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Dörrscheidt, Frank; Latzel, Wolfgang; Meins, Jürgen (Herausgeber); Scheithauer, Rainer (Herausgeber); Weidenfeller, Hermann (Herausgeber)

Grundlagen der Regelungstechnik (Kartoniert / Broschiert / Paperback)

Vieweg+Teubner Verlag, Vieweg & Teubner, Februar 2012


Softcover reprint of the original 2nd ed. 1989 - 484 S. - Sprache: Deutsch - 233x164x30 mm Book

ISBN: 3322848809 EAN: 9783322848802

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Inhaltsverzeichnis

1 Grundbegriffe der Regelungstechnik.- 1.1 Einordnung und Aufgabenstellung der Regelungstechnik.- 1.2 Beispiele für Regelungen.- 1.2.1 Biologische Regelungen.- 1.2.2 Soziologische Regelungen.- 1.2.3 Ökonomische Regelungen.- 1.2.4 Technische Regelungen.- 1.2.4.1 Regelung der Raumtemperatur.- 1.2.4.2 Abstandsregelung im Straßenverkehr.- 1.2.4.3 Der Mensch im Regelkreis.- 1.2.5 Gemeinsamkeiten technischer und nichttechnischer Regelungen.- 1.3 Komponenten und Verhaltensweisen technischer Regelungen.- 1.3.1 Struktur und Komponenten des einschleifigen Regelkreises.- 1.3.1.1 Prozeß.- 1.3.1.2 Meßwertgeber.- 1.3.1.3 Führungsgrößengeber.- 1.3.1.4 Vergleicher.- 1.3.1.5 Regelglied.- 1.3.1.6 Steller.- 1.3.1.7 Struktur des Regelkreises.- 1.3.2 Dynamisches Verhalten des einschleifigen Regelkreises.- 1.3.2.1 Führungsverhalten.- 1.3.2.2 Störverhalten.- 1.3.2.3 Stabilitätsverhalten.- 1.3.2.4 Verhalten bei Parameteränderungen.- 1.3.3 Forderungen an die Regelung.- 1.4 Entwurf technischer Regelungen.- 1.4.1 Abwicklung regelungstechnischer Projekte.- 1.4.2 Entwicklung regelungstechnischer Konzepte.- 2 Lineare kontinuierliche Prozesse.- 2.1 Grundbegriffe.- 2.1.1 Übertragungsverhalten und Übertragungsglied.- 2.1.2 Darstellung von Übertragungsgliedern und ihrer Wirkungsbeziehungen.- 2.1.2.1 Elemente des Wirkungsplans.- 2.1.2.2 Elementare Übertragungsglieder.- 2.1.3 Grundlegende Eigenschaften von Übertragungsgliedern.- 2.1.3.1 Linearität.- 2.1.3.2 Zeitvarianz.- 2.1.3.3 Klassifizierung.- 2.1.4 Informationsaustausch zwischen Übertragungsgliedern.- 2.1.4.1 Signal und Informationsparameter.- 2.1.4.2 Signalklassifizierung.- 2.1.5 Reaktion von Übertragungsgliedern auf Testsignale.- 2.1.5.1 Testsignale der Regelungstechnik.- 2.1.5.2 Systemreaktionen auf Testsignale.- 2.2 Mathematische Beschreibung linearer Prozesse.- 2.2.1 Eingangs-Ausgangs-Beschreibung im Zeitbereich.- 2.2.1.1 Aufstellen der Differentialgleichung.- 2.2.1.2 Formelmäßige Lösung.- 2.2.1.3 Numerische Lösung.- 2.2.2 Eingangs-Ausgangs-Beschreibung im Bildbereich.- 2.2.2.1 Definition der Laplace-Transformation.- 2.2.2.2 Eigenschaften der Laplace-Transformation.- 2.2.2.3 Anwendung auf lineare Übertragungsglieder.- 2.2.2.4 Rücktransformation in den Zeitbereich.- 2.2.3 Eingangs-Ausgangs-Beschreibung im Frequenzbereich.- 2.2.3.1 Definition, Eigenschaften und Rechenregeln der Fourier-Transformation.- 2.2.3.2 Anwendung der Fourier-Transformation auf lineare Übertragungsglieder.- 2.2.3.3 Berechnung und Messung des Frequenzgangs.- 2.2.3.4 Graphische Darstellung des Frequenzgangs.- 2.2.4 Zustandsbeschreibung linearer Übertragungsglieder.- 2.2.4.1 Systembeschreibung durch Zustandsvariable.- 2.2.4.2 Lösung der Vektordifferentialgleichung.- 2.2.4.3 Eigenschaften der Transitionsmatrix.- 2.2.4.4 Berechnung der Transitionsmatrix.