME . 184 6.2.1 STABILITAETSANALYSE ANHAND DER EIGENWERTE DER SYSTEMMATRIX . 184 6.2.2 HURWITZKRITERIUM . 187 6.3 STABILITAETSANALYSE NICHTLINEARER SYSTEME . 190 6.3.1 LOESUNGSWEGE . 190 6.3.2 STABILITAETSPRUEFUNG MIT DEM LINEARISIERTEN MODELL . 192 6.3.3 DIREKTE METHODE VON LJAPUNOW . 195 6.3.4 ANWENDUNG DER DIREKTEN METHODE AUF LINEARE SYSTEME . 201 XII INHALTSVERZEICHNIS 6.4 STABILITAET VON REGELKREISEN . 203 6.4.1 STABILITAET DER REGELSTRECKE UND DES REGELKREISES . 203 6.4.2 ROBUSTE STABILITAET . 207 6.5 AUSBLICK: WEITERE VERFAHREN FUER DIE STABILITAETSPRUEFUNG . 209 LITERATURHINWEISE . 209 7 EINSCHLEIFIGE REGELKREISE . 211 7.1 REGELUNGSAUFGABE FUER KONTINUIERLICHE SYSTEME . 211 7.2 MODELL DES STANDARDREGELKREISES . 214 7.2.1 LINEARER REGELKREIS . 214 7.2.2 NICHTLINEARER REGELKREIS . 217 7.3 WICHTIGE EIGENSCHAFTEN VON REGELKREISEN . 219 7.3.1 STOERKOMPENSATION UND SOLLWERTFOLGE . 219 7.3.2 ERREICHBARE REGELGUETE . 228 7.3.3 ROBUSTHEIT . 230 7.4 REGLERTYPEN . 234 7.4.1 PID-REGLER . 234 7.4.2 WEITERE REGLERKOMPONENTEN . 237 LITERATURHINWEISE . 239 8 EINSTELLREGELN FUER PID-REGLER . 241 8.1 ENTWURFSSCHRITTE . 241 8.2 EINSTELLREGELN VON Z IEGLER UND N ICHOLS . 243 8.3 ROBUSTE PI-REGELUNG . 250 8.3.1 GEGENKOPPLUNGSBEDINGUNG FUER I-REGLER . 250 8.3.2 REGLEREINSTELLUNG . 253 8.3.3 ERWEITERUNG AUF PI-REGLER . 255 8.4 AUSBLICK: VERFAHREN FUER DEN REGLERENTWURF . 259 LITERATURHINWEISE . 260 9 ZUSTANDSBEOBACHTUNG KONTINUIERLICHER SYSTEME . 261 9.1 BEOBACHTUNGSAUFGABE . 261 9.2 LUENBERGERBEOBACHTER . 263 9.2.1 GRUNDIDEE . 263 9.2.2 BEOBACHTERSTRUKTUR . 265 9.2.3 WAHL DER BEOBACHTERRUECKFUEHRUNG . 267 9.2.4 VERHALTEN DES BEOBACHTERS BEI STOERUNGEN UND MODELLUNSICHERHEITEN . 273 9.3 BEOBACHTER FUER NICHTLINEARE SYSTEME . 278 9.4 ANWENDUNGEN DER ZUSTANDSBEOBACHTUNG . 280 9.4.1 BEOBACHTUNG EINES TEILSYSTEMS . 280 9.4.2 ONLINE-VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS . 281 9.4.3 REGELUNG UNTER VERWENDUNG EINER BEOBACHTETEN REGELGROESSE . 283 LITERATURHINWEISE . 285 INHALTSVERZEICHNIS XIII 10 DIAGNOSE KONTINUIERLICHER SYSTEME . 287 10.1 DIAGNOSEAUFGABE UND LOESUNGSWEGE . 287 10.1.1 DIAGNOSEAUFGABE . 287 10.1.2 DIAGNOSESCHRITTE . 290 10.1.3 SIGNALBASIERTE UND MODELLBASIERTE DIAGNOSE . 290 10.1.4 MODELLE DES FEHLERFREIEN UND DES FEHLERHAFTEN SYSTEMS . 292 10.1.5 DIAGNOSE MIT STATISCHEN UND DYNAMISCHEN MODELLEN . 295 10.1.6 PRINZIP DER KONSISTENZBASIERTEN DIAGNOSE . 295 10.2 FEHLERERKENNUNG MIT EINEM ZUSTANDSBEOBACHTER . 298 10.3 SENSORUEBERWACHUNG . 305 10.3.1 AUFGABENSTELLUNG . 305 10.3.2 FEHLERLOKALISIERUNG MIT DEDIZIERTEN BEOBACHTERN . 306 10.3.3 ERWEITERUNG . 314 10.4 FEHLERIDENTIFIKATION . 316 10.4.1 FEHLERIDENTIFIKATION MIT EINER BEOBACHTERBANK . 