Regelungstechnik für Dummies
2nd Edition
Published on 7. August 2019
Book
Paperback/Softback
440 pages
978-3-527-71679-1 (ISBN)
Description
Auch wenn der Name sehr geordnet klingt, es ist gar nicht so einfach, die Regelungstechnik geregelt zu kriegen. Damit es Ihnen dennoch gelingt, erklärt Erwin Hasenjäger Schritt für Schritt und mit zahlreichen Beispielen, was Sie über dieses Thema unbedingt wissen sollten. Sie erfahren, welche Reglertypen es gibt, wieso Simulationen so wichtig sind, was es mit Schwingungen sowie Dynamik auf sich hat und vieles mehr. Natürlich kommen dabei auch die mathematischen Grundlagen und die passende Software nicht zu kurz. So ist "Regelungstechnik für Dummies" der perfekte Einstieg in dieses komplexe Thema.
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Person
Erwin Hasenjäger promovierte auf dem Gebiet der Regelungstechnik und ist seit 1985 Professor an der FH Bingen im Fachbereich Technik, Informatik und Wirtschaft. Er ist Leiter des Studiengangs Maschinenbau und lehrt Automatisierungstechnik, Mechatronik, Qualitätsmanagement und Simulationstechnik
Content
UEber den Autor 9
Einfuehrung 23
UEber dieses Buch 23
Konventionen in diesem Buch 23
Wie dieses Buch aufgebaut ist 24
Teil I: Der Einstieg in ein spannendes Fach 24
Teil II: Theorie kann praktisch sein 24
Teil III: Der Regelkreis hat Ecken 25
Teil IV: Alles gleichzeitig regeln 25
Teil V: Optimales, Menschliches und Hilfreiches 26
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 26
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 26
Wie es weitergeht 27
Teil I: Der Einstieg in ein spannendes Fach 29
Kapitel 1 Das Ganze im UEberblick 31
Koenigsdisziplin der Automatisierung 31
Das Servicehaus 32
Messen, Steuern, Regeln 33
Aktoren und Sensoren 34
Regelungen in Technik und Natur 35
Das Prinzip Rueckmeldung 36
Alles ist in Bewegung 38
Die Aufgaben von Regelungen 39
Die Regelstrecke 39
Die drei Schritte zu Regelungen 40
Es gibt viel zu tun 40
Viele Partner in einem Kreis 42
Prozess und Regelung im Wechselspiel 45
Kapitel 2 Ein Beispiel zum Einstieg 47
Am Anfang steht der Auftrag 47
Den Prozess gut kennenlernen 50
Modelle sind hilfreich 51
Moeglichst auch Messungen machen 53
Theorie und Praxis zusammenfuehren 54
Den Regelkreis schliessen 55
Alles eine Frage der Einstellung 58
Ein paar Dinge sind schon klar geworden 60
Kapitel 3 Das Grundwissen fuer die Regelungstechnik 61
Der komplette Regelkreis 61
Die Komponenten 62
Fragen zum Entwurf 63
Testsignale fuer den Regelkreis 64
Einfach mal einschalten 65
Hochlaufen lassen 66
Harmonisch schwingen 66
Das Verhalten der Regelstrecke 68
Prominente Modelle 70
Lineares bevorzugt 76
Stabil oder nicht 77
Reglertypen 79
Bei Reglern gibt es Standards 80
Manchmal genuegt schalten 83
Wuensche erfuellen 85
Teil II: Theorie kann praktisch sein 87
Kapitel 4 Schnell fertig mit Mathe 89
Differenziale machen dynamisch 89
Unterschiedlich und doch aehnlich 90
Da steckt alles drin 93
Systeme sich selbst ueberlassen 94
Steckbriefe der Dynamik 96
Schnell zu den Eigenwerten 97
Komplexe Zahlen 98
Stabile Bekannte 101
Algebra ist einfacher 103
Eine sehr brauchbare Transformation 104
Dynamik im Bildbereich 106
Der Weg zurueck 107
Ein zentraler Begriff 108
