Regelungen Analyse Und Technischer Entwurf: Band 1: Systemtechnik Linearer Und Linearisierter Regelungen Auf Anwendungsnaher Grundlage

ISBN-13: 9783709173640 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 260 str.

Alexander Weinmann

Opis

Im ersten Band werden regelungstechnische Methoden ausfuhrlich behandelt, die haufig zur industriellen Anwendung kommen. Auf die enge Verflechtung von theoretisch-analytischen Verfahren mit synthetischen Methoden und auf die Erfordernisse der technisch-praktischen Realisierung wird groer Wert gelegt. Den Methoden des technischen Entwurfs (zur Erreichung einer bestimmten dynamischen Qualitat von Regelungen) wird breiter Raum gewidmet. Zur Regler- und Stellgliedbemessung werden die gangigen Verfahren herangezogen, solche mit schneller Elektronik, Digitaltechnik und Mikroprozessoren jedoch betont. Stets wird der anschauliche, technisch physikalische Hintergrund gewahrt. Fur lineare und linearisierte Systeme vermittelt das Buch alle regelungstechnischen Fundamentalmethoden.

Spis treści

1 Grundlagen der Dynamik regelungstechnischer Systeme.- 1.1 Allgemeine Zielsetzung der Regelungstechnik.- 1.2 Regelkreis.- 1.3 Voraussetzungen für Blockorientierung und Regelkreisbildung.- 1.4 Aufgaben der Regelungstechnik.- 1.5 Übertragungsfunktion und Regelungssystemtheorie.- 1.6 Anfangsbedingungen und Nullstellen der Übertragungsfunktion.- 1.7 Ausgangssignal Xa(s) bei x a(k)(0?)=0.- 1.8 Nichtverschwindende Vorgeschichte xa(k)(0?)?0.- 1.9 Analyse im Spektralbereich. Verknüpfung mehrerer Elemente.- 1.10 Regelstrecke und Störgrößen.- 1.11 Einschleifiger Standardregelkreis.- 1.12 Sensitivität.- 1.13 Differentielle Sensitivität für den Standardregelkreis.- 1.14 Linearisierung.- 1.15 Regelkreis im Signalflußdiagramm.- 1.16 Spezielle Elemente regelungstechnischer Systeme.- 1.16.1 Rationale Übertragungselemente.- 1.16.2 Totzeit-Elemente.- 1.16.3 Allpaß-Elemente.- 1.16.4 Laufzeitelemente.- 2 Regelkreisanalyse im Zeitbereich.- 2.1 Regelkreis-Reaktion auf einfache Signale.- 2.2 Mehrfache Polstellen von Xa(s).- 2.3 Näherung für kleine Zeitwerte.- 2.4 Näherung für große Zeitwerte.- 2.5 Faltungsintegral und Näherung durch Faltungssumme.- 2.6 Regelungen mit Totzeitelementen.- 3 Formulierung kontinuierlicher Regelungssysteme im Zustandsraum.- 3.1 Grundlagen.- 3.2 Transitionsmatrix (Fundamentalmatrix).- 3.3 Potenzreihenentwicklung der Transitionsmatrix.- 3.4 Zustandsregler. Führungs- und Störungsverhalten.- 3.5 Vorfilterbemessung.- 4 Analyseverfahren im Frequenzbereich.- 4.1 Frequenzgang.- 4.2 Ortskurven des Frequenzgangs.- 4.3 Ortskurven von typischen stabilen Regelkreis-Element en.- 4.4 Ortskurven instabiler Regelkreiselemente.- 4.5 Frequenzgangsortskurve des Regelkreises.- 4.6 Ermittlung von Zeitbereichssignalen aus dem Frequenzbereich.- 4.7 Ermittlung des Frequenzganges aus der gemessenen Systemantwort.- 4.8 Bode-Diagramm.- 4.9 Phasenminimum-Beziehungen.- 4.10 Knickstellen der Regelschleife und des Regelkreises.- 4.11 H?-Norm einer Übertragungsfunktion.- 5 Regelstrecken im Regelkreis.- 5.1 Antriebe. Allgemeines.