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INHALT LANG: Introduction: Introductory Survey; Vector Norm. Matrix
Norm. Matrix Measure; Functional Analysis, Function Norms and
Control Signals.- Differential Sensitivity. Small-Scale
Perturbation: Kronecker Calculus in Control Theory; Analysis Using
Matrices and Control Theory; Eigenvalue and Eigenvector
Differential Sensitivity; Transition Matrix Differential
Sensitivity; Characteristic Polynomial Differential Sensitivity;
Optimal Control and Performance Sensitivity; Desensitizing
Control.- Robustness in the Time Domain: General Stability Bounds
in Perturbed Systems; Robust Dynamic Interval Systems;
Lyapunov-Based Methods for Perturbed Continuous-Time Systems;
Lyapunov-Based Methods for Perturbed Discrete-Time Systems; Robust
Pole Assignment; Models for Optimal and Interconnected Systems;
Robust State Feedback Using Ellipsoid Sets; Robustness of Observers
and Kalman-Bucy Filters; Initial Condition Perturbation, Overshoot
and Robustness; Lnp-Stability and Robust Nonlinear Control.-
Robustness in the Frequency Domain: Uncertain Polynomials. Interval
Polynomials; Eigenvalues and Singular Values of Complex Matrices;
Resolvent Matrix and Stability Radius; Robustness Via
Singular-Value Analysis; Generalized Nyquist Stability of Perturbed
Systems; Block-Structured Uncertainty and Structured Singular
Value; Performance Robustness; Robust Controllers Via Spectral
Radius Technique.- Coprime Factorization and Minimax Frequency
Optimization: Robustness Based on the Internal Model Principle;
Parametrization and Factorization of Systems; Hardy Space Robust
Design.- Robustness Via Approximative Models: Robust Hyperplane
Design in Variable Structure Control; SIngular Perturbaitons.
Unmodelled High-Frequendy Dynamics; Control Using Aggregation
Models; Optimum Control of Approximate and Nonlinear Systems;
System Analysis via Orthogonal Functions; System Analysis Via Pulse
Functions and Piecewise Linear Functions; Orthogonal Decomposition
Applications.
1 Grundlagen der Dynamik regelungstechnischer Systeme.- 1.1
Allgemeine Zielsetzung der Regelungstechnik.- 1.2 Regelkreis.- 1.3
Voraussetzungen fur Blockorientierung und Regelkreisbildung.- 1.4
Aufgaben der Regelungstechnik.- 1.5 UEbertragungsfunktion und
Regelungssystemtheorie.- 1.6 Anfangsbedingungen und Nullstellen der
UEbertragungsfunktion.- 1.7 Ausgangssignal Xa(s) bei x a(k)(0?)=0.-
1.8 Nichtverschwindende Vorgeschichte xa(k)(0?)?0.- 1.9 Analyse im
Spektralbereich. Verknupfung mehrerer Elemente.- 1.10 Regelstrecke
und Stoergroessen.- 1.11 Einschleifiger Standardregelkreis.- 1.12
Sensitivitat.- 1.13 Differentielle Sensitivitat fur den
Standardregelkreis.- 1.14 Linearisierung.- 1.15 Regelkreis im
Signalflussdiagramm.- 1.16 Spezielle Elemente regelungstechnischer
Systeme.- 1.16.1 Rationale UEbertragungselemente.- 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 Naherung fur kleine Zeitwerte.- 2.4 Naherung fur
grosse Zeitwerte.- 2.5 Faltungsintegral und Naherung 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.