Kapitel 5 Die Algebra der Regelungstechnik 111
Die UEbertragungsfunktion im Fokus 111
Oben und unten 112
Wohin die Reise geht 113
Haeufige Vertreter 114
Einfacher Zusammenbau 114
In Reihe 115
Nebeneinander 117
Im Kreis 118
Der Regelkreis im Bildbereich 119
Zusammenschalten von Regler und Strecke 119
An Zaehler und Nenner denken 120
Hilfreiches Programm 121
MATLAB - weltweit 122
Die Arbeitsweise 122
Polynome 123
Der Werkzeugkasten fuer die Regelungstechnik 124
UEbertragungsfunktionen - noch einmal 124
Der Regelkreis mit MATLAB 125
Dynamik sichtbar machen 126
Bloecke zusammenschalten 128
Kapitel 6 Alles schwingt 131
Schwingung rein, Schwingung raus 131
Der Gang mit der Frequenz 132
Auch hier wird Dynamik einfach 134
Mehr zu komplexen Zahlen 135
Vom einen zum anderen 136
Ein Beispiel aus der Mechanik 137
Der Antrieb erzeugt Schwingungen 137
Die Bilanz fuehrt zum Modell 137
Der Frequenzgang zeigt die Resonanz 139
Der Frequenzgang grafisch 141
Die Ortskurve 141
Das Bode-Diagramm 146
Einen Schwinger schwingend anregen 150
... und wieder helfen Programme 151
Mit Asymptoten arbeiten 152
Wie Asymptoten entstehen 152
Wichtige Typen schnell erkennen 153
Einfaches Zusammenschalten und Zerlegen 156
Kapitel 7 Zustaende kompakt 161
Zustaende, Vektoren und Matrizen 161
Mehrere Aufgaben gleichzeitig 161
Attraktive Modelle 163
Alles in einer Zeile 165
Die ABCD-Form 166
MIMO und SISO 167
Die beteiligten Matrizen 167
Drei Tanks 169
Fluessigkeitsbilanzen 169
Kompaktes Modell 170
Probelauf mit dem Modell 170
Loesung der Zustandsgleichung 172
Erst mal skalar betrachten 173
Numerisch integrieren 175
Jetzt vektoriell 176
Potenzreihe der Exponentialfunktion 177
Die Berechnung der Fundamentalmatrix 177
Das vektorielle Modell im Block 179
Kapitel 8 Mehr zu den Zustaenden 181
Eigenheiten, Eigenwerte, Eigenverhalten 181
Zunaechst die Zustaende 182
Weg 1: Bilanzen aufstellen 183
Weg 2: Freiheitsgrade beschreiben 184
Weg 3: Differenzialgleichung umbauen 186
Weg 4: Blockdiagramm auswerten 186
Veraenderliches und Konstantes 187
Zustaende aendern 187
Die Inverse einer Matrix 188
Transformation fuer alles 190
Systemeigenschaften bleiben erhalten 190
Normale Formen 192
Regelungsnormalform 193
Beobachternormalform 194
Steuerbares und Beobachtbares 195
Verschiedene Kategorien 195
Pruefung der Steuerbarkeit 197
Pruefung der Beobachtbarkeit 197
Teil III: Der Regelkreis hat Ecken 201
Kapitel 9 Das Regeln in einer Schleife 203
Struktur und Aufgaben 203
Der Standard 203
Die Aufgaben 205
Stabilitaet: Ein Polynom mit Charakter 206
Hurwitz gibt Auskunft 208
Nyquist kann schon mehr 211
Den Regelkreis kurz oeffnen 211
Stabiles Verhalten erwuenscht 212
Reserven sind wichtig 214
Stabilitaet numerisch pruefen 216
Vorbereitungen 216
Ein Standardregelkreis mit MATLAB 216
Regeldifferenzen vermeiden 218
Die drei Einfluesse 218
Und so geht es 220
Dynamik vorgeben 223
Die Regelgroesse darf etwas ueberschwingen 223
Kein UEberschwingen erlaubt 225
Kapitel 10 Die richtige Reglereinstellung 227
PID - der Klassiker 227
Drei Kanaele 228
Drei Wirkungen 231
Ein Regler, der alles kompensiert 232
Etwas Algebra 232
Die Methode ist fertig 234
Was zu beachten ist 239
Vorgabe von Eigenwerten 239
Der Nenner ist wichtig 239
... und so wird es gemacht 241