- 5.2 Stromrichtergespeiste Gleichstromantriebe.- 5.3 Stromleitverfahren.- 5.4 Begrenzungsregelung.- 5.5 Kupplungselastizität.- 5.6 Umrichtergespeiste Asynchronmaschine.- 5.7 Thermische Regelstrecken.- 5.7.1 Durchlauferhitzer, Wärmetauscher.- 5.7.2 Kessel und Turbine.- 5.8 Hydraulische Regelstrecken.- 5.9 Pneumatische Regelstrecke.- 5.10 Mechanische Positionsregelstrecken.- 5.10.1 Einfache Fahrzeuglenkung.- 5.10.2 Balancierung.- 5.10.3 Passagierflugzeug.- 5.10.4 Raketenantrieb.- 5.11 Verfahrenstechnische Regelstrecken.- 5.12 Elektronische und nachrichtentechnische Regelstrecken.- 5.12.1 Verstärkungsausgleich.- 5.12.2 Scharfabstimmung.- 5.12.3 Zeilensynchronisierung.- 5.12.4 Rauschunterdrückung.- 5.13 Phase-Locked Loops (PLL).- 5.13.1 Phase-Locked Loop in analoger Ersatzrechnung.- 5.13.2 Regelungen an einem CD-Player.- 5.14 Schaltzeichen (Sinnbilder) für technische Regelstrecken.- 5.15 Volkswirtschaftliche Regelungen.- 5.16 Physiologische und psychische Regelkreise.- 5.17 Soziologische Regelungen.- 6 Stellglieder und Verstärker.- 6.1 Stromrichterstellglieder.- 6.2 Umrichter für Drehfeldmaschinen.- 6.3 Stellmotoren für mechanische Positionierung.- 6.4 Stellglieder für Flüssigkeits-, Gasströme u. körnige Stoffe.- 6.5 Schaltzeichen für Stellglieder und Verstärker.- 7 Regelungstechnischer Einsatz von Sensoren und Meßumformern.- 7.1 Anforderungen.- 7.2 Meßrauschen.- 7.3 Leistung eines Rauschsignales.- 8 Identifikationsverfahren.- 8.1 Auswertung der Sprungantwort von PDT1-Elementen.- 8.2 Auswertung der Sprungantwort von PT2-Elementen.- 8.3 Wendetangentenmethode bei PT2-Elementen.- 8.4 Auswertung der Sprungantwort von IT1-Elementen.- 8.5 Momentenmethode an der Gewichtsfunktion.- 8.6 Identifikation mit Hilfsregler.- 8.7 Identifikation mit fiktivem Serienelement.- 8.8 Regressionsanalyse. Quadratische Ausgleichsrechnung.- 9 Regler. Ausführung und Dimensionierung.- 9.1 Operationsverstärker.- 9.2 Elektronische Analogregler mit Operationsverstärkern.- 9.2.1 Betrachtung mittels Blockelementen.- 9.2.2 Betrachtung mittels Leitwertmatrizen und Beschaltungsimpedanzen.- 9.3 Analogregler-Schaltungsbeispiele.- 9.4 Sollwerteinsteller. Parameteranpassung.- 9.5 Digitale Integralregler mit zählenden Bausteinen.- 9.6 Regler mit Mikrorechnern.- 9.7 Digitale Universalregler.- 9.8 Kompaktregler und weitere Rechner-Kommunikationselemente.- 9.9 Leitrechner.- 9.10 Pneumatische Regler.- 9.11 Hydraulische Regler.- 9.12 Mechanische und elektromechanische Regler.- 9.13 Konstruktionsformen elektrischer Regler. Ergonomie.- 10 Stabilität. Stabilitätsgüte. Stabilisierung.- 10.1 Stabilitätskriterium nach Routh.- 10.2 Stabilitätsbeurteilung mit Beiwertbedingungen.- 10.2.1 Beiwertbedingungen für Labilität.- 10.2.2 Beiwertbedingungen für Stabilitätsgüte.- 10.3 Stabilitätskriterium nach Nyquist.- 10.3.1 Satz vom logarithmischen Residuum.- 10.3.2 Anwendung auf die Stabilitätsuntersuchung.- 10.3.3 Anwendungsfälle.- 10.3.4 Vereinfachte Formulierungen für stabile Regler und Strecken.- 10.3.5 Abklingbedingungen aus den Nyquist-Diagrammen.- 10.4 Stabilisierung.- 11 Wurzelortsverfahren.