Höhere Regelungstechnik

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 13.0 vom 12.12.2022

11M0547

Advanced Control Theory

• Mechatronic Systems Engineering (M.Sc.)
• Informatik - Verteilte und Mobile Anwendungen (M.Sc.)

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Mechatronik und systemübergreifendes Arbeiten erfordern vertiefte theoretische Kenntnisse der Regelungstechnik als einer der Basiswissenschaften.

• 1. Lineare Mehrgrößensysteme
• 2. Zustandsraum
• 3. Nichtlineare Systeme
• 4. Diskrete Systeme
  
  ----------------------------------------------------------------------Inhalt detailiert:
• 1. Lineare Mehrgrößensysteme
  1.1 Einführung Beispiel 1.1.1: Mischstrecke Beispiel 1.1.2: Wärmetauscher
  1.2 Beschreibung im Frequenzbereich p-kanonische Strukturen Beispiel 1.2.1: Stand- und Durchflussregelung (V-Struktur)
  1.3 Stabilität
  1.4 Entkopplung
• 2. Zustandsraum
  2.1 Grundlagen Beispiel 2.1.2: aperiodisches PT2-System Bezeichnungen und Abkürzungen Beispiel 2.1.3: Gekoppeltes Pendel Beispiel 2.1.4: Lineares Mehrgrößensystem. Druck-, Durchfluss- und Temperaturregelstrecke
  2.2 Normalformen
  2.2.1 Regelungs-Normalform (Steuerungsnormalform) und Beobachtungsnormalform
  2.2.2 Jordan-Normalform (Modalform) Beispiel 2.2.1 Mehrfache reelle Pole Komplexe Pole
  2.2.3 Transformation auf Jordanform Beispiel 2.2.3.1: Transformation auf Jordanform: Beispiel 2.3.3.2
  2.3.1 Transitionsmatrix
  2.3.2 Homogene Lösung durch Ansatz
  2.3.3 Inhomogene Lösung Beispiel 2.3.1 (Fortsetzung)
  2.3.4 Zustandsbeschreibung und Übertragungsfunktionsmatrix Beispiel 2.3.2
  2.4 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit
  2.4.1 Steuerbarkeit Beispiel 2.4.1:
  2.4.2 Beobachtbarkeit Beispiel aus Bild 2.4.2
  2.5 Regelkreissynthese
  2.5.1 Riccati Optimierung
  2.5.2 Polvorgabe bei Eingrößensystemen
  2.5.3 Modale Regelung (Polvorgabe bei Mehrgrößensystemen)
  2.5.4 Zustandsbeobachter
  2.5.5 Reduzierter Zustandsbeobachter
• 3. Nichtlineare und Totzeit behaftete Systeme 62
  3.1 Modellbasierte Regler
  3.1.1 Kompensationsregler
  3.1.2 Smith Prädiktor
  3.1.3 Kaskadenregelung
  3.2 Reglerentwurf bei StellgröSSenbeschränkung
  3.2.1 Führungsverhalten
  3.2.2 Polfestlegung
  3.2.3 Betragsoptimum
  3.2.4 Anti Wind-Up
  3.4 Partielle Differenzialgleichungen
• 4. Diskrete Systeme
  4.1 Abtast-, Haltevorgang
  4.2 z-Transformation
  4.3 Rechenregeln und Korrespondenztabelle 82
  4.4 Diskrete Übertragungsfunktion
  4.4.1 Exakte z-Transformation
  4.4.2 Approximierte z-Transformation
  4.5 Stabilität
  4.6 Diskrete Regler
  4.6.1 z-Pollage und Zeitbereich
  4.6.2 Reglerentwurf auf endliche Einstellzeit (Dead Beat) Beispiel 4.6.1: Literaturverzeichnis

Wissensverbreiterung
Die Studierenden erfassen die grundsätzlichen wissenschaftlichen Ansätze der Regelungstechnik. Sie sind in der Lage, wissenschaftliche Fachpublikationen zu verstehen und zu präsentieren. Sie können selbständig regelungstechnische Problemstellungen analysieren und Lösungsvarianten diskutieren.
Wissensvertiefung
Die Studierenden verfügen über ein umfangreiches Wissen zur Regelung und mathematischen Beschreibung mechatronischer Systeme. Die Studierenden haben einen Überblick über die Werkzeuge und Methoden der Regelungstechnik.
Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden können regelungstechnische Problemstellungen beschreiben und Lösungsansätze entwickeln.
Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden können regelungstechnische Fragestellungen mechatronischer Systeme darstellen und präsentieren. Sie sind kompetente Gesprächspartner bei Fragestellungen aus dem Gebiet der Regelungstechnik
Können - systemische Kompetenz
Die Studierenden können regelungstechnische Analyse- und Synthese-Werkzeuge zur Optimierung mechatronischer Systeme einsetzen.

Vorlesungen, Übungen, Rechnerpraktikum, Projektpräsentationen.

Bachelor einer Ingenieur- oder Informatikrichtung. Grundlagenmodul Regelungstechnik. Solide Kenntnisse der angewandten Mathemnatik.

Liebler, Klaus Michael

Reike, Martin

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/1/ Föllinger, Otto; Konigorski, Ulrich; Lohmann, Boris; Roppenecker, Günter; Trächtler, Ansgar (2013): Regelungstechnik. Einführung in die Methoden und ihre Anwendung ; [aktualisierter Lehrbuch-Klassiker]. 11., völlig neu bearb. Aufl. Berlin: VDE-Verl.

/2/ Unbehauen, Heinz (2007): Regelungstechnik II. Zustandsregelungen, digitale und nichtlineare Regelsysteme. 9., durchgesehene und korrigierte Auflage. Wiesbaden: Friedr. Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH Wiesbaden (Studium Technik).

/3/ Dorf, Richard C.; Bishop, Robert H. (c 2011): Modern control systems. 12. ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall Pearson.

/4/ Angermann, Anne; Wohlfarth, Ulrich; Rau, Martin; Beuschel, Michael (2014): MATLAB - Simulink - Stateflow. Grundlagen, Toolboxen, Beispiele. München.

• Klausur 2-stündig
• Mündliche Prüfung

Prüfungsform nach Wahl des Prüfenden.

Teilnahme an der Lehrveranstaltung, den Rechnerpraktika im Labor. Nachweis über vertiefte Kenntnisse der blockorientierten Simulationswerkzeuge. Eigenständiges Rechnen der Übungsaufgaben.

1 Semester

Nur Wintersemester

Deutsch