
Einstieg in die Regelungstechnik mit Python
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Inhalt
- Intro
- Inhalt
- 1 Einführung
- 1.1 Das Prinzip der Steuerung
- 1.2 Das Prinzip der Regelung
- 1.3 Signale und Komponenten des Regelkreises
- 1.4 Klassifikation von Regelungen
- 1.5 Regelungsstrategien
- 1.6 "Beste" Einstellung eines Reglers
- 1.7 Statisches Übertragungsverhalten
- 1.8 Dynamisches Verhalten linearer Übertragungsglieder
- 1.9 Besondere Führungsgrößen
- 1.10 Störmodelle
- 1.11 Vorgehensmodell Reglerentwurf
- 2 Einführung Python und Pakete
- 2.1 Python
- 2.2 Matplotlib
- 2.3 NumPy
- 2.4 SciPy
- 2.5 Python Control Systems Library
- 2.6 SymPy und SymPy Control
- 2.7 Grafische Programmierung
- 2.8 MicroPython
- 3 Mathematische Modelle
- 3.1 Lösung der Differenzialgleichung mithilfe eines Simulators
- 3.2 Lösung der Differenzialgleichung mithilfe der Laplace-Transformation
- 3.2.1 Regeln für das Rechnen mit Übertragungsfunktionen
- 3.2.2 Anfangswert- und Endwertsätze
- 3.3 Frequenzgang
- 3.3.1 Berechnung und Messung des Frequenzgangs
- 3.3.2 Darstellung des Frequenzgangs in der Ortskurve
- 3.3.3 Darstellung des Frequenzgangs im Bode-Diagramm
- 3.4 Python-Beispiel
- 3.5 Mathematische Signalmodelle
- 3.6 Elementare Übertragungsglieder
- 3.6.1 Proportionalglied (P-Glied)
- 3.6.2 Integrierendes Glied (I-Glied)
- 3.6.3 Differenzierendes Glied (D-Glied)
- 3.6.4 Totzeitglied (Tt-Glied)
- 3.6.5 Nicht lineare Übertragungsglieder
- 3.7 Wirkungsplan-Elemente der Elektrotechnik
- 4 Regelstrecken
- 4.1 Verzögerungsglied 1. Ordnung (P-T1-Glied)
- 4.2 Verzögerungsglied n-ter Ordnung (P-Tn-Glied)
- 4.3 Verzögerungsglied 2. Ordnung (P-T2-Glied)
- 4.4 Totzeit-Strecke mit Verzögerung
- 4.5 Integrale Strecke mit Verzögerung (I-T1-Glied)
- 4.6 Lead-Lag-Glied
- 4.7 Das allgemeine rationale Übertragungsglied
- 4.8 Strecke ohne Ausgleich: Beispiel Fahrzeuglenkung
- 4.9 Strecke mit Ausgleich: Beispiel DC-Motor
- 4.10 Nicht lineare Strecke mit Ausgleich: Beispiel Fahrzeug
- 4.11 Nicht lineare Strecke mit Ausgleich: Beispiel Tiefsetzsteller
- 4.12 Identifikation dynamischer Systeme mit Python
- 5 PID-Regler
- 5.1 PI-Regler
- 5.2 PD-Regler
- 5.3 PD-T1-Regler
- 5.4 PID-Regler
- 5.5 PID-T1-Regler
- 5.6 Industrielle PID-Regler
- 5.6.1 Kompaktregler
- 5.6.2 Regler-Software-Baustein
- 5.6.3 Servo-Regler
- 6 Reglerentwurf
- 6.1 Stationäres Regelkreisverhalten
- 6.2 Dynamisches Regelkreisverhalten
- 6.3 Stabilität
- 6.4 Frequenzkennlinienverfahren
- 6.5 Kompensationsreglerentwurf
- 6.6 Entwurfsverfahren für PID-Regler
- 6.6.1 PID-Kompensationsregler
- 6.6.2 Das Betragsoptimum
- 6.6.3 Einstellregel nach Ziegler und Nichols
- 6.6.4 T-Summen-Einstellregel