- 2.2.4.5 Übertragungsfunktion und Zustandsdarstellung.- 2.2.4.6 Digitale Simulation.- 2.3 Lineare Übertragungsglieder der Regelungstechnik.- 2.3.1 Elementare Übertragungsglieder.- 2.3.1.1 Rationale Übertragungsglieder.- 2.3.1.2 Nichtrationale Übertragungsglieder.- 2.3.2 Zusammenschalten von Übertragungsgliedern.- 2.3.2.1 Parallelstruktur.- 2.3.2.2 Kettenstruktur.- 2.3.2.3 Kreisstruktur.- 2.3.2.4 Umformen von Wirkungsplänen.- 2.3.3 Nichtelementare rationale Übertragungsglieder.- 2.3.3.1 Rationale Übertragungsglieder erster Ordnung.- 2.3.3.2 Rationale Übertragungsglieder zweiter Ordnung.- 2.3.4 Approximation linearer Übertragungsglieder.- 2.3.4.1 Approximation im Zeitbereich.- 2.3.4.2 Approximation im Bildbereich.- 2.3.5 Stabilität linearer Übertragungsglieder.- 2.3.5.1 Stabilitätsdefinitionen.- 2.3.5.2 Stabilitätsprüfung mittels der Übertragungsfunktion.- 2.3.5.3 Algebraische Stabilitätskriterien.- 2.3.6 Parameterempfindlichkeit linearer Übertragungsglieder.- 3 Lineare kontinuierliche Regelkreise.- 3.1 Struktur und Eigenschaften des einschleifigen Regelkreises.- 3.1.1 Struktur und Übertragungsverhalten.- 3.1.2 Stabilität.- 3.1.2.1 Stabilitätskriterien.- 3.1.2.2 Algebraische Stabilitätsprüfung.- 3.1.2.3 Stabilitätsprüfung mittels der Ortskurve des Frequenzgangs.- 3.1.2.4 Stabilitätsprüfung im Bode-Diagramm.- 3.1.3 Stationäre Genauigkeit.- 3.1.4 Transientes Verhalten.- 3.1.4.1 Kenngrößen der Übergangsfunktion.- 3.1.4.2 Kenngrößen der Übergangsfunktion des Verzögerungsgliedes 2. Ordnung.- 3.1.5 Parameterempfindlichkeit.- 3.2 Entwurf einschleifiger Regelkreise.- 3.2.1 Grundlagen des Reglerentwurfs.- 3.2.1.1 Allgemeine Aspekte des Reglerentwurfs.- 3.2.1.2 Entwurfsforderungen.- 3.2.1.3 Entwurfsverfahren.- 3.2.2 Reglerentwurf bei vorgegebenem Übertragungsverhalten des Regelkreises.- 3.2.2.1 Entwurfsspezifikationen.- 3.2.2.2 Entwurf auf vorgegebenes Führungsverhalten.- 3.2.2.3 Entwurf auf vorgegebenes Führungs- und Störverhalten.- 3.2.3 Reglerentwurf mit der Übertragungsfunktion des offenen Regelkreises.- 3.2.3.1 Entwurfsspezifikationen.- 3.2.3.2 Entwurf von Kompensationsreglern.- 3.2.4 Reglerentwurf durch Parameteroptimierung.- 3.2.4.1 Optimierungskriterien.- 3.2.4.2 Minimierung der quadratischen Regelfläche.- 3.2.4.3 Numerische Berechnung der optimalen Reglerparameter.- 3.2.5 Realisierung linearer Regler mit Operationsverstärkern.- 3.2.5.1 Eigenschaften des Operationsverstärkers.- 3.2.5.2 Beschaltung des Operationsverstärkers.- 3.2.5.3 Realisierung bilinearer Reglerschaltungen.- 3.2.5.4 Kanonische Realisierung rationaler Übertragungsfunktionen.- 3.3 Entwurf einschleifiger Regelkreise mit erweiterter Struktur.- 3.3.1 Regelung mit Störgrößenaufschaltung.- 3.3.2 Regelung mit Hilfsstellgröße.- 3.4 Entwurf mehrschleifiger Regelkreise.- 3.4.1 Regelung mit Hilfsregelgröße (Kaskadenregelung).- 3.4.1.1 Struktur und Übertragungsverhalten der Kaskadenregelung.- 3.4.1.2 Auslegung der Kaskadenregelung.- 3.4.2 Zustandsregelung.- 3.4.2.1 Struktur der Zustandsregelung.- 3.4.2.2 Berechnung des Zustandsreglers nach dem Verfahren der Polvorgabe.- 3.4.2.3 Schätzung des Systemzustands.- 4 Abtastregelungen.- 4.1 Mathematische Beschreibung von Abtastvorgängen.- 4.1.1 Abtastvorgänge in technischen Systemen.- 4.1.2 Mathematische Beschreibung von Abtaster und Halteglied.