Rapid Control Prototyping

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1 Dirk Abel Alexander Bollig Rapid Control Prototyping Methoden und Anwendungen Mit 230 Abbildungen und 16 Tabellen Springer

2 Inhaltsverzeichnis Einführung und Überblick Allgemeines Entwicklungsprozesse für Automatisierungslösungen Klassische Entwicklungsprozesse Entwicklungsprozess mit Rapid Control Prototyping Der Systembegriif Modelle Beispiele Doppelpendel Dreitank Rechnerwerkzeuge MATLAB/SIMULINK 20 Beschreibung dynamischer Systeme Allgemeines Lineare Differentialgleichungen mit konstanten Koeffizienten Laplaee-Transformation Anwendung der Laplaee-Transformation Frequenzgang Darstellung von Frequenzgängen Lineare Regelkreisglieder 4G P. I. D PI. PD. PID r> PTi.PT2.PTn DTi PT t Lineare Difforenzengleiehungen mit konstanten Koeffizienten Z-Transformation Zustandsraum Darstellung dynamischer Systeme mit MATLAB 72

3 VIII Inhaltsverzeichnis Physikalische Modellbildung <J 3.1 Kontinuierliche Modellbildung Aufstellen von Differentialgleichungen Wirkungsplan Modularisierte Umsetzung in SlMULiNK Ereignisdiskrete Modellbildung Eigenschaften von Beschreibimgsmitteln Graphen Statecharts (Harel-Graphen) Petrinetze Weitere Beschreibuiigsmittel H4 3.3 Hybride Modellbildmig Getrennte Modellierung am Beispiel STATEFLOW Erweiterungen von Besclireibungsmitteln Modellabstraktionen Diskrete Abstraktionen Kontinuierliche Abstraktionen 133 Identifikation 4.1 Grundlagen, Ziele und Modelle Niclitparameirische Identifikation Allgemeines Frequenzgangmessung mit determinierten Signalen Fourier-Transformation und FFT Frequenzgangmessung mit stodiastischen Signalen Parametrische Identifikation Allgemeines Nichtrekursive Parameterschätzung Rekursive Parametersehätzung Parametersehätzung am Einfachpendel Interpretation geschätzter Parameter Identifikation bei adaptiver Regelung Anwendung parametriseher Identifikationsverfahren auf niehtparametrische und nichtlineare Prozessmodelle Gewichtsfolgenschätzung Identifikation nichflinearer Prozesse Abtasttheorem nach Shannon Praktischer Einsatz mit einem Software-Werkzeug 195 Grundzüge des Regelungs- und Steuerungsentwurfs Regelungstechnik vs. Steuerungstechnik Grundlagen Regelkreis 1-^ Bezeichnungen l^ Eigenschaften Entwurfsverfahren für Regelungen _

4 Inhaltsverzeichnis IX Entwurf der Regelkreisstrukt.ur Entwurf der Reglerstruktur Entwurf der Reglorparameter einschleifigcr Regelkreise Weitere Entwurfsvcrfahren Grundlagen Steuerkreis Begriffsdefinit.ioneii Steuerungsziel Steuerungsarten Entwurfsverfahren diskreter Steuerungen Heuristischer Entwurf Modellgestütztc Entwurfsverfahren 243 Simulation Modelle und Ziele der Simulation Simulation kontinuierlicher Prozesse Verfahren zur Simulation kontinuierlicher Prozesse Werkzeuge zur Simulation kontinuierlicher Prozesse Diskrete Simulation Hybride Simulation Problemstellung MATLAB/SIMUUNK/STATEFLOW 288 Rapid Control Prototyping Anforderungen an ein RCP-System Echt zeit Programmierung Entwiekhmgsphascn Systemsimulation Software-in-the-Loop Hardware-in-the-Loop Zusammenfassung Entwicklungsphascn Codegenerierimg Hardwarc-/Soft\vare-Kon[igurationen The MathWorks dspace National Instruments Visual Solutions MODELTCA/DYMOLA Diverse Zielhardware Zusammenfassung Hardware-/Softwarekonfigurationen. 317 Anhang Mathematische Grundlagen Matrizenreclmung Operationen Reispielaufgaben mit. Lösungen 325

5 X Inhaltsverzeichnis Kontinuierliche Modellbildung für ein Dreitanksystem Ereignisdiskrete und hybride Modellbildung am Dreitanksystem Nicht parametrisehc Identifikation Nichtrekursive Parametrische Identifikation Regelungsentwurf für das Dreitanksystem Erweiterung des Dreilanksystems um eine Ablaufsteuerung 35o Numerische Integrationsverfahren zur Simulation Simulation objektorientierter Modelle mit DYMOLA Rapid Control Prototyping am Beispiel Dreitanksystem 375 Literatur Index 3Jt 395

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