- 6.6.5 Einstellregel von Chien, Hrones und Reswick
- 6.7 Regelung von I-T1-Strecken
- 6.8 Regelung von Strecken mit Totzeit
- 6.9 Numerische Optimierung der Reglerparameter
- 6.9.1 Optimierung mithilfe von evolutionären Algorithmen
- 6.9.2 Numerische Optimierung für den robusten Entwurf
- 7 Besondere Strukturen der Regelungstechnik
- 7.1 Störgrößenaufschaltung
- 7.1.1 Statische Störgrößenaufschaltung
- 7.1.2 Dynamische Störgrößenaufschaltung
- 7.2 Kaskadenregler
- 7.3 Regelkreis mit Vorfilter und Vorsteuerung
- 7.4 Regler in der Rückführung
- 7.5 Entkopplung von Mehrgrößensystemen
- 7.6 Schaltende Regler
- 7.7 Zustandsraumbeschreibung
- 7.7.1 Einführung Zustandsraum
- 7.7.2 Zustandsraummodell DC-Motor
- 7.7.3 Ähnlichkeitstransformation
- 7.8 Zustandsregler
- 7.8.1 Struktur eines Zustandsreglers
- 7.8.2 Entwurf Zustandsregler
- 7.8.3 Beispiel Portalkran
- 7.9 Beobachter
- 7.10 Modellreduktion
- 8 Digitale Regelungen
- 8.1 Analog-Digital-Wandlung
- 8.2 Signale des digitalen Regelkreises
- 8.3 Mathematische Beschreibung des Abtastvorgangs
- 8.3.1 Abtasttheorem von Shannon
- 8.3.2 Wahl der Abtastzeit
- 8.3.3 Abtast-Halteglied
- 8.4 Diskretisierung linearer Systeme
- 8.4.1 Diskretisierung P-T1-Glied
- 8.4.2 Diskretisierung I-Glied
- 8.5 Diskretisierte Grundregler
- 8.5.1 Diskretisierter P-Regler
- 8.5.2 Diskretisierter I-Regler
- 8.5.3 Diskretisierter PI-Regler
- 8.5.4 Diskretisierter D-T1-Regler
- 8.6 Regleralgorithmen
- 8.7 Z-Transformation
- 8.8 Stabilität zeitdiskreter Systeme
- 8.9 Bilineare Transformation
- 8.10 Entwurf digitaler Regler
- 8.11 Motion Control
- 9 Beispiele und Aufgaben
- 9.1 Beispiele
- 9.1.1 Temperaturregelstrecke
- 9.1.2 Drehzahlregelung Elektromotor
- 9.1.3 Pendel
- 9.1.4 Dreifachkaskade
- 9.1.5 Querdynamikregelung
- 9.1.6 Regler Beispiel RC-Netzwerk
- 9.1.7 Beobachter
- 9.2 Aufgaben
- 9.2.1 Rechnen mit Wirkungsplänen und Übertragungsfunktionen
- 9.2.2 Elektrische Netzwerke
- 9.2.3 Bestimmung von Kenngrößen
- 9.2.4 Berechnung der Sprungantwort
- 9.2.5 Verhalten von PID-Reglern
- 9.2.6 Berechnung von Regelkreisen
- 9.2.7 Reglerentwurf
- 9.2.8 Diskretisierung von Systemen
- 9.2.9 Modellbildung und Reglerentwurf
- 9.3 Lösungen der Übungsaufgaben
- 10 Anhang
- 10.1 Laplace-Korrespondenztabelle
- 10.2 Berechnung der Sprungantwort eines P-T2-Gliedes
- 10.3 Bestimmung der Überschwingweite eines P-T2-Gliedes
- 10.4 Reglerentwurf gemäß Betragsoptimum
- 10.5 Installation der Software
- 10.6 Jupyter Notebooks
- 10.7 Input Output Systems ioSys
- 10.8 Formelzeichen
- 10.9 Abkürzungen
- 10.10 Literatur
- Index
- Die wichtigsten Python-Funktionen bzw. Methoden
Systemvoraussetzungen
Dateiformat: PDF
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