Fuhrungs- und Stoerungsverhalten.- 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 UEbertragungsfunktion.- 5 Regelstrecken im
Regelkreis.- 5.1 Antriebe. Allgemeines.- 5.2 Stromrichtergespeiste
Gleichstromantriebe.- 5.3 Stromleitverfahren.- 5.4
Begrenzungsregelung.- 5.5 Kupplungselastizitat.- 5.6
Umrichtergespeiste Asynchronmaschine.- 5.7 Thermische
Regelstrecken.- 5.7.1 Durchlauferhitzer, Warmetauscher.- 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
Verstarkungsausgleich.- 5.12.2 Scharfabstimmung.- 5.12.3
Zeilensynchronisierung.- 5.12.4 Rauschunterdruckung.- 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) fur technische Regelstrecken.- 5.15
Volkswirtschaftliche Regelungen.- 5.16 Physiologische und
psychische Regelkreise.- 5.17 Soziologische Regelungen.- 6
Stellglieder und Verstarker.- 6.1 Stromrichterstellglieder.- 6.2
Umrichter fur Drehfeldmaschinen.- 6.3 Stellmotoren fur mechanische
Positionierung.- 6.4 Stellglieder fur Flussigkeits-, Gasstroeme u.
koernige Stoffe.- 6.5 Schaltzeichen fur Stellglieder und
Verstarker.- 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. Ausfuhrung und Dimensionierung.- 9.1
Operationsverstarker.- 9.2 Elektr
1 Zustandsregelungen.- 2 Modale Regelungen konzentrierter Systeme.-
3 Regelungen mit Zustandsbeobachtern.- 4 Abtastregelungen.- 5
Mehrgroessenregelungen.- 6 Regelungen oertlich verteilter Systeme.-
7 Ordnungsreduzierung.- 8 Optimierung technischer Prozesse.- 9
Optimale Regler fester Struktur.- 10 Optimale Steuerungen und
Regelungen bei freier Struktur.- 11 Regelungen unter stationar
zufalligen Bewegungen.- 12 Regelungen mit stochastisch optimaler
Vorhersage. Kaiman-Filter.- 13 Nichtlineare Regelungen allgemeiner
Art. Fuzzy Regelung.- 14 Nichtlineare Regelungen in der
Zustandsebene.- 15 Grenzzyklennaherung durch
Beschreibungsfunktion.- 16 Frequenzkennlinien fur unstetige
Regelungen.- 17 Stabilitat nichtlinearer Regelungen.- 18 Adaptive
und neuronale Regelungen.- 19 Robuste Regelungen.- 20 Optimale
Regelungen fur zeitvariante Prozesse.- 21 Dezentrale Regelungen.- A
Verzeichnis haufig verwendeter Formelzeichen.- A.1 Allgemeine
Hinweise.- A.2 Verknupfungssymbole.- A.3 Hochgestellte Symbole u.
dgl.- A.4 Indizes.- A.5 Operationszeichen.- A.6 Symbole spezieller
Art.- B Literaturverzeichnis.- C Sachverzeichnis.
INHALT LANG: Introduction: Introductory Survey; Vector Norm. Matrix
Norm. Matrix Measure; Functional Analysis, Function Norms and
Control Signals.- Differential Sensitivity. Small-Scale
Perturbation: Kronecker Calculus in Control Theory; Analysis Using
Matrices and Control Theory; Eigenvalue and Eigenvector
Differential Sensitivity; Transition Matrix Differential
Sensitivity; Characteristic Polynomial Differential Sensitivity;
Optimal Control and Performance Sensitivity; Desensitizing
Control.- Robustness in the Time Domain: General Stability Bounds
in Perturbed Systems; Robust Dynamic Interval Systems;
Lyapunov-Based Methods for Perturbed Continuous-Time Systems;
Lyapunov-Based Methods for Perturbed Discrete-Time Systems; Robust
Pole Assignment; Models for Optimal and Interconnected Systems;
Robust State Feedback Using Ellipsoid Sets; Robustness of Observers
and Kalman-Bucy Filters; Initial Condition Perturbation, Overshoot
and Robustness; Lnp-Stability and Robust Nonlinear Control.-
Robustness in the Frequency Domain: Uncertain Polynomials. Interval
Polynomials; Eigenvalues and Singular Values of Complex Matrices;
Resolvent Matrix and Stability Radius; Robustness Via
Singular-Value Analysis; Generalized Nyquist Stability of Perturbed
Systems; Block-Structured Uncertainty and Structured Singular
Value; Performance Robustness; Robust Controllers Via Spectral
Radius Technique.- Coprime Factorization and Minimax Frequency
Optimization: Robustness Based on the Internal Model Principle;
Parametrization and Factorization of Systems; Hardy Space Robust
Design.- Robustness Via Approximative Models: Robust Hyperplane
Design in Variable Structure Control; SIngular Perturbaitons.