Entwuerfe im Bode-Diagramm 243
Die Reihenschaltung 243
Der P-Anteil kommt zuerst 244
Dann folgt der I-Anteil 244
Schliesslich kommt der D-Anteil 245
Das Bode-Diagramm mit MATLAB 247
Praktische Regeln 247
Die T-Summen-Regel 248
Die Herren Chien, Hrones und Reswick 250
Das Ziegler-Nichols-Verfahren 252
Probieren mit Erfahrung 252
Kapitel 11 Erweiterte Regelkreise 255
Regelkreise in einer Kaskade 255
Zusaetzliche Information aus der Regelstrecke 256
Zwei geschachtelte Regelkreise 256
Antriebsregelung mit Kaskadenstruktur 258
Einer fuer alle 258
Von innen nach aussen 259
Regelkreise fuer Drehzahl und Winkel genauer betrachtet 261
Vorgabe von Fuehrungsgroessen 262
Weitere Strukturen 263
Sollwerte direkt beruecksichtigen 263
Den Regler unterstuetzen 264
Stoerungen erkennen und dagegenhalten 266
Split-Range-Regelung 267
Zwei Groessen gleichzeitig regeln 269
Verkoppelte Regelgroessen 269
Abhaengigkeiten darstellen 270
Abhaengigkeiten beseitigen 270
Kapitel 12 Regeln mit Rechnern 275
Regler werden zu Programmen 275
Von der Hardware zur Software 276
Signale im Rechner 279
Analoges und Digitales 280
Vom Kontinuierlichen zum Diskreten 280
Der Rechner kennt keine Differenziale 282
Es bleiben die Grundrechenarten 282
Was aus der Differenzialgleichung wird 283
Rekursives 283
Diskrete Regler 284
Der diskrete I-Regler 284
Der diskrete PID-T1-Regler 285
Programmierung 286
Diskrete UEbertragungsfunktionen 288
Grosse Abtastzeiten und eine neue Transformation 288
Diskretisieren mit MATLAB 288
Vorteile und Nachteile 291
Kapitel 13 Digitale Regelgeraete 293
Regelungstechnische Datenverarbeitung 293
Regler und Rechner 294
Signale fuer die digitalen Regler 295
Prozentiges 296
Kompaktregler 297
So kann er aussehen 298
Funktionen auswaehlen 299
Wichtiges Umschalten 300
Stoergroessen aufschalten 301
Schaltende Regler 302
Zwei Regler mit einer Aufgabe 303
Verhaeltnisse regeln 303
Was noch gebraucht wird 305
Sollwerte und Stellgroessen zuegeln 305
Den I-Anteil begrenzen 306
Nichtlineares am Eingang 306
Teil IV: Alles gleichzeitig regeln 309
Kapitel 14 Die Regelung von Zustaenden 311
Rueckfuehrung des Systemzustands 311
Zwei Zustaende eines Wagens 311
Die Regelung der zwei Zustaende 313
Vorgabe der Regeldynamik 315
Eigenwertvorgaben leicht gemacht 318
Eine Stellgroesse 319
Es geht noch einfacher 321
Und jetzt fuer mehrere Stellgroessen 322
Sollzustaende erreichen 322
Aufschalten von Sollzustaenden 322
Pseudo 324
In Bildern denken 325
Der Zwei-Massen-Schwinger 326
Der Versuchsaufbau 326
Die Mechanik 327
Aktiv daempfen 329
Positionieren 331
Simulieren 332
Kapitel 15 Zustandsbeobachter ersetzen Messungen 335
Mit Modellen schaetzen 335
Das Modell laeuft mit 336
Zustaende beobachten 337
Den Beobachter ebenfalls regeln 338
Nur eine Frage der Dimension 338
Berechnung von Beobachtern 339
Die regelnde Fehlerrueckfuehrung 339
Die Rueckfuehrung berechnen 341
Bei einer Messgroesse ist es einfach 342
Beobachter an einer Ruehrkesselkaskade 343
Die Zustandsgleichungen 343
Beobachtbar? 344
Eigenwerte platzieren 344
Ein Test des Beobachters 345
Regeln mit Beobachtern 345
Die Kombination 346
Der richtige Entwurf 346
Beobachter und Regler an einem Antrieb 347
Eine Schwingerkette 347
In zehn Schritten zum Ziel 348
