Regelungstechnik 2 / Springer-Lehrbuch (PDF)
Schwerpunkte des zweiten Bandes sind der Entwurf von Mehrgrößenregelungen im Zeitbereich und im Frequenzbereich sowie digitale Regelungen. Neben Standardverfahren wie Polverschiebung und optimale Regelung werden mit der strukturellen Analyse von...
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Schwerpunkte des zweiten Bandes sind der Entwurf von Mehrgrößenregelungen im Zeitbereich und im Frequenzbereich sowie digitale Regelungen. Neben Standardverfahren wie Polverschiebung und optimale Regelung werden mit der strukturellen Analyse von Regelungssystemen, der robusten und dezentralen Regelung sowie Einstellregeln für Mehrgrößenregler Themen aufgegriffen, die erst in den letzten Jahren zu praktikablen Analyse- und Entwurfsverfahren führten und deshalb bisher in Lehrbüchern fehlten. Für die wichtigsten Verfahren werden MATLAB-Programme angegeben, mit deren Hilfe diese Verfahren rechnergestützt auf größere Beispiele und auf die neu eingeführten Projektaufgaben angewendet werden können. Anwendungsnahe Beispiele und Übungsaufgaben mit Lösungen illustrieren die behandelten Methoden. Für die dritte Auflage wurde der Text überarbeitet und um neue Beispiele und Aufgaben ergänzt. Die Beschreibung von MATLAB wurde der aktuellen Version 6.5 dieses Programmsystems angepasst.
"Ein praxisgerechtes Lehrbuch für den bereits fortgeschrittenen Studenten mit Inhalten, die bislang oft nur in englischsprachigen Monografien zu finden waren." Prof. Dr.-Ing. Helmut Röck, Christian-Albrechts-Universität Kiel
"Ein sehr gutes methodenorientiertes Lehrbuch der Regelungstechnik, das durch seine hohe sprachliche Qualität besticht und durch die Verknüpfung der theoretischen Inhalte mit Beispielen und selbst zu rechnenden Aufgaben zum Mitdenken und Mitarbeiten motiviert." Prof. Dr.-Ing. V. Krebs, Universität Karlsruhe
In diesem Buch wurden die Grundlagen der Regelungstechnik behandelt, die sich auf lineare, zeitinvariante Systeme mit konzentrierten Parametern beziehen. Die genannte Einschränkung der behandelten Systemklasse trifft auf beide Komponenten eines Regelkreises zu, nämlich sowohl auf die Regelstrecke als auch auf den Regler. Zum Abschluss einer zwei Bände umfassenden Behandlung derartiger Regelkreise stellt sich die Frage, wie einschränkend diese Voraussetzung ist.
Dass die angegebenen Voraussetzungen für viele praktische Anwendungsfälle zweckmäßig sind, geht aus zwei Tatsachen hervor. Einerseits haben die angegebenen Beispiele gezeigt, dass die genannten Annahmen sehr häufig erfüllt sind. Die hier behandelten Methoden können also zur Lösung praktischer Aufgaben eingesetzt werden.
Andererseits spricht für die Einschränkung, dass mit ihr eine tiefgründige Untersuchung der wichtigsten Eigenschaften rückgekoppelter Systeme mit erträglichem mathematischen Aufwand möglich ist. Die wichtigsten Probleme wie die Stabilisierung instabiler Regelstrecken und die Gestaltung der Systemdynamik durch Regler, die Robustheit rückgekoppelter System gegenüber Modellunsicherheiten und die Möglichkeiten der Kompensation nicht messbarer Störungen durch eine Regelung können für lineare zeitinvariante Systeme gelöst werden. Jede Erweiterung der Systemklasse erfordert wesentlich kompliziertere Behandlungsmethoden.