Unmodelled High-Frequendy Dynamics; Control Using Aggregation
Models; Optimum Control of Approximate and Nonlinear Systems;
System Analysis via Orthogonal Functions; System Analysis Via Pulse
Functions and Piecewise Linear Functions; Orthogonal Decomposition
Applications.
In Erganzung zu den Banden 1 und 2 dient dieser dritte Band zur
Vertiefung des Verstandnisses und besseren Beherrschung des Stoffes
und schliesst das Werk ab. An vielen konkreten industriellen
Aufgabenstellungen werden jeweils mehrere regelungstechnische
Methoden fachubergreifend angewandt und die rechnerische Loesung
dargelegt. Dabei wurde auf hinreichende Komplexitat und
Industrienahe geachtet, ohne die Nachvollziehbarkeit und
UEberblickbarkeit zu beeintrachtigen und einen grossen Aufwand an
Simulation oder Rechenhilfsmitteln noetig zu machen. Auf Fragen,
die sich bei der industriellen Berechnung ergeben (z. B. Numerik,
Programme, Simulation, Mikrorechnereinsatz, Wertung und Vergleich
der angewandten Methoden), wird eingegangen. Im einzelnen sind
Entwurfsfragen bei Ein-, Mehrgroessen- und verteilten Regelungen,
Zustandsreglern mit Integratoren und Beobachtbarkeitsproblemen in
kontinuierlicher wie diskreter Zeit behandelt, ebenso verschiedene
umfangreiche Optimierungsprobleme unter technischen Auflagen. Der
Identifikation, dem Entwurf auf stochastischer Grundlage
einschliesslich Kalman-Filter wird in mehreren Verfahren Raum
gewidmet. Nichtlineare, spezielle robuste und intensive Regelungen
sowie die Ordnungsreduktion schliessen den Kreis der
Anwendungsfalle.
Industrielle Aufgaben und Anwendungen der Regelungstechnik
erfordern die Kenntnis zumeist vieler system theoretischer
Grundlagen. Von der Projektierung und vom Entwurf bis zur
Inbetriebnahme, Wartung und laufenden Prozessanpassung wird eine
ganze Palette von Methoden benotigt: Abtastung, Zustandsraum,
Optimierung, Stochastik, Nichtlinea ritaten, Stabilitat usw. samt
vielen gegenseitigen Verflechtungen. Durch diesen Bedarf und durch
die Haufigkeit der praktisch-industriellen Anwendung der
regelungstechnischen Me thoden ist die Zielsetzung des Buches auch
in der zweiten Auflage vorgegeben. In der Art der Prasentation wird
wie bisher der physikalischen Einsicht und den
technisch-innovativen Moglichkeiten der Vorrang gegenuber rein
mathematischen Frage stellungen und blossen theoretischen
Uberlegungen eingeraumt. Den Wunschen des industriell tatigen
Regelungstechnikers nach anschaulichen, inge nieurmassig und
praktisch handhab baren Ansatzen sowie nach anwendungsnahen
Methoden wird unverandert nachgekommen. Zum eingeschlagenen
didaktischen Weg: Fur prinzipielle Fragestellungen, grundlegende
ingenieurmassige Probleme und Definitionen ist eine umfassende
Darstellungsform gewahlt worden. Sobald Ansatze und Definitionen
klar vorliegen, werden die Herleitungen eher konzentriert und von
selbstverstandlichen Zwischenrechnungen entlastet angeboten. Ver
einzelt werden Ergebnisse, wenn sie in der Spezialliteratur rasch
aufzufinden sind, auch nur vorgestellt, dafur aber ihre Anwendung
bevorzugt diskutiert. Je nach Eingangsvoraussetzung und
Zielformulierung der Anwendungsfalle sind die Her leitungen auch
haufig abzuwandeln oder zu erweitern. Auch fur den Lernenden wird
ein optimales und nachhaltiges Lernergebnis nicht mit dem Lesen
allein erreicht, sondern mo torisch mit eigenem Ableiten, Entwerfen
und selbstandigem Variieren."