Kapitel 16 Integrales und Digitales 357
Zustandsregler mit I-Anteil 357
Der Zustandsregler wird ergaenzt 357
Die Erweiterung 359
Konkret 360
UEbrigens ... 362
Diskretes fuer den Rechner 362
Prozess und Rechner 362
Der leichte UEbergang 363
Der Entwurf findet im Kontinuierlichen statt 365
... auch fuer den Beobachter 369
Teil V: Optimales, Menschliches und Hilfreiches 371
Kapitel 17 Optimal - besser geht es nicht 373
Das Prinzip der Optimierung 373
Begriffe der Optimierung 373
Draht biegen 374
Optimierung von Reglern 375
Optimieren heisst: Kompromisse schliessen 375
Quadrate werden nicht negativ 376
Ein optimaler P-Regler 378
Die Guetefunktion und das Optimum 380
Optimale Zustandsregler 381
Guetefunktion mit Vektoren 381
Es wird dem Rechner ueberlassen 382
Kapitel 18 Fuzzy-Regler mit menschlichen Zuegen 385
Scharfes und Unscharfes 386
Eine neue Mengenlehre 386
Typische Fuzzy-Mengen 388
Fuzzifizierung - Schritte ins Unscharfe 390
Mit Fuzzy-Mengen regeln 391
Drei Teile 391
Ein Abstandsautomat 392
Die Regelbasis 394
Die Inferenz 396
Die Defuzzifizierung 398
Ein Vergleich 400
Vorteile 400
Nachteile 400
Nicht nur fuer die Regelungstechnik 401
Kapitel 19 Hilfreiche Software fuer die Regelungstechnik 403
MATLAB und seine Toolboxes 403
Ein kurzer UEberblick 404
Zum Schmoekern 405
Scilab - der umfangreiche Werkzeugkasten 405
Drei Moeglichkeiten 405
Jede Menge Funktionen 408
Die Paletten von Xcos 410
Zum Schmoekern 411
Mit WinFACT alle Register ziehen 412
Der ganze Baukasten 412
Mit BORIS geht es los 414
Fuzzy-Regelung mit BORIS und FLOP 415
Zum Schmoekern 420
Virtuelle Instrumente mit LabVIEW bauen 420
Aussen und innen 420
Auf den Paletten stapelt es sich 422
Ein Schrank voller Instrumente 424
Regelkreise 424
Ein Werkzeugkasten fuer Reglerentwurf und Simulation 426
Zum Schmoekern 428
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 429
Kapitel 20 Zehn Toptipps zur Regelungstechnik 431
Merkregeln 431
Tipps fuer Studenten 431
Hinweise fuer den Praktiker 432
Damit wir uns nicht missverstehen 432
Schoene Gesellschaften 433
Brauchbares Internet 433
Feine Videos 433
Let's talk in English 435
Zum Blaettern 437
Zum Vertiefen 437
Stichwortverzeichnis 439
Einfuehrung 23
UEber dieses Buch 23
Konventionen in diesem Buch 23
Wie dieses Buch aufgebaut ist 24
Teil I: Der Einstieg in ein spannendes Fach 24
Teil II: Theorie kann praktisch sein 24
Teil III: Der Regelkreis hat Ecken 25
Teil IV: Alles gleichzeitig regeln 25
Teil V: Optimales, Menschliches und Hilfreiches 26
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 26
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 26
Wie es weitergeht 27
Teil I: Der Einstieg in ein spannendes Fach 29
Kapitel 1 Das Ganze im UEberblick 31
Koenigsdisziplin der Automatisierung 31
Das Servicehaus 32
Messen, Steuern, Regeln 33
Aktoren und Sensoren 34
Regelungen in Technik und Natur 35
Das Prinzip Rueckmeldung 36
Alles ist in Bewegung 38
Die Aufgaben von Regelungen 39
Die Regelstrecke 39
Die drei Schritte zu Regelungen 40
Es gibt viel zu tun 40
Viele Partner in einem Kreis 42
Prozess und Regelung im Wechselspiel 45
Kapitel 2 Ein Beispiel zum Einstieg 47
Am Anfang steht der Auftrag 47
Den Prozess gut kennenlernen 50
Modelle sind hilfreich 51
