Automatisierungstechnik: Methoden für die Überwachung und Steuerung kontinuierlicher und ereignisdiskreter Systeme : mit 413 Abbildungen, 94 Anwendungsbeispielen und 100 Übungsaufgaben
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin
De Gruyter Oldenbourg
[2020]
|
| Edition: | 5., überarbeitete Auflage |
| Series: | De Gruyter Studium
|
| Subjects: | |
| Online Access: | Ausführliche Beschreibung Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | xxvi, 676 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 17 cm |
| ISBN: | 3110680726 9783110680720 |
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MARC
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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
.
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