An den Beispielen wurde offensichtlich, dass die Modellbildung und die Analyse rückgekoppelter Systeme letzten Endes nur ein Mittel zum Hauptanliegen der Regelungstechnik, der Auswahl geeigneter Regelungsstrukturen und Reglerparameter, sind. Zu einem gegebenen System, dessen Struktur und Verhalten vorgegeben sind, ist der Regler als eine zusätzliche Komponente zu entwerfen, mit der das Verhalten des gegebenen Systems maßgeblich verändert bzw.
Dennoch sind für eine Reihe praktischer Regelungsaufgaben Erweiterungen notwendig, die einem weiterführenden Studium vorbehalten bleiben und hier als Ausblick genannt werden. Einerseits muss die Klasse der betrachteten Regelstrecken erweitert werden, wenn sich die Eigenschaften des zu regelnden Systems zeitlich ändern, wenn der stochastische Charakter der Störungen beachtet werden muss, wenn wichtige nichtlineare Phänomene zu berücksichtigen sind oder wenn der Charakter der Regelstrecke als System mit verteilten Parametern eine wichtige Rolle spielt. Für jede dieser Erweiterungen gibt es umfangreiche theoretische Untersuchungen, die die in diesem Buch vermittelten Methoden so verallgemeinern, dass sie die in der erweiterten Systemklasse auftretenden neuartigen Phänomene berücksichtigen. In der praktischen Anwendung wird man jedoch nicht sofort mit den allgemeineren Methoden arbeiten, sondern zunächst entscheiden, wie weit die Regelstrecke von einem linearen, zeitinvarianten Verhalten entfernt" ist. Man wird deshalb untersuchen, ob man durch Approximationen zur Betrachtung linearer zeitinvarianter Systeme zurückkehren kann oder ob man die umfangreichere Theorie nichtlinearer und zeitvariabler Systeme ausnutzen muss, weil das Regelkreisverhalten durch die mit der linearen Theorie nicht beschreibbaren Phänomene wesentlich beeinflusst wird.
Andererseits lässt sich das Reglergesetz erweitern, um neue Eigenschaften des Regelkreises erzeugen zu können. Bei adaptiven Reglern muss für den Entwurf kein möglichst genaues Regelstreckenmodell aufgestellt werden, sondern der Regler erkennt durch eine eingebaute" Identifikationskomponente selbstständig, wie sich die Regelstrecke verhält, und stellt sich darauf ein. Prädiktive Regler schauen in die Zukunft und berücksichtigen bei der Festlegung der aktuellen Stellgröße die zukünftige Entwicklung der Führungsgröße und die zu erwartende Bewegung der Regelstrecke.
Diese und weitere Eigenschaften sind nur realisierbar, wenn der Regler stark nichtlinear sein darf und umfangreiche Rechenoperationen ausführen kann. Da diese Erweiterungen für die moderne Gerätetechnik keine wesentlichen Schwierigkeiten darstellen, sind die genannten Regler ein aktuelles Forschungsgebiet, das die Realisierbarkeit von Steuerungsaufgaben durch Regler in Zukunft deutlich erweitern wird. Dabei ist nicht verwunderlich, dass die wichtigsten Probleme wie die Behandlung von Stabilität, Robustheit und Störkompensation zwar komplizierter, ihre Lösungsmethoden jedoch im Prinzip dieselben sind wie bei den hier betrachteten linearen Regelkreisen.
Jan Lunze
1970 bis 1974 Studium der Technischen Kybernetik an der Technischen Universität Ilmenau, 1980 Promotion auf dem Gebiet der dezentralen Regelung, 1983 Habilitation über robuste Regelung, 1992 bis 2001 Professor für Regelungstechnik an der Technischen Universität Hamburg-Harburg, seit 2001 Leiter des Lehrstuhls für Automatisierungstechnik und Prozessinformatik der Ruhr-Universität Bochum.
- Autor: Jan Lunze
- 2005, 3. Aufl. 2005, 635 Seiten, Deutsch
- Verlag: Springer-Verlag GmbH
- ISBN-10: 3540267115
- ISBN-13: 9783540267119
- Erscheinungsdatum: 02.09.2005
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