Dozent: Prof. Dr.-Ing. Johann Reger

Umfang: 2 SWS Vorlesung, 2 SWS Übung, für die Lehrveranstaltung werden insgesamt 5 LP angerechnet.

Turnus: Sommersemester

Inhalt und Literatur: siehe unten

Studiengänge im Sommer 2012:

• Elektrotechnik und Informationstechnik (EIT 4.FS 1, EIT 4.FS 2) 
  
• Ingenieurinformatik (II 4.FS 1, II 4.FS 2)
• Lehramt (LAE 4.FS MTR, LAE 4.FS PH)
• Technische Kybernetik und Systemtheorie (TKS 4.FS)
• Wirtschaftsingenieurwesen (WIW-ET 4.FS 1)

Termine im Sommer 2012:

Die Vorlesung findet im Hörsaal 2 des Mehrzweckgebäudes statt

Beiblätter:

• Gliederung der Vorlesung
• Beiblatt zur Laplace-Transformation
• Beiblatt zur Lösung von linearen Differentialgleichungen
• Beiblatt zum Frequenzgang
• Beiblatt zum Hurwitz-Kriterium
• Beiblatt zu den Normalformen von Übertragungsfunktionen
• Beiblatt zum P-T2-Glied
• Beiblatt zu Standardübertragungsgliedern
• Beiblatt Rechenregeln für den Frequenzgang

Zusatzmaterial:

• Matlab MCRInstaller zum Betrachten der GUIs ohne Matlab:  Packet 1 (150Mb), Packet 2 (120Mb) 
  (leider nur für Windows: rar-files im gleichen Verzeichnis speichern, entpacken und ausführen - password in Vorlesung benannt)
  
  
• Demo zum Einschwingverhalten des Pendels (Matlab GUI)
  Matlab GUI: alle Dateinen in einem Verzeichnis entpacken und "pendel_gui" im Matlab Command Window aufrufen
  Win-exe: speichern und ausführen (MCRInstaller muss installiert sein, s. o.)
  
  
• Illustration zum dominaten Polpaar (Matlab-Skript)
  Matlab-Skript: Datei entpacken und "demo_dominantes_polpaar" im Matlab Command Window aufrufen 
  (Info: "help demo_dominantes_polpaar")
  Win-exe (4Mb): speichern und ausführen (MCRInstaller muss installiert sein, s. o.)
  
  
• Illustration zum Nyquist-kriterium (Matlab-Funktion)
  Matlab funktion: Datei entpacken und "demo_nyquist" im Matlab Command Window aufrufen (Info: "help demo_nyquist")
  Win-exe (4Mb): speichern und ausführen (MCRInstaller muss installiert sein, s. o.)
  
  
• Einführung in Matlab Control Systems Toolbox
  

Übungsblätter:

• Übungsblatt 1 (1. und 2. Termin) - Modellbildung und Linearisierung
• Übungsblatt 2 (3. Termin) - Laplace-Transformation
• Übungsblatt 3 (4. und 5. Termin) - Skalierung, Stabilität, Betrachtungen im Zeitbereich
• Übungsblatt 4 (6. und 7. Termin) - Übertragungsfunktion, interne Stabilität, stationäre Verstärkung, Hurwitzkriterium
• Übungsblatt 5 (8. und 9. Termin) - Frequenzgang
• Übungsblatt 6 (10. Termin) - Nyquistkriterium
• Übungsblatt 7 (11. Termin) - Frequenzkennlinienverfahren
  Folien aus der Übung - 
  matlab-skripte (abweichend von der Übung sind die Reglerverstärkungen hier exakt bestimmt worden!)
• Übungsblatt 8 (12. Termin) - Entwurf mit Kenngrößen
  Folien aus der Übung
• Übungsblatt 9 (13. Termin) - Algebraischer Reglerentwurf
  Folien aus der Übung

Klausur:

Inhalt der Lehrveranstaltung: 

• Motivation: Beispielprobleme, Unterschied Steuerung/Regelung
• Lineare zeitinvariante SISO-Systeme: nichtlineare Ein-/Ausgangsdarstellung, Linearität, Linearisierung um Betriebspunkt, Lösung, Stabilität, stationäre Verstärkung, Kleinsignale, Normierung
• Übertragungsverhalten: Laplace-Transformation, Übertragungsfunktion, Sprungantwort, Standardtypen, Sensitivitätsfunktionen, Regelkreis und interne Stabilität, Kompositionen, Formel von Mason
• Frequenzbereich: Frequenzgang, Frequenzkennlinien bzw. Bode-Diagramm, Nyquist-Ortskurve und Nyquist-Kriterium, robuste Stabilität, Amplituden- und Phasenrand, Bandbreite
• Standardregler: PID-Regler, experimenteller Abgleich (Ziegler/Nichols), Entwurf im Bode-Diagramm, phasenhebende und phasensenkende Übertragungsglieder
• Algebraischer Reglerentwurf: Polvorgabe mit Sylvestermatrix, Polvorgabe unter Nebenbedingungen, Youla-Parametrierung
• Erweiterte Regelkreisarchitekturen: Vorfilter, Störgrößenaufschaltung, Kaskadenregelung, Kombination von Steuerung und Regelung

Ziele der Lehrveranstaltung: 

• Basierend auf der Frequenzbereichsmethodik können die Studierenden die Übertragungsfunktion für köntinuierliche Eingrößensysteme aufstellen.
• Die Studierenden lernen die wichtigsten Übertragungsfunktionen linearer Eingrößensysteme im Frequenzbereich kennen, kombinieren und interpretieren.
• Die Studierenden können Eigenschaften wie die Stabilität, den Amplituden- und Phasenrand sowie die Bandbreite anhand der Übertragungsfunktion des Systems untersuchen und beurteilen.
• Die Studierenden sind in der Lage, PID-Regler mit Hilfe des Bode-Diagramms, der Youla-Parametrierung sowie auf algebraische Weise zu entwerfen.
• Die Studierenden lernen erweiterte Regelkreisarchitekturen kennen und zur Verbesserung der Performance des Regelkreises einzusetzen.

Empfohlene Literatur (eine Auswahl):

• Föllinger, O., Regelungstechnik, Hüthig 1994
• Goodwin, G. C., Graebe, S. F., Salgado M. E., Control System Design, Prentice Hall 2001
• Horn, M., Dourdoumas, N., Regelungstechnik, Pearson Studium 2004
• Lunze, J., Regelungstechnik 1 & 2, Springer 2001
• Reinisch, K. , Analyse und Synthese kontinuierlicher Steuerungs- und Regelungssysteme, Verl. Technik 1996 
• Unbehauen, H., Regelungstechnik I & II, Vieweg 1983