Regelungstechnik

Dieses Lehrbuch über lineare und nichtlineare Regelungen wendet sich vor allem an Studenten der Automatisierungstechnik und verwandter Studiengänge in der praxisorientierten Ausbildung. Der Entwurf von Reglern, insbesondere mit Computerprogrammen wie MATLAB und ACSL, ist sein zentrales Lernziel. Dabei werden Verfahren für Kriterien im Zeitbereich, im Frequenzbereich und mit der Wurzelortkurve einheitlich dargestellt. Um die Ansprüche an die mathematischen Vorkenntnisse des Lernenden niedrig zu halten, wird erst nach ausführlicher Anwendung von Differentialgleichungen zur Laplacetransformation übergegangen. Der Lehrstoff ist verständlich und praxisnah dargestellt und wird beispielhaft erläutert. Zahlreiche Aufgaben und Lösungen sowie durchgerechnete Beispiele ermöglichen die Einübung des Erlernten.

Eine verständliche, beispielhafte Darstellung und starker Praxisbezug zeichnen dieses Lehrbuch über lineare und nicht- lineare Regelungen aus. Im Mittelpunkt steht der Entwurf von Reglern, insbesondere mit Computerprogrammen wie MATLAB und ACSL. Dabei werden Verfahren für Kriterien im Zeitbereich, im Frequenzbereich und mit der Wurzelortkurve einheitlich vermittelt. Die Ansprüche an die mathematischen Vorkenntnisse des Lernenden sind niedrig: Erst nach ausführlicher Anwendung von Differentialgleichungen wird zur Laplacetransformation übergegangen. Zahlreiche Beispiele, Aufgaben und Lösungen geben Übungsmöglichkeiten.

Inhalt
1 Einführung in die Regelung und Steuerung.- 1.1 Einfache Regelungen.- 1.2 Steuerungen.- 1.3 Signalflußplan (Blockschaltbild).- 1.4 Leitfaden durch das Buch.- 2 Mathematische Behandlung von Regelkreisgliedern.- 2.1 Die Beschreibung durch Differentialgleichungen.- 2.2 Darstellung von Regelkreisgliedern durch Übertragungsfunktion und Frequenzgang.- 2.3 Das Rechnen mit Regelkreisgliedern im Blockschaltbild.- 3 Regelstrecken.- 3.1 Proportionale Regelstrecken.- 3.2 Integrierende Regelstrecken.- 3.3 Spezielle Formen von Regelstrecken.- 3.4 Regelstrecken höherer Ordnung und instabile Regelstrecken.- 3.5 Modellbildung realer Regelstrecken.- 4 Regler und ihre Strukturen.- 4.1 Realisierung elektrischer Regler.- 4.2 Regler im geschlossenen Regelkreis.- 4.3 Regler für proportionale Strecken.- 4.4 Regler für integrierende Regelstrecken.- 5 Stabilität von Regelkreisen.- 5.1 Definition der Stabilität.- 5.2 Das Hurwitz-Kriterium.- 5.3 Das Nyquist-Kriterium.- 6 Synthese von Regelkreisen.- 6.1 Grundlegende Anforderungen an den Regelkreis.- 6.2 Grundsätzliche Reglerstruktur und Entwurfsempfehlungen.- 6.3 Analytische Bestimmung der Regelparameter.- 6.4 Empirische Einstellregeln.- 6.5 Änderungen der Regelkreisstruktur.- 7 Synthese von Regelkreisen mit dem Bode-Diagramm.- 7.1 Regelkreisanalyse im Frequenzbereich.- 7.2 Bode-Diagramme einfacher Regelkreisglieder.- 7.3 Entwurfsanforderungen im Frequenzbereich.- 7.4 Reglersynthese mit dem Bode-Diagramm.- 8 Synthese von Regelkreisen mit dem Wurzelortskurvenverfahren.- 8.1 Definition der Wurzelortskurve.- 8.2 Entwurfsspezifikationen in der s-Ebene.- 8.3 Reglerentwurf mit der Wurzelortskurve.- 9 Regelkreise mit nichtlinearen Übertragungsgliedern.- 9.1 Nichtlineare Übertragungsglieder.- 9.2 Die harmonische Balance als Analysemethode.-9.3 Ermittlung einzelner Beschreibungsfunktionen.- 9.4 Stabilitätsuntersuchung mit dem Zweiortskurvenverfahren.- 9.5 Nichtlineare Regler.- 10 Entwurf nichtlinearer Regler.- 10.1 Realisierung nichtlinearer Regler.- 10.2 Regelung von Verzögerungsstrecken.- 10.3 Regelung von integrierenden Regelstrecken.- 11 Anwendungsbeispiele.- 11.1 Drehzahlregelung einer Gleichstrommaschine mit einer Kaskadenregelung.- 11.2 Stabilisierung eines instabilen Pendels.- 12 Simulation und Analyse mit dem Digitalrechner.- 12.1 Simulation linearer Systeme.- 12.2 Simulation nichtlinearer Systeme.- 12.3 Nullstellenberechnung von Polynomen.- A Die Laplace-Transformation.- A.1 Definition der Laplace-Transformation.- A.2 Rechenregeln der Laplace-Transformation.- A.3 Die inverse Laplace-Transformation.- A.4 Anwendungen der Laplace-Transformation.- A.4.1 Lösung von Differentialgleichungen.- A.4.2 Die Übertragungsfunktion.- B Tabelle häufig vorkommender Regelkreisglieder.