Moeglichst auch Messungen machen 53
Theorie und Praxis zusammenfuehren 54
Den Regelkreis schliessen 55
Alles eine Frage der Einstellung 58
Ein paar Dinge sind schon klar geworden 60
Kapitel 3 Das Grundwissen fuer die Regelungstechnik 61
Der komplette Regelkreis 61
Die Komponenten 62
Fragen zum Entwurf 63
Testsignale fuer den Regelkreis 64
Einfach mal einschalten 65
Hochlaufen lassen 66
Harmonisch schwingen 66
Das Verhalten der Regelstrecke 68
Prominente Modelle 70
Lineares bevorzugt 76
Stabil oder nicht 77
Reglertypen 79
Bei Reglern gibt es Standards 80
Manchmal genuegt schalten 83
Wuensche erfuellen 85
Teil II: Theorie kann praktisch sein 87
Kapitel 4 Schnell fertig mit Mathe 89
Differenziale machen dynamisch 89
Unterschiedlich und doch aehnlich 90
Da steckt alles drin 93
Systeme sich selbst ueberlassen 94
Steckbriefe der Dynamik 96
Schnell zu den Eigenwerten 97
Komplexe Zahlen 98
Stabile Bekannte 101
Algebra ist einfacher 103
Eine sehr brauchbare Transformation 104
Dynamik im Bildbereich 106
Der Weg zurueck 107
Ein zentraler Begriff 108
Kapitel 5 Die Algebra der Regelungstechnik 111
Die UEbertragungsfunktion im Fokus 111
Oben und unten 112
Wohin die Reise geht 113
Haeufige Vertreter 114
Einfacher Zusammenbau 114
In Reihe 115
Nebeneinander 117
Im Kreis 118
Der Regelkreis im Bildbereich 119
Zusammenschalten von Regler und Strecke 119
An Zaehler und Nenner denken 120
Hilfreiches Programm 121
MATLAB - weltweit 122
Die Arbeitsweise 122
Polynome 123
Der Werkzeugkasten fuer die Regelungstechnik 124
UEbertragungsfunktionen - noch einmal 124
Der Regelkreis mit MATLAB 125
Dynamik sichtbar machen 126
Bloecke zusammenschalten 128
Kapitel 6 Alles schwingt 131
Schwingung rein, Schwingung raus 131
Der Gang mit der Frequenz 132
Auch hier wird Dynamik einfach 134
Mehr zu komplexen Zahlen 135
Vom einen zum anderen 136
Ein Beispiel aus der Mechanik 137
Der Antrieb erzeugt Schwingungen 137
Die Bilanz fuehrt zum Modell 137
Der Frequenzgang zeigt die Resonanz 139
Der Frequenzgang grafisch 141
Die Ortskurve 141
Das Bode-Diagramm 146
Einen Schwinger schwingend anregen 150
... und wieder helfen Programme 151
Mit Asymptoten arbeiten 152
Wie Asymptoten entstehen 152
Wichtige Typen schnell erkennen 153
Einfaches Zusammenschalten und Zerlegen 156
Kapitel 7 Zustaende kompakt 161
Zustaende, Vektoren und Matrizen 161
Mehrere Aufgaben gleichzeitig 161
Attraktive Modelle 163
Alles in einer Zeile 165
Die ABCD-Form 166
MIMO und SISO 167
Die beteiligten Matrizen 167
Drei Tanks 169
Fluessigkeitsbilanzen 169
Kompaktes Modell 170
Probelauf mit dem Modell 170
Loesung der Zustandsgleichung 172
Erst mal skalar betrachten 173
Numerisch integrieren 175
Jetzt vektoriell 176
Potenzreihe der Exponentialfunktion 177
Die Berechnung der Fundamentalmatrix 177
Das vektorielle Modell im Block 179
Kapitel 8 Mehr zu den Zustaenden 181
Eigenheiten, Eigenwerte, Eigenverhalten 181
Zunaechst die Zustaende 182
Weg 1: Bilanzen aufstellen 183
Weg 2: Freiheitsgrade beschreiben 184
Weg 3: Differenzialgleichung umbauen 186
Weg 4: Blockdiagramm auswerten 186
Veraenderliches und Konstantes 187
Zustaende aendern 187
Die Inverse einer Matrix 188
Transformation fuer alles 190
Systemeigenschaften bleiben erhalten 190
Normale Formen 192
