Overview

Die Automatisierungstechnik befaßt sich mit der Aufgabe, technische Prozesse derart zu beeinflussen, daß sie ohne den dauernden Eingriff des Menschen in einer gewünschten Weise ablaufen. Teilaufgaben der Automatisierung sind das Messen der relevanten Prozeßgrößen, das Steuern der Prozesse mittels Ablauf­ steuerungen und das Regeln der Prozeßgrößen in geschlossenen Wirkungskrei­ sen; mit dem letzten Aspekt befaßt sich der vorliegende Band. Für die moderne Volkswirtschaft ist die Automatisierungstechnik eine Schlüs­ seltechnologie. Sie ermöglicht eine rationelle Fertigung bei geringstmöglichem Energie- und Materialeinsatz und gewährleistet eine gleichbleibend hohe Qua­ lität der Produkte, indem sie die Fertigungstoleranzen zu verringern gestattet und menschliche Irrtümer vermeiden hilft. Durch Entlasten des Menschen von ermüdenden, gesundheitsschädlichen oder gar gefährlichen Tätigkeiten trägt sie entscheidend zu einer Humanisierung der Arbeitswelt bei. Die Automatisierungstechnik ist weltweit in einem schnellen Wandel begriffen, der gekennzeichnet ist durch den Übergang von der analogen zur digitalen Si­ gnalverarbeitung, dem Vordringen dezentraler, hierarchisch aufgebauter Auto­ matisierungsstrukturen und dem Trend zu selbstanpassenden und lernenden Systemen. Die Lehre auf dem Gebiet der Regelungstechnik an den Hochschu­ len muß sich diesen Entwicklungen anpassen. Gerade der schnelle technische Wandel gebietet allerdings eine Betonung der mathematischen, physikalischen und technischen Grundlagen: Da der Ingenieur während seines Berufslebens eine Vielzahl von unterschiedlichen Prozessen antreffen wird, muß er insbe­ sondere befähigt werden, mathematische Modelle auch für komplexe Systeme aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten zuerstellen und ihre Eigen­ schaften zu analysieren.

Full Product Details

Author:   Frank Dörrscheidt ,  Wolfgang Latzel
Publisher:   Springer Fachmedien Wiesbaden
Imprint:   Vieweg+Teubner Verlag
Edition:   Softcover reprint of the original 1st ed. 1989
Dimensions:   Width: 17.00cm , Height: 2.50cm , Length: 24.40cm
Weight:   0.828kg
ISBN:  

9783519064213

ISBN 10:   3519064219
Pages:   468
Publication Date:   01 May 1989
Audience:   Professional and scholarly ,  Professional & Vocational
Format:   Paperback
Publisher's Status:   Active
Availability:   In Print  
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Language:   German

