Modulhandbuch

Elektrotechnik/Informationstechnik (EIM)

Regelungssysteme I

Empfohlene Vorkenntnisse
  • Grundlagen Regelungstechnik
  • Signal- und Systemtheorie
Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Nach erfolgreichem Abschluss dieses Moduls...

  • kennen die Studierenden die wichtigsten parametrischen und nichtparametrischen linearen Modelle zur Beschreibung dynamischer Systeme im Zeit- und Frequenzbereich. 
  • kennen die Studierenden die wesentlichen Vorgehensweisen und die unterschiedlichen Methoden der theoretischen und experimentellen Modellbildung.
  • können die Studierenden grundlegende physikalische Prinzipien anzuwenden, um mathematische Modelle für grundlegende mechanische, elektrische und mechstronische Systeme herzuleiten.
  • kennen die Studierenden die Vorgehensweise, wie mathematische Modelle zur Simulation dynamischer Systeme mittels der Software MATLAB (Simulink) eingesetzt werden können.
  • kennen die Studierenden Verfahren zur Identifikation von Regelstreckenparametern und -strukturen.
  • kennen die Studierenden die wichtigsten Methoden zur Stabilitätsanalyse nichtlinearer Systeme.
  • kennen die Studierenden wichtige nichtlineare Reglerentwurfsverfahren im Zustandsraum und können diese anwenden.
  • kennen die Studierenden wichtige Regler-Adaptionsstrukturen im Kontext einer zweiten Rückführung.
  • kennen die Studierenden Vor- und Nachteile dieser zweiten Rückführung bezüglich der Stabilität einer Regelung.
  • können die Studierenden adaptive Regelalgorithmen anwenden.
Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90
Workload 150h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

K120. Die Modulnote entspricht der Note der gemeinsamen mündlichen Prüfung.

Modulverantwortlicher

Prof. Jörg Fischer

Empf. Semester 1
Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Verwendbarkeit

Master-Studiengang EIM;
Schwerpunkt Energie- und Automatisierungstechnik

Veranstaltungen

Modellbildung und Systemidentifikation

Art Vorlesung
Nr. EMI2240
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Vorlesung behandelt die Modellierung dynamischer Systeme mittels theoretischer und experimenteller Methoden zur Simulation und Auslegung von Reglern. Behandelt werden u.a. folgende Themen:

  • Einführung
    - Zweck der Modellbildung
    - Prinzipielle Möglichkeiten der Modellbildung
    - Begriffe: System, Dynamisches System, Modell
  • Mathematische Modelle dynamischer Systeme
    - parametrischer und nicht-parametrische Systeme
    - verteilt-parametrische und konztriert-parametrische Systeme
    - parametrische Modelle von LTI-Systemen mit konzentrierten Speichern
      zeitkontinuierlich: Eingang-Ausgangsdifferentialgleichung, Zustandstraummodell, Übertragungsfunktion
      zeitdiskret: Differenzengleichung und z-Übertragungsfunktion
  • Theoretische Modellbildung
    - Allgemeines Vorgehen
    - Verwendete Physikalische Gesetze, Bilanzgleichungen, Phänomenologische Gleichungen
    - Modellierung mechanischer Systeme (Translation und Rotation)
    - Modellierung elektrischer Systeme
    - Modellierung mechatronischer Systeme
    - Linearisierung nichtlinearer Modelle
  • Experimentelle Modellbildung
    - Allgemeines Vorgehen
    - Kennwertermittlung
    - Fourier-Analyse
    - Frequenzgangmessung
    - Korellationsanalyse
    - Parameterschätzverfahren (Least-Squares-Verfahren)
Literatur

Theoretische Modellbildung

[1] Franklin, Powell, Emami-Naeini,Feedback Controlof Dynamic Systems,7. Auflage,  Pearson, 2014

[2] M. Glöckler, Simulation mechatronischer Systeme,Springer Verlag, 2014

[3] J. Lunze, Regelungstechnik I, Springer Verlag, 11. Auflage 2016

[4] G. R. Fowles, G. L. Cassiday, Analytical Mechanics, Brooks/Cole Publishing, 2005


Experimentelle Modellbildung

[5] R. Isermann, M. Münchhof, Identification of Dynamic Systems, Springer Verlag, 2011

[6] C. Bohn, H. Unbehauen, Identifikation dynamischer Systeme, Springer Verlag, 2016

Zeitdiskrete Regelungen

Art Vorlesung
Nr. EMI2219
SWS 2.0
Lerninhalt

Kennzeichen zeitdiskreter Regelkreise
Mathematische Hilfsmittel zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens zeitdiskreter Regelkreise
Beurteilung des Verhaltens zeitdiskreter Regelkreise mittels Analyse der Pole und Nullstellen der z-Übertragungsfunktion
Zeitdiskrete Reglerentwurfsverfahren im z-Bereich
Algebraische Stabilitätskriterien
Strukturelle Maßnahmen zur Verbesserung des Regelverhaltens von zeitdiskreten Regelkreisen
Maßnahmen bei Stellgrößenbegrenzungen

Literatur

Föllinger, O., Lineare Abtastsysteme, 4. Auflage, München, Wien, Oldenbourg Verlag, 1990
Lunze, J., Regelungstechnik 2, 8. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2014