316 10.4.2 FEHLERIDENTIFIKATION UNTER VERWENDUNG VON FEHLERMODELLEN . 317 10.4.3 ENTWURF BEOBACHTERGESTUETZTER DIAGNOSESYSTEME . 319 10.5 AUSBLICK: DIAGNOSE UND FEHLERTOLERANTE STEUERUNG . 328 LITERATURHINWEISE . 329 TEIL 3: AUTOMATISIERUNG EREIGNISDISKRETER SYSTEME 11 BESCHREIBUNG DISKRETER SYSTEME . 333 11.1 MODELLBILDUNGSAUFGABE . 333 11.1.1 DISKRETE SIGNALE UND EREIGNISSE . 333 11.1.2 MODELLBILDUNGSZIEL UND MODELLBILDUNGSSCHRITTE . 340 11.2 DETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 344 11.2.1 AUTONOME DETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 344 11.2.2 DETERMINISTISCHE AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG . 349 11.3 NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 355 11.3.1 DETERMINISTISCHE UND NICHTDETERMINISTISCHE SYSTEME . 355 11.3.2 AUTONOME NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 357 11.3.3 NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG . 367 11.4 STOCHASTISCHE AUTOMATEN . 372 11.4.1 STOCHASTISCHE PROZESSE . 372 11.4.2 AUTONOME STOCHASTISCHE AUTOMATEN . 376 11.4.3 STOCHASTISCHE AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG . 382 11.4.4 MARKOVEIGENSCHAFT DYNAMISCHER SYSTEME . 385 11.5 PETRINETZE . 389 11.5.1 AUTONOME PETRINETZE . 389 11.5.2 PETRINETZE MIT EINGANG UND AUSGANG . 400 11.5.3 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN PETRINETZEN UND AUTOMATEN . 405 XIV INHALTSVERZEICHNIS 11.6 KOMPOSITIONALE MODELLBILDUNG DISKRETER SYSTEME . 407 11.6.1 MODELLBILDUNGSAUFGABE . 407 11.6.2 SYNCHRONISATION VON AUTOMATEN . 408 11.6.3 REIHENSCHALTUNG . 413 11.6.4 RUECKFUEHRAUTOMAT . 417 LITERATURHINWEISE . 425 12 VERHALTEN DISKRETER SYSTEME . 427 12.1 VORHERSAGE DES SYSTEMVERHALTENS . 427 12.2 VERHALTEN DETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 428 12.2.1 BERECHNUNG DER ZUSTANDS- UND AUSGABEFOLGE . 428 12.2.2 ERREICHBARKEITSANALYSE DES AUTOMATENGRAPHEN . 429 12.2.3 STRUKTURELLE ANALYSE DETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 431 12.2.4 STEUERBARKEIT DETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 433 12.3 VERHALTEN NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 434 12.3.1 BERECHNUNG DER ZUSTANDS- UND AUSGABEFOLGEN . 434 12.3.2 STRUKTURELLE ANALYSE NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 437 12.3.3 STEUERBARKEIT NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 438 12.4 VERHALTEN STOCHASTISCHER AUTOMATEN . 441 12.4.1 BERECHNUNG DER ZUSTANDSFOLGEN AUTONOMER STOCHASTISCHER AUTOMATEN . 441 12.4.2 STRUKTURELLE ANALYSE STOCHASTISCHER AUTOMATEN . 444 12.4.3 ERWEITERUNG AUF AUTOMATEN MIT EINGANG UND AUSGANG . 444 12.5 VERHALTEN VON PETRINETZEN . 