Table of Contents

1 Grundbegriffe der Regelungstechnik.- 1.1 Einordnung und Aufgabenstellung der Regelungstechnik.- 1.2 Beispiele fur Regelungen.- 1.2.1 Biologische Regelungen.- 1.2.2 Soziologische Regelungen.- 1.2.3 OEkonomische Regelungen.- 1.2.4 Technische Regelungen.- 1.2.4.1 Regelung der Raumtemperatur. 1.2.4.2 Abstandsregelung im Strassenverkehr. 1.2.4.3 Der Mensch im Regelkreis.- 1.2.5 Gemeinsamkeiten technischer und nichttechnischer Regelungen.- 1.3 Komponenten und Verhaltensweisen technischer Regelungen.- 1.3.1 Struktur und Komponenten des einschleifigen Regelkreises.- 1.3.1.1 Prozess. 1.3.1.2 Messwertgeber. 1.3.1.3 Fuhrungsgroessengeber. 1.3.1.4 Vergleicher. 1.3.1.5 Regelglied. 1.3.1.6 Steller. 1.3.1.7 Struktur des Regelkreises.- 1.3.2 Dynamisches Verhalten des einschleifigen Regelkreises.- 1.3.2.1 Fuhrungsverhalten. 1.3.2.2 Stoerverhalten. 1.3.2.3 Stabilitatsverhalten. 1.3.2.4 Verhalten bei Parameteranderungen.- 1.3.3 Forderungen an die Regelung.- 1.4 Entwurf technischer Regelungen.- 1.4.1 Abwicklung regelungstechnischer Projekte.- 1.4.2 Entwicklung regelungstechnischer Konzepte.- 2 Lineare kontinuierliche Prozesse.- 2.1 Grundbegriffe.- 2.1.1 UEbertragungsverhalten und UEbertragungsglied.- 2.1.2 Darstellung von UEbertragungsgliedern und ihrer Wirkungsbeziehungen.- 2.1.2.1 Elemente des Wirkungsplans. 2.1.2.2 Elementare UEbertragungsglieder.- 2.1.3 Grundlegende Eigenschaften von UEbertragungsgliedern.- 2.1.3.1 Linearitat. 2.1.3.2 Zeitvarianz. 2.1.3.3 Klassifizierung.- 2.1.4 Informationsaustausch zwischen UEbertragungsgliedern.- 2.1.4.1 Signal und Informationsparameter. 2.1.4.2 Signalklassifizierung.- 2.1.5 Reaktion von UEbertragungsgliedern auf Testsignale.- 2.1.5.1 Testsignale der Regelungstechnik. 2.1.5.2 Systemreaktionen auf Testsignale.- 2.2 Mathematische Beschreibung linearer Prozesse.- 2.2.1 Eingangs-Ausgangs-Beschreibung im Zeitbereich.- 2.2.1.1 Aufstellen der Differentialgleichung. 2.2.1.2 massige Loesung. 2.2.1.3 Numerische Loesung.- 2.2.2 Eingangs-Ausgangs-Beschreibung im Bildbereich.- 2.2.2.1 Definition der Laplace-Transformation. 2.2.2.2 Eigenschaften der Laplace-Transformation. 2.2.2.3 Anwendung auf lineare UEbertragungsglieder. 2.2.2.4 Rucktransformation in den Zeitbereich.- 2.2.3 Eingangs-Ausgangs-Beschreibung im Frequenzbereich.- 2.2.3.1 Definition, Eigenschaften und Rechenregeln der Fourier-Transformation. 2.2.3.2 Anwendung der Fourier-Transformation auf lineare UEbertragungsglieder. 2.2.3.3 Berechnung und Messung des Frequenzgangs. 2.2.3.4 Graphische Darstellung des Frequenzgangs.- 2.2.4 Zustandsbeschreibung linearer UEbertragungsglieder.- 2.2.4.1 Systembeschreibung durch Zustandsvariable. 2.2.4.2 Loesung der Vektordifferentialgleichung. 2.2.4.3 Eigenschaften der Transitionsmatrix. 2.2.4.4 Berechnung der Transitionsmatrix. 2.2.4.5 UEbertragungsfunktion und Zustandsdarstellung. 2.2.4.6 Digitale Simulation.- 2.3 Lineare UEbertragungsglieder der Regelungstechnik.- 2.3.1 Elementare UEbertragungsglieder.- 2.3.1.1 Rationale UEbertragungsglieder. 2.3.1.2 Nichtrationale UEbertragungsglieder.