Regelungsnormalform 193
Beobachternormalform 194
Steuerbares und Beobachtbares 195
Verschiedene Kategorien 195
Pruefung der Steuerbarkeit 197
Pruefung der Beobachtbarkeit 197
Teil III: Der Regelkreis hat Ecken 201
Kapitel 9 Das Regeln in einer Schleife 203
Struktur und Aufgaben 203
Der Standard 203
Die Aufgaben 205
Stabilitaet: Ein Polynom mit Charakter 206
Hurwitz gibt Auskunft 208
Nyquist kann schon mehr 211
Den Regelkreis kurz oeffnen 211
Stabiles Verhalten erwuenscht 212
Reserven sind wichtig 214
Stabilitaet numerisch pruefen 216
Vorbereitungen 216
Ein Standardregelkreis mit MATLAB 216
Regeldifferenzen vermeiden 218
Die drei Einfluesse 218
Und so geht es 220
Dynamik vorgeben 223
Die Regelgroesse darf etwas ueberschwingen 223
Kein UEberschwingen erlaubt 225
Kapitel 10 Die richtige Reglereinstellung 227
PID - der Klassiker 227
Drei Kanaele 228
Drei Wirkungen 231
Ein Regler, der alles kompensiert 232
Etwas Algebra 232
Die Methode ist fertig 234
Was zu beachten ist 239
Vorgabe von Eigenwerten 239
Der Nenner ist wichtig 239
... und so wird es gemacht 241
Entwuerfe im Bode-Diagramm 243
Die Reihenschaltung 243
Der P-Anteil kommt zuerst 244
Dann folgt der I-Anteil 244
Schliesslich kommt der D-Anteil 245
Das Bode-Diagramm mit MATLAB 247
Praktische Regeln 247
Die T-Summen-Regel 248
Die Herren Chien, Hrones und Reswick 250
Das Ziegler-Nichols-Verfahren 252
Probieren mit Erfahrung 252
Kapitel 11 Erweiterte Regelkreise 255
Regelkreise in einer Kaskade 255
Zusaetzliche Information aus der Regelstrecke 256
Zwei geschachtelte Regelkreise 256
Antriebsregelung mit Kaskadenstruktur 258
Einer fuer alle 258
Von innen nach aussen 259
Regelkreise fuer Drehzahl und Winkel genauer betrachtet 261
Vorgabe von Fuehrungsgroessen 262
Weitere Strukturen 263
Sollwerte direkt beruecksichtigen 263
Den Regler unterstuetzen 264
Stoerungen erkennen und dagegenhalten 266
Split-Range-Regelung 267
Zwei Groessen gleichzeitig regeln 269
Verkoppelte Regelgroessen 269
Abhaengigkeiten darstellen 270
Abhaengigkeiten beseitigen 270
Kapitel 12 Regeln mit Rechnern 275
Regler werden zu Programmen 275
Von der Hardware zur Software 276
Signale im Rechner 279
Analoges und Digitales 280
Vom Kontinuierlichen zum Diskreten 280
Der Rechner kennt keine Differenziale 282
Es bleiben die Grundrechenarten 282
Was aus der Differenzialgleichung wird 283
Rekursives 283
Diskrete Regler 284
Der diskrete I-Regler 284
Der diskrete PID-T1-Regler 285
Programmierung 286
Diskrete UEbertragungsfunktionen 288
Grosse Abtastzeiten und eine neue Transformation 288
Diskretisieren mit MATLAB 288
Vorteile und Nachteile 291
Kapitel 13 Digitale Regelgeraete 293
Regelungstechnische Datenverarbeitung 293
Regler und Rechner 294
Signale fuer die digitalen Regler 295
Prozentiges 296
Kompaktregler 297
So kann er aussehen 298
Funktionen auswaehlen 299
Wichtiges Umschalten 300
Stoergroessen aufschalten 301
Schaltende Regler 302
Zwei Regler mit einer Aufgabe 303
Verhaeltnisse regeln 303
Was noch gebraucht wird 305
Sollwerte und Stellgroessen zuegeln 305
Den I-Anteil begrenzen 306
Nichtlineares am Eingang 306
Teil IV: Alles gleichzeitig regeln 309
Kapitel 14 Die Regelung von Zustaenden 311
Rueckfuehrung des Systemzustands 311
Zwei Zustaende eines Wagens 311
