
Regelungstechnik in der Biotechnologie
Beschreibung
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What is the best way to automate experiment processes and equipment? The basis for this is control engineering, which is explained here by looking at example processes from biotechnology. The PID controller is explained with a solid mathematical foundation and practical examples. Advanced control strategies, such as feed forward control, cascade control, and ratio control, are employed to tackle more complex problems.
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Inhalt
- Intro
- Vorwort
- Inhalt
- 1 Einführung
- 1.1 Beispiele aus der Biotechnologie
- 1.2 Automatisierungstechnik
- 1.3 Regelungstechnik
- 1.4 Überblick
- 2 Der einfache Regelkreis
- 2.1 Negatives Feedback
- 2.2 Massenstromregelung
- 2.3 Zweipunktregler
- 2.4 Wichtige Begriffe und Symbole
- 2.5 Aufgaben
- 3 Dynamische Prozesse im Zeitbereich
- 3.1 Füllstand in einem Behälter
- 3.2 Massenstrom in einer Rohrleitung
- 3.3 Temperatur in einem Rührreaktor
- 3.4 Zellwachstum in einem Bioreaktor
- 3.5 Allgemeine Differentialgleichungen
- 3.6 Aufgaben
- 4 Dynamische Prozesse im Frequenzbereich
- 4.1 Laplace-Transformation
- 4.2 Wichtige Eingangssignale
- 4.3 Übertragungsfunktionen
- 4.4 Stabilität
- 4.5 Aufgaben
- 5 Wichtige Prozesstypen
- 5.1 Prozesse 1. Ordnung (PT1)
- 5.2 Integrierende Prozesse
- 5.3 Prozesse 2. Ordnung
- 5.3.1 Nicht schwingfähiger Prozess (d1)
- 5.3.2 Schwingfähiger Prozess (0&d&1)
- 5.3.3 Oszillierender Prozess (d=0)
- 5.4 Dynamik von Nullstellen
- 5.4.1 Nullstelle bei Prozessen 1. Ordnung
- 5.4.2 Nullstellen bei Prozessen 2. Ordnung
- 5.5 Totzeitprozesse
- 5.6 Aufgaben
- 6 Analyse des geschlossenen Regelkreises
- 6.1 Eigenschaften von Übertragungsfunktionen
- 6.2 Führungs- und Störübertragungsfunktion
- 6.3 Charakteristische Gleichung
- 6.4 Kriterien zur Bewertung der Regelgüte
- 6.5 Aufgaben
- 7 PID-Regler
- 7.1 Definitionen
- 7.1.1 P-Regler
- 7.1.2 I-Anteil
- 7.1.3 D-Anteil
- 7.1.4 PID-Regler im Zeit- und Frequenzbereich
- 7.2 Einstellregeln des PID-Reglers
- 7.2.1 Wahl der Reglerstruktur
- 7.2.2 Manuelles Einstellen
- 7.2.3 Einstellregeln für Prozesse mit Ausgleich
- 7.2.4 Einstellregeln für Prozesse ohne Ausgleich
- 7.3 Anpassung des idealen PID-Reglers
- 7.3.1 Modifizierung des P- und D-Anteils
- 7.3.2 Integral-Windup
- 7.3.3 Regler im Handbetrieb (Manual Mode)
- 7.3.4 Implementierung des PID-Reglers
- 7.4 Aufgaben
- 8 Zusätzliche Kompensation von Störgrößen
- 8.1 Störgrößenaufschaltung (Feedforward)
- 8.1.1 Bestimmung der Feedforward-Reglerverstärkung Kf
- 8.1.2 Implementierung des Feedforward-Reglers
- 8.2 Kaskadenregelung
- 8.2.1 Einstellen der PID-Parameter einer Kaskadenregelung
- 8.2.2 Verbesserung der Regelgüte
- 8.3 Kaskadenregelung und Feedforward
- 8.4 Verstärkungsplanung
- 8.4.1 Implementierung und Wahl der Reglerparameter
- 8.4.2 Verstärkungsplanung für nichtlineare Prozesse
- 8.5 Aufgaben
- 9 Lösungen
- Kapitel 2
- Kapitel 3
- Kapitel 4
- Kapitel 5
- Kapitel 6
- Kapitel 7
- Kapitel 8
- Literatur
- Stichwortverzeichnis
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