- 2.3.2 Zusammenschalten von UEbertragungsgliedern.- 2.3.2.1 Parallelstruktur. 2.3.2.2 Kettenstruktur. 2.3.2.3 Kreisstruktur. 2.3.2.4 Umformen von Wirkungsplanen.- 2.3.3 Nichtelementare rationale UEbertragungsglieder.- 2.3.3.1 Rationale UEbertragungsglieder erster Ordnung. 2.3.3.2 Rationale UEbertragungsglieder zweiter Ordnung.- 2.3.4 Approximation linearer UEbertragungsglieder.- 2.3.4.1 Approximation im Zeitbereich. 2.3.4.2 Approximation im Bildbereich.- 2.3.5 Stabilitat linearer UEbertragungsglieder.- 2.3.5.1 Stabilitatsdefinitionen. 2.3.5.2 Stabilitatsprufung mittels der UEbertragungsfunktion. 2.3.5.3 Algebraische Stabilitatskriterien.- 2.3.6 Parameterempfindlichkeit linearer UEbertragungsglieder.- 3 Lineare kontinuierliche Regelkreise.- 3.1 Struktur und Eigenschaften des einschleifigen Regelkreises.- 3.1.1 Struktur und UEbertragungsverhalten.- 3.1.2 Stabilitat.- 3.1.2.1 Stabilitatskriterien. 3.1.2.2 Algebraische Stabilitatsprufung. 3.1.2.3 Stabilitatsprufung mittels der Ortskurve des Frequenzgangs. 3.1.2.4 Stabilitatsprufung im Bode-Diagramm.- 3.1.3 Stationare Genauigkeit.- 3.1.4 Transientes Verhalten.- 3.1.4.1 Kenngroessen der UEbergangsfunktion. 3.1.4.2 Kenngroessen der UEbergangsfunktion des Verzoegerungsgliedes 2. Ordnung.- 3.1.5 Parameterempfindlichkeit.- 3.2 Entwurf einschleifiger Regelkreise.- 3.2.1 Grundlagen des Reglerentwurfs.- 3.2.1.1 Allgemeine Aspekte des Reglerentwurfs. 3.2.1.2 Entwurfsforderungen. 3.2.1.3 Entwurfsverfahren.- 3.2.2 Reglerentwurf bei vorgegebenem UEbertragungsverhalten des Regelkreises.- 3.2.2.1 Entwurfsspezifikationen. 3.2.2.2 Entwurf auf vorgegebenes Fuhrungsverhalten. 3.2.2.3 Entwurf auf vorgegebenes Fuhrungs- und Stoerverhalten.- 3.2.3 Reglerentwurf mit der UEbertragungsfunktion des offenen Regelkreises.- 3.2.3.1 Entwurfsspezifikationen. 3.2.3.2 Entwurf von Kompensationsreglern.- 3.2.4 Reglerentwurf durch Parameteroptimierung.- 3.2.4.1 Optimierungskriterien. 3.2.4.2 Minimierung der quadratischen Regelflache. 3.2.4.3 Numerische Berechnung der optimalen Reglerparameter.- 3.2.5 Realisierung linearer Regler mit Operationsverstarkern.- 3.2.5.1 Eigenschaften des Operationsverstarkers. 3.2.5.2 Beschaltung des Operationsverstarkers. 3.2.5.3 Realisierung bilinearer Reglerschaltungen. 3.2.5.4 Kanonische Realisierung rationaler UEbertragungsfunktionen.- 3.3 Entwurf einschleifiger Regelkreise mit erweiterter Struktur.- 3.3.1 Regelung mit Stoergroessenaufschaltung.- 3.3.2 Regelung mit Hilfsstellgroesse.- 3.4 Entwurf mehrschleifiger Regelkreise.- 3.4.1 Regelung mit Hilfsregelgroesse (Kaskadenregelung).- 3.4.1.1 Struktur und UEbertragungsverhalten der Kaskadenregelung. 3.4.1.2 Auslegung der Kaskadenregelung.- 3.4.2 Zustandsregelung.- 3.4.2.1 Struktur der Zustandsregelung. 3.4.2.2 Berechnung des Zustandsreglers nach dem Verfahren der Polvorgabe. 3.4.2.3 Schatzung des Systemzustands.- 4 Abtastregelungen.- 4.1 Mathematische Beschreibung von Abtastvorgangen.- 4.1.1 Abtastvorgange in technischen Systemen.- 4.1.2 Mathematische Beschreibung von Abtaster und Halteglied.