Die Regelung der zwei Zustaende 313
Vorgabe der Regeldynamik 315
Eigenwertvorgaben leicht gemacht 318
Eine Stellgroesse 319
Es geht noch einfacher 321
Und jetzt fuer mehrere Stellgroessen 322
Sollzustaende erreichen 322
Aufschalten von Sollzustaenden 322
Pseudo 324
In Bildern denken 325
Der Zwei-Massen-Schwinger 326
Der Versuchsaufbau 326
Die Mechanik 327
Aktiv daempfen 329
Positionieren 331
Simulieren 332
Kapitel 15 Zustandsbeobachter ersetzen Messungen 335
Mit Modellen schaetzen 335
Das Modell laeuft mit 336
Zustaende beobachten 337
Den Beobachter ebenfalls regeln 338
Nur eine Frage der Dimension 338
Berechnung von Beobachtern 339
Die regelnde Fehlerrueckfuehrung 339
Die Rueckfuehrung berechnen 341
Bei einer Messgroesse ist es einfach 342
Beobachter an einer Ruehrkesselkaskade 343
Die Zustandsgleichungen 343
Beobachtbar? 344
Eigenwerte platzieren 344
Ein Test des Beobachters 345
Regeln mit Beobachtern 345
Die Kombination 346
Der richtige Entwurf 346
Beobachter und Regler an einem Antrieb 347
Eine Schwingerkette 347
In zehn Schritten zum Ziel 348
Kapitel 16 Integrales und Digitales 357
Zustandsregler mit I-Anteil 357
Der Zustandsregler wird ergaenzt 357
Die Erweiterung 359
Konkret 360
UEbrigens ... 362
Diskretes fuer den Rechner 362
Prozess und Rechner 362
Der leichte UEbergang 363
Der Entwurf findet im Kontinuierlichen statt 365
... auch fuer den Beobachter 369
Teil V: Optimales, Menschliches und Hilfreiches 371
Kapitel 17 Optimal - besser geht es nicht 373
Das Prinzip der Optimierung 373
Begriffe der Optimierung 373
Draht biegen 374
Optimierung von Reglern 375
Optimieren heisst: Kompromisse schliessen 375
Quadrate werden nicht negativ 376
Ein optimaler P-Regler 378
Die Guetefunktion und das Optimum 380
Optimale Zustandsregler 381
Guetefunktion mit Vektoren 381
Es wird dem Rechner ueberlassen 382
Kapitel 18 Fuzzy-Regler mit menschlichen Zuegen 385
Scharfes und Unscharfes 386
Eine neue Mengenlehre 386
Typische Fuzzy-Mengen 388
Fuzzifizierung - Schritte ins Unscharfe 390
Mit Fuzzy-Mengen regeln 391
Drei Teile 391
Ein Abstandsautomat 392
Die Regelbasis 394
Die Inferenz 396
Die Defuzzifizierung 398
Ein Vergleich 400
Vorteile 400
Nachteile 400
Nicht nur fuer die Regelungstechnik 401
Kapitel 19 Hilfreiche Software fuer die Regelungstechnik 403
MATLAB und seine Toolboxes 403
Ein kurzer UEberblick 404
Zum Schmoekern 405
Scilab - der umfangreiche Werkzeugkasten 405
Drei Moeglichkeiten 405
Jede Menge Funktionen 408
Die Paletten von Xcos 410
Zum Schmoekern 411
Mit WinFACT alle Register ziehen 412
Der ganze Baukasten 412
Mit BORIS geht es los 414
Fuzzy-Regelung mit BORIS und FLOP 415
Zum Schmoekern 420
Virtuelle Instrumente mit LabVIEW bauen 420
Aussen und innen 420
Auf den Paletten stapelt es sich 422
Ein Schrank voller Instrumente 424
Regelkreise 424
Ein Werkzeugkasten fuer Reglerentwurf und Simulation 426
Zum Schmoekern 428
Teil VI: Der Top-Ten-Teil 429
Kapitel 20 Zehn Toptipps zur Regelungstechnik 431
Merkregeln 431
Tipps fuer Studenten 431
Hinweise fuer den Praktiker 432
Damit wir uns nicht missverstehen 432
Schoene Gesellschaften 433
Brauchbares Internet 433
Feine Videos 433
Let's talk in English 435
Zum Blaettern 437
Zum Vertiefen 437
Stichwortverzeichnis 439