- 11.1 Wurzelortskurven nach der Verstärkung.- 11.2 Konstruktionshilfen für Wurzelorte.- 11.3 Wurzelortskurven nach einer veränderlichen Polstelle.- 11.4 Wurzelortskurve nach einer veränderlichen Zeitkonstanten.- 11.5 Folgerungen aus den Wurzelortsverfahren.- 12 Verfahren zum Entwurf von Regelkreisen.- 12.1 Entwurfsziele.- 12.2 Gliederung der Methoden.- 12.3 Stationäre und quasistationäre Beziehungen.- 12.4 Dominierendes Schwingungsglied.- 12.5 Ansatz mit dominierendem Polpaar und weiterem Mehrfachpol.- 12.6 Einfache Zusammenhänge zwischen Regelschleife und Regelkreis.- 12.7 Zusammenhang Tiefpaßgrenzfrequenz zu Anstiegszeit.- 12.8 Entwurf im Bode-Diagramm.- 12.9 Gleichgewichtstheorem.- 12.10 D- und I-Kompensation, D- und I-Stabilisierung.- 12.11 Systemempfindlichkeit im Bode-Diagramm.- 12.12 Symmetrisches Optimum.- 12.12.1 IT1-Regelstrecke und PI-Regler.- 12.12.2 PT3-Regelstrecke und PIDT1-Regler.- 12.13 Stellgrößenbegrenzung.- 12.13.1 Ersatzvorfilter.- 12.13.2 Abschätzung der maximalen Stellamplitude mittels F?1.- 12.14 Robuste Regelung im Bode-Diagramm.- 12.15 Robustheit an Nyquist-Ortskurven.- 12.16 Normpolynome.- 12.17 Doppelverhältnisse.- 12.18 Polvorgabe für Zustandsregler bei Eingrößenregelungen.- 12.19 Verfahren reeller Schleifenpole und -nullstellen.- 12.20 Aufhebungskompensation.- 12.21 Betragsoptimum.- 12.22 Polvorgabe über Gütekriterium.- 12.23 Regelkreispolprodukt, Mindeststabilität und Stellgrößenbeschränkung.- 12.24 Polvorgabe, Systemempfindlichkeit und Regelschleifennullstellen.- 12.25 Nullstellenvorgabe.- 12.26 Reglerbemessung mit Wurzelortskurven.- 12.27 H?-Norm der Sensitivitätsfunktion, L2-Norm der Regelabweichung und Stabilitätsradius.- 12.28 Vorkehrungen und Bewältigung des Meßrauschens.- 12.29 Bemessung eines dynamischen Vorfilters.- 12.30 Störgrößenaufschaltung (Kompoundierung).- 12.31 Sollwertaufschaltung (Vorwärtssteuerung).- 12.32 Anordnung von weiteren Regelschleifen.- 12.33 Prädiktoren für Totzeitsysteme.- 12.34 Experimentelle PI-Regler-Einstellung.- 12.35 Kostenbewußtsein beim Entwurf.- 12.36 Spezielle Geräteaspekte bei Funktionsredundanz.- 12.37 Entwurf mit Unterstützung durch Rechner-Simulation.- 13 Diskrete Regelungen und Steuerungen.- 13.1 Zeitdiskrete Systeme und Regelungen.- 13.2 Amplitudendiskrete Systeme.- 13.3 Schalt-, Übersichts- und Logikpläne.- 13.4 Karnaugh-Veitch-Diagramm.- 13.5 Übergangsmatrix, Zustandsgraph.- 13.6 Speicherprogrammierbare Steuerungen.- 13.7 Anwendungen von Steuerungen.- 13.8 Petri-Netze.- 13.9 Fernwirksysteme.- 14 Zuverlässigkeit und Redundanz von Automatisierungssystemen.- 14.1 Redundanz durch Mehrfachinstrumentierung.- 14.2 Partielle Redundanz bei Mehrfachinstrumentierung.- 14.3 Redundanz durch zyklische Verfahren.- 14.4 Zeitabhängige Funktionswahrscheinlichkeit.- 14.5 Passive Redundanz.- A Verzeichnis häufig verwendeter Formelzeichen.- A.1 Allgemeine Hinweise.- A.2 Verknüpfungssymbole.- A.3 Hochgestellte Symbole u. dgl..- A.4 Indizes.- A.5 Operationszeichen.- A.6 Symbole spezieller Art.- A.7 Verzeichnis regelungstechnischer Fachzeitschriften.- B Literaturverzeichnis.- C Sachverzeichnis.