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 grosser 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."
In Erganzung zu den Banden 1 und 2 dient dieser dritte Band zur
Vertiefung des Verstandnisses und besseren Beherrschung des Stoffes
und schliesst das Werk ab. An vielen konkreten industriellen
Aufgabenstellungen werden jeweils mehrere regelungstechnische
Methoden fachubergreifend angewandt und die rechnerische Loesung
dargelegt. Dabei wurde auf hinreichende Komplexitat und
Industrienahe geachtet, ohne die Nachvollziehbarkeit und
UEberblickbarkeit zu beeintrachtigen und einen grossen Aufwand an
Simulation oder Rechenhilfsmitteln noetig zu machen. Auf Fragen,
die sich bei der industriellen Berechnung ergeben (z. B. Numerik,
Programme, Simulation, Mikrorechnereinsatz, Wertung und Vergleich
der angewandten Methoden), wird eingegangen. Im einzelnen sind
Entwurfsfragen bei Ein-, Mehrgroessen- und verteilten Regelungen,
Zustandsreglern mit Integratoren und Beobachtbarkeitsproblemen in
kontinuierlicher wie diskreter Zeit behandelt, ebenso verschiedene
umfangreiche Optimierungsprobleme unter technischen Auflagen. Der
Identifikation, dem Entwurf auf stochastischer Grundlage
einschliesslich Kalman-Filter wird in mehreren Verfahren Raum
gewidmet. Nichtlineare, spezielle robuste und intensive Regelungen
sowie die Ordnungsreduktion schliessen den Kreis der
Anwendungsfalle.
Aus den wichtigsten Gebieten der Regelungstechnik wurden 457
Aufgaben zusammengefasst (rund 50 mehr als in der ersten Auflage),
wie sie bei Prufungen oder bei Rechenubungen gestellt werden
konnen. An jede Angabe schliesst sich die genaue Durchrechnung
analytisch, numerisch und computeralgebraisch in MATLAB und anderen
Simulationssprachen, haufig mit Diskussion und Losungsgraphik an.
Die Beispiele betreffen den Entwurf von Regelkreisen,
Stabilitatsuntersuchungen, Zustandsraum, Abtastregelungen,
Optimierung, Robustheit, stochastische und lineare Systeme; aber
auch einzelne komplexere Gebiete werden angesprochen. Neu sind in
der zweiten Auflage die Kapitel 15 und 16 die auf fachubergreifende
und komplexere Aufgabenstellungen sowie numerische und symbolische
Computerunterstutzung eingehen."
Computerunterstutzung zur Losung technischer Aufgabenstellungen ist
in den letzten Jahrzehnten selbstverstandlich geworden, sowohl in
numerischer als auch in symbolischer (algebraischer) Form. Die
hochentwickelten Programmpakete bieten einen sehr hohen Arbeits-
und Betriebskomfort bei der genauen Durchrechnung, Diskussion und
Losung verschiedenster Angaben. Die computerunterstutzte
Regelungstechnik bedeutet eine wesentliche Entlastung fur
Ingenieure und Studenten, verlangt aber gleichzeitig ein
entsprechendes Problembewusstsein und die Kenntnis mancher Tucken.
Dieses kompakt konzipierte und pragnant formulierte Lehrbuch zeigt,
wie mit entsprechenden Softwarepaketen - MATLAB, SIMULINK, MAPLE
oder MATHEMATICA - einfache bis sehr komplexe regelungstechnische
Aufgabenstellungen bewaltigt werden konnen."
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