- 4.2 Die z-Transformation zur Beschreibung von Abtastsystemen.- 4.2.1 Definition der z-Transformation.- 4.2.2 Beispiele fur die Ermittlung von z-Transformierten.- 4.2.3 Rechenregeln der z-Transformation.- 4.2.3.1 Regeln zur Differenzbildung. 4.2.3.2 Summationsregel 4.2.3.3 Faltungsregel.- 4.2.4 z-UEbertragungsfunktionen zusammengesetzter Abtastsysteme.- 4.2.5 Anwendung der z-Transformation auf Abtastregelungen.- 4.2.6 Stabilitatsprufung von Abtastsystemen im z-Bereich.- 4.2.6.1 Pol-Nullstellen-Verteilung von z-Transformierten 4.2.6.2 Stabilitatsdefinitionen. 4.2.6.3 Algebraische Stabilitatskriterien. 4.2.6.4 Grafische Stabilitatsprufung mit dem Wurzelortskurvenverfahren. 4.2.6.5 UEbergangsverhalten von Abtastregelkreisen.- 4.3 Entwurf von Abtastregelungen im Frequenzbereich.- 4.3.1 Frequenzkennliniendarstellung von Abtastsystemen.- 4.3.1.1 Einfuhrung der w-Ebene. 4.3.1.2 w-UEbertragungsfunktion und Abtast-Frequenzgang. 4.3.1.3 Veranschaulichung des Abtast- Frequenzganges.- 4.3.2 w-UEbertragungsfunktionen von Abtastsystemen mit Halteglied.- 4.3.2.1 w-UEbertragungsfunktionen von P-T2-Gliedern. 4.3.2.2 w-UEbertragungsfunktionen proportionaler Abtastsysteme. 4.3.2.3 w-UEbertragungsfunktionen integrierender Abtastsysteme. 4.3.2.4 w-UEbertragungsfunktionen von Totzeitgliedern.- 4.3.3 w-UEbertragungsfunktionen von Abtastreglern.- 4.3.3.1 Regelalgorithmen 1. Ordnung. 4.3.3.2 UEbergangsfunktion und Abtast-Frequenzgang beim PD-Regelalgorithmus. 4.3.3.3 Veranschaulichung des Abtast-Frequenzganges beim PD-Regelalgorithmus. 4.3.3.4 PI-Regelalgorithmus. 4.3.3.5 Regelalgorithmen 2. Ordnung.- 4.3.4 Anpassungsbedingungen fur Abtastregelungen.- 4.3.4.1 Stabilitatsprufung mit dem Nyquist-Kriterium. 4.3.4.2 Anpassungsbedingungen aus Referenzsystem. 4.3.4.3 Anwendung der Methode der Anpassungsbedingungen. 4.3.4.4 Vergleichende Ergebnisse mit der Methode der Anpassungsbedingungen.- 4.4 Digitale Regelungen.- 4.4.1 Struktur und Aufbau digitaler Regelungen.- 4.4.1.1 Aufbau und Wirkungsweise von Prozessrechnern 4.4.1.2 Analog-Digital-Umsetzer als Eingabegerate fur den Prozessrechner. 4.4.1.3 Digital-Analog-Umsetzer als Ausgabegerate fur den Prozessrechner.- 4.4.2 Quasikontinuierliche Regelalgorithmen nach der Rechteckregel.- 4.4.2.1 Stellungs- und Geschwindigkeits-Algorithmus mit der Rechteck-Regel. 4.4.2.2 Ergebnisse mit der Rechteck-Regel.- 4.4.3 Quasikontinuierliche Regelalgorithmen mit der Trapezregel und Berucksichtigung des Abtast-Haltegliedes.- 4.4.3.1 Frequenzgang von Abtaster und Halteglied. 4.4.3.2 Regelalgorithmen 1. Ordnung. 4.4.3.3 Regelalgorithmen 2. Ordnung. 4.4.3.4 PI- und PID-Regelalgorithmen in Summenform. 4.4.3.5 Dimensionierung quasikontinuierlicher Abtastregler. 4.4.3.6 Wahl der Abtastzeit. 4.4.3.7 Zusammenfassung und Vergleich.- DIN-Normblatter (Auswahl).- Formelzeichenliste (Groessen, Koeffizienten und Kennwerte).- Schreibweise der zeit- bzw. frequenzabhangigen Groessen.- Schreibweise der UEbertragungsfunktionen und Frequenzgange.- Indizes.

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