446 12.5.1 BERECHNUNG DER MARKIERUNGSFOLGEN . 446 12.5.2 STRUKTURELLE ANALYSE VON PETRINETZEN . 447 12.5.3 INVARIANTEN . 448 LITERATURHINWEISE . 455 13 STEUERUNG DISKRETER SYSTEME . 457 13.1 STEUERUNGSAUFGABEN FUER DISKRETE SYSTEME . 457 13.2 VERKNUEPFUNGSSTEUERUNGEN . 460 13.3 ABLAUFSTEUERUNGEN . 462 13.3.1 REGLERGESETZ . 462 13.3.2 ZEITPLANSTEUERUNGEN . 465 13.4 SPEICHERPROGRAMMIERBARE STEUERUNGEN . 472 LITERATURHINWEISE . 474 14 ENTWURF DISKRETER STEUERUNGEN . 475 14.1 ENTWURFSSCHRITTE . 475 14.1.1 SYSTEMATISCHER STEUERUNGSENTWURF . 476 14.1.2 HEURISTISCHE FESTLEGUNG DES STEUERUNGSGESETZES . 477 14.2 REGLERENTWURF FUER AUTOMATEN . 480 14.2.1 ENTWURFSPROBLEM . 480 14.2.2 REGLERENTWURF FUER DETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 480 INHALTSVERZEICHNIS XV 14.2.3 ERWEITERUNGEN . 483 14.2.4 REGLERENTWURF FUER NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 487 14.3 REGLERENTWURF FUER PETRINETZE . 488 14.3.1 ENTWURF MIT HILFE DES ERREICHBARKEITSGRAPHEN . 488 14.3.2 STEUERUNGSENTWURF UNTER NUTZUNG VON S-INVARIANTEN . 490 14.4 VERIFIKATION DISKRETER STEUERUNGEN . 497 LITERATURHINWEISE . 500 15 ZUSTANDSBEOBACHTUNG DISKRETER SYSTEME . 501 15.1 BEOBACHTUNGSAUFGABE . 501 15.2 BEOBACHTUNG DETERMINISTISCHER UND NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 502 15.2.1 BEOBACHTUNGSALGORITHMUS FUER NICHTDETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 502 15.2.2 DARSTELLUNG DES BEOBACHTUNGSALGORITHMUS ALS AUTOMAT . 509 15.2.3 ANWENDUNG DES BEOBACHTUNGSALGORITHMUS AUF DETERMINISTISCHE AUTOMATEN . 511 15.2.4 KONSISTENZ VON E/A-PAAREN MIT NICHTDETERMINISTISCHEN AUTOMATEN . 513 15.3 BEOBACHTUNG STOCHASTISCHER AUTOMATEN . 515 LITERATURHINWEISE . 523 16 DIAGNOSE DISKRETER SYSTEME . 525 16.1 DIAGNOSEAUFGABE . 525 16.2 DIAGNOSE NICHTDETERMINISTISCHER AUTOMATEN . 526 16.2.1 MODELLIERUNG FEHLERBEHAFTETER SYSTEME . 526 16.2.2 DETEKTION KONSTANTER FEHLER . 528 16.2.3 IDENTIFIKATION KONSTANTER FEHLER . 529 16.2.4 IDENTIFIKATION ZEITABHAENGIGER FEHLER . 536 16.3 DIAGNOSE STOCHASTISCHER AUTOMATEN . 538 16.3.1 BESCHREIBUNG FEHLERBEHAFTETER SYSTEME DURCH STOCHASTISCHE AUTOMATEN 538 16.3.2 GRUNDIDEE DER DIAGNOSE STOCHASTISCHER SYSTEME . 539 16.3.3 DIAGNOSEALGORITHMUS . 545 LITERATURHINWEISE . 552 17 AUSBLICK: UEBERWACHUNG UND STEUERUNG HYBRIDER DYNAMISCHER SYSTEME . 553 17.1 AUTOMATISIERUNG KONTINUIERLICHER UND EREIGNISDISKRETER SYSTEME . 553 17.2 HYBRIDE DYNAMISCHE SYSTEME . 555 LITERATURHINWEISE . 561 LITERATURVERZEICHNIS . 563 ANHAENGE ANHANG 1: LOESUNG DER UEBUNGSAUFGABEN . 567 ANHANG 2: FACHWOERTER DEUTSCH - ENGLISCH . 665 SACHWORTVERZEICHNIS . 669
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