- 4.2 Die z-Transformation zur Beschreibung von Abtastsystemen.- 4.2.1 Definition der z-Transformation.- 4.2.2 Beispiele für die Ermittlung von z-Transformierten.- 4.2.3 Rechenregeln der z-Transformation.- 4.2.3.1 Regeln zur Differenzbildung.- 4.2.3.2 Summationsregel.- 4.2.3.3 Faltungsregel.- 4.2.4 z-Übertragungsfunktionen zusammengesetzter Abtastsysteme.- 4.2.5 Anwendung der z-Transformation auf Abtastregelungen.- 4.2.6 Stabilitätsprüfung von Abtastsystemen im z-Bereich.- 4.2.6.1 Pol-Nullstellen-Verteilung von z-Transformierten.- 4.2.6.2 Stabilitätsdefinitionen.- 4.2.6.3 Algebraische Stabilitätskriterien.- 4.2.6.4 Grafische Stabilitätsprüfung mit dem Wurzelortskurvenverfahren.- 4.2.6.5 Übergangsverhalten von Abtastregelkreisen.- 4.3 Entwurf von Abtastregelungen im Frequenzbereich.- 4.3.1 Frequenzkennliniendarstellung von Abtastsystemen.- 4.3.1.1 Einführung der w-Ebene.- 4.3.1.2 w-Übertragungsfunktion und Abtast-Frequenzgang.- 4.3.1.3 Veranschaulichung des Abtast-Frequenzganges.- 4.3.2 w-Übertragungsfunktionen von Abtastsystemen mit Halteglied.- 4.3.2.1 w-Übertragungsfunktionen von P-T2-Gliedern.- 4.3.2.2 w-Übertragungsfunktionen proportionaler Abtastsysteme.- 4.3.2.3 w-Übertragungsfunktionen integrierender Abtastsysteme.- 4.3.2.4 w-Übertragungsfunktionen von Totzeitgliedern.- 4.3.3 w-Übertragungsfunktionen von Abtastreglern.- 4.3.3.1 Regelalgorithmen 1. Ordnung.- 4.3.3.2 Übergangsfunktion und Abtast-Frequenzgang beim PD-Regelalgorithmus.- 4.3.3.3 Veranschaulichung des Abtast-Frequenzganges beim PD-Regelalgorithmus.- 4.3.3.4 PI-Regelalgorithmus.- 4.3.3.5 Regelalgorithmen 2. Ordnung.- 4.3.4 Anpassungsbedingungen für Abtastregelungen.- 4.3.4.1 Stabilitätsprüfung mit dem Nyquist-Kriterium.- 4.3.4.2 Anpassungsbedingungen aus Referenzsystem.- 4.3.4.3 Anwendung der Methode der Anpassungsbedingungen.- 4.3.4.4 Vergleichende Ergebnisse mit der Methode der Anpassungsbedingungen.- 4.4 Digitale Regelungen.- 4.4.1 Struktur und Aufbau digitaler Regelungen.- 4.4.1.1 Aufbau und Wirkungsweise von Prozeßrechnern.- 4.4.1.2 Analog-Digital-Umsetzer als Eingabegeräte für den Prozeßrechner.- 4.4.1.3 Digital-Analog-Umsetzer als Ausgabegeräte für den Prozeßrechner.- 4.4.2 Quasikontinuierliche Regelalgorithmen nach der Rechteckregel.- 4.4.2.1 Stellungs- und Geschwindigkeits-Algorithmus mit der Rechteck-Regel.- 4.4.2.2 Ergebnisse mit der Rechteck-Regel.- 4.4.3 Quasikontinuierliche Regelalgorithmen mit der Trapezregel und Berücksichtigung des Abtast-Haltegliedes.- 4.4.3.1 Frequenzgang von Abtaster und Halteglied.- 4.4.3.2 Regelalgorithmen 1. Ordnung.- 4.4.3.3 Regelalgorithmen 2. Ordnung.- 4.4.3.4 PI- und PID-Regelalgorithmen in Summenform.- 4.4.3.5 Dimensionierung quasikontinuierlicher Abtastregler.- 4.4.3.6 Wahl der Abtastzeit.- 4.4.3.7 Zusammenfassung> und Vergleich.- DIN-Normblätter (Auswahl).- Formelzeichenliste (Größen, Koeffizienten und Kennwerte).- Schreibweise der zeit- bzw. frequenzabhängigen Größen.- Schreibweise der Übertragungsfunktionen und Frequenzgänge.- Indizes.

Über den Autor

Prof. Dr.-Ing. Frank Dörrscheidt, Universität - Gesamthochschule Paderborn; Leiter Fachgebiet Regelungstechnik Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Latzel, Universität - Gesamthochschule Paderborn


ISBN 3-322-84880-9

ISBN 978-3-322-84880-2

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