Duale Regelungstechnik

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1 Prof. Dr.-lng. Serge Zacher Duale Regelungstechnik Methoden und Werkzeuge der lnformationstechnologie für die Regelungstechnik mit Prozessrechnern VDE VERLAG GMBH

2 Inhalt Stand und Trends der Regelungstechnik... Klassische Regelung und Steuerung... Historischer Überblick... Dualität eines Regelkreises... Klassische DGL-basierte Regelungstechnik... Beschreibung mittels Differentialgleichungen... Zeit.. Frequenz- und Bildbereich... Von linearen zu nichtlinearen Regeistrecken... Von stetigen zu unstetigen Systemen... Von einschleifigen zu vermaschten Regelkreisen... Von vermaschter Regelung zur Mehrgrößenregelung... Von analoger zu digitaler Technik... Diskretisierung von Regelungsalgorithmen... PC-basierte Regelungstechnik... Simulation und Regelung... Modellbasierte Verfahren... Intelligente Feldgeräte... Prozessinformatik... Integration von Regelung und Steuerung... Integration von PC und SPS-Welt... IEC-Programmierung oder UML?... Objektorientierte Programmierung... Objektbasierte Kommunikation: CORBA... Prozess-Feldgerät-Kommunikation... Client/Server-Verbindung... Remote-Systems... S OAP HMI SCADA Prozessvisualisierungssysteme Vertikale Integration Probleme der Informationsverarbeitung Von Informations- zur Wissensverarbeitung

3 Wissensbasierte Verfahren Künstliche neuronale Netze Lernfähigkeit... Neuronen... Anwendungsbeispiel: Stabilitätsgrenze Anpassung des Lernalgorithmus an digitale Regelkreise... Neuronale Netze Beispiel: Backpropagation-Netz... Vorteile und Nachteile von KNN Fuzzy-Regelung... Fuzzy-Logik... Linguistische Variablen Zugehörigkeitsfunktion Logische Operationen mit scharfen Mengen Unscharfe Mengen Logische Operationen mit unscharfen Mengen Fuzzifizierung Regelbasis... Erfüllungsgrad einer Regel Inferenz Defuzzifizierung Fuzzy-Regler Bausteine eines Fuzzy-Reglers nach Mamdani... Übungsaufgabe: Geschwindigkeitsregelung Marktprodukte Mehrgrößen-Fuzzy-Regler mit PLS MIMO-Regelstrecke Systemkonfiguration Aufbau des Mehrgrößen-Fuzzy-Reglers Versuche mit dem Mehrgrößen-Fuzzy-Regler Duale Regelungssysteme Dualitätsprinzip Allgemeine Definition Symmetrie und Antisymmetrie als duale Operationen Dualität in der Mathematik Dualität in der Elektrotechnik Dualität in der Systemtheorie

4 Konzept der dualen Regelung... Behandlung von dualen Regelkreisen... Lernmechanismen... Nichtiteratives Lernen... Beispiele dualer Regelung... Kooperative Behandlung... Hybride Behandlung... Trial-Elemente... Fuzzy-Regler ohne Fuzzy-Logik... Fuzzy-Trial-Elemente mit MATLAB... Fuzzy-Trial-Elemente mit IEC-Sprachen... KNN ohne Backpropagation... Abschlussbemerkung Duale Grundglieder... Regelungstechnische Grundglieder... Blöcke des Wirkungsplanes... Konventionelle DGL-basierte lineare Übertragungsglieder... Lineare zeitinvariante Glieder (LZI)... Zusammengesetzte LZI-Glieder... Lineare Glieder mit zeitabhängigen Parametern (LZV)... Wissensbasierte Grundglieder... Fuzzy-Glieder... Neuro-Elemente... Duale regelungstechnische Glieder... Klassifikation und Zusammenstellung... Beispiele Klassische Mehrgrößenregelung... MIMO-Regelstrecke... Struktur... Beispiel: Strecke in P-Struktur... Statischer und dynamischer Koppelfaktor... Diagonalregler... Wirkungsplan... Ersatzregelstrecke... Stabilität eines Regelkreises mit Diagonalregler

5 Beispiel: Stabilitätsuntersuchung... Entwurf eines Diagonalreglers... Entkopplungsregler... Matrizen-Darstellung... Autonome Regelung... Zerlegung der Übertragungsmatrix... Entkoppelte Regelung einer Regelstrecke in P-Struktur... Beispiel: Entwurf einer entkoppelten Regelung... Entkoppelte Regelung einer Regelstrecke in V-Struktur... Beispiel: Entkopplung mit Abgriffsorten an Regeldifferenzen Duale Mehrgrößenregelung... Einführung... Projektbeispiel: Molekularfilter... Aufgabenstellung... Verfahrenstechnische Anlage... Identifikation der Regelstrecke... Regelung mit konventionellem Mehrgrößenregler... Entwurf des Diagonalreglers... Entwurf des Entkopplungsreglers... Simulation von konventionellen Reglern... Konzept der dualen Mehrgrößenregelung... Diagonaler Fuzzy-Regler... Entkoppelter dualer Mehrgrößenregler... Realisierung eines dualen Mehrgrößenreglers... MATLAB-Realisierung... PLS-Realisierung Formelsammlung: Lineare Regelungstechnik Grundlagen Test-Eingangsignale Lösung der Differentialgleichung Mathematische Beschreibung von Regelkreisen Statisches Verhalten Wirkungsplan Übertragungsfunktionen Grenzwertsätze

6 7.1.8 Komplexer Regelfaktor Regelungstechnische Grundglieder Systeme 2. Ordnung Regelbarkeit Reglertypen Simulation eines PID-Reglers mit MATLAB/Simulink Regelkreisverhalten im Zeitbereich... P-Regler mit P-T1-Strecke... I-Regler mit Strecke... I-Regler mit I-Strecke... PI-Regler mit P-T1-Strecke... PI-Regler mit I-Strecke... PD-Regler mit P-T2-Strecke... PID-Regler mit P-T2-Strecke... Regelkreisverhalten im Frequenzbereich... Bode-Dia gramm... Bode-Diagramme einzelner Grundglieder... Bode-Diagramm des aufgeschnittenen Kreises... Beispiel: Konstruktion von Asymptoten eines offenen Kreises... Stabilitätsuntersuchung... Definition... Notwendige und hinreichende Stabilitätsbedingung... Stabilitätskriterium nach Hurvitz... Vereinfachtes Stabilitätskriterium nach Nyquist... Nyquist-Kriterium im Bode-Diagramm... Betrags- und Phasereserve... Vollständiges Nyquist-Kriterium... Vollständiges Nyquist-Kriterium im Bode-Diagramm... Vollständiges Nyquist-Kriterium mit inversen Ortskurven... Reglereinstellung... Ziegler-Nichols-Verfahren... Integralkriterien... Kompensationsbeispiele... Betragsoptimum... Symmetrisches Optimum... Frequenzkennlinien-Verfahren (FKL)... Dead-Beat-Regler... Kaskadenregelung... Störgrößenaufschaltung Zweigrößenregelung

7 7.6 Digitale Regelung Digitalisierung von Regelalgorithmen z-transformation z-übertragungsfunktionen von Standard-Reglern z-übertragungsfunktionen einer Strecke mit dem Halteglied z-übertragungsfunktion des aufgeschnittenen Kreises... Literatur... Sachwortverzeichnis