Studiensemester: 2 (WS)
Modulverantwortlich: Prof. Dr. H. Henrichfreise
Sprache: Skript und Vortrag: Deutsch
Programmierbeispiele: Englisch
Zuordnung zum Curriculum: MSc Mechatronik
Lehrformen / SWS: 6 SWS Vorlesung, Übung, Praktikum, starke Vermischung dieser 3 Elemente („integrierte Lehrveranstaltung“, Bearbeitung von Anwendungsbeispielen bis hin zur konkreten Realisierung)
Arbeitsaufwand: 90 h Präsenz
90 h Selbststudium inklusive Prüfungsvorbereitung
Kreditpunkte: 6
Empfohlene Voraussetzungen: Kenntnisse der Inhalte der Module „Entwurf von Regelungssystemen“, und „Realisierung mechatronischer Systeme“
Angestrebte Lernergebnisse: Zum Teil „Digitale Regelung“:
Die Studierenden
kennen und verstehen die grundlegenden Zusammenhänge zeitdiskreter Systeme,
haben Kenntnisse und Fertigkeiten der mathematischen Behandlung zeitdiskreter Systeme,
können z-Übertragungsfunktionen erstellen und interpretieren,
kennen die gängigen Verfahren zum Entwurf zeitdiskreter Regelungen und können diese zielgerichtet anwenden.Zum Teil „Optimale Regelung“:
Die Studierenden
kennen die theoretischen Grundlagen der Zustandsregelung mit Führungs- und Störgrößenaufschaltung,
kennen die Auslegung mittels Optimierung quadratischer Gütefunktionale für deterministische und stochastische Anregung,
kennen Maßnahmen für die robuste Realisierung von optimalen Zustandsregelungen,
kennen die Methodik und den Einsatz von Softwarewerkzeugen für den Entwurf, die Analyse und die Realisierung,
haben ihr Wissen an einem Anwendungsbeispiel vertieft und können es auf komplexe mechatronische Systeme zielgerichtet anwenden,
haben die Fähigkeit zur Erschließung neuer Erkenntnisse anhand anspruchsvoller Veröffentlichungen in der Regelungstechnik.
Inhalt: Zum Teil „Digitale Regelung“:
Einführung in die digitale Regelungstechnik:
Arbeitsweise und Eigenschaften einer digitalen Regelung.Grundlagen der Analyse und Synthese zeitdiskreter Systeme:
mathematische Beschreibung des Abtast-Halte-Vorgangs, z-Transformation, Beschreibung von Abtastsystemen im z-Bereich, Antwortzahlenfolge eines linearen Differenzengleichungs-Übertragungsgliedes, Stabilität zeitdiskreter Systeme, bilineare Transformation, diskreter Frequenzgang.

Reglerentwurf im z-Bereich: diskreter Kompensationsregler, Regler für endliche Einstellzeit, Dead-Beat-Regler.

Zustandsraummethoden für zeitdiskrete Systeme:
Zustandsgleichungen, sprunginvariante Diskretisierung eines kontinuierlichen Systems, z-Übertragungsmatrix, Stabilität im Zeit- und im Bildbereich, stationärer Zustand, Entwurf einer Zustandsvektorrückführung durch Polvorgabe, Zustandsvektorrückführung mit endlicher Einstellzeit.

Zum Teil „Optimale Regelung“:
Lineare, quadratische gaußsche Zustandsregelung:
Grundlagen der Analyse stochastischer Signale, Linearer Quadratischer Reglerentwurf, Linearer Quadratischer Beobachterentwurf, Erweiterungen des Modells der Regelstrecke für die Führungsgrößenaufschaltung und Störgrößenbeobachtung/-aufschaltung, Robuste Realisierung.

Werkzeuggestützter Entwurf und Realisierung einer optimalen Zustandsregelung für ein elektromechanisches Positioniersystem.
Studien-/Prüfungsleistungen: Mündliche Prüfung, je eine Teilprüfung in Digitaler und Optimaler Regelung
Medienformen: Vorlesung mit Overheadfolien,
Nachvollziehen und Modifizieren von Programmierbeispielen mit Rechner und Videoprojektor,
Vorführung von Anwendungsbeispielen an Laborversuchsständen.
Literatur: Unbehauen, H.: Regelungstechnik II – Zustandsregelungen, digitale und nichtlineare Regelsysteme. 9. Auflage, Vieweg-Teubner Verlag 2007.
Föllinger, O., et. al.: Regelungstechnik – Einführung in die Methoden und ihre Anwendung. 10. Auflage, Hüthig Buch Verlag 2008.
Föllinger, O.: Lineare Abtastsysteme. R. Oldenbourg Verlag München 1990.
Friedland, B.: Control System Design – An Introduction to State-space methods. Dover Pubn Inc 2005.
Franklin, G. F., Powell, J. D., Workman, M. L.: Digital Control of Dynamic Systems. Addison-Wesley Publishing Company.
Lewis, F. L.: Applied Optimal Control & Estimation, Digital Control and Implementation. Texas Instruments and Prentice Hall, Englewood Cliffs NJ 1992.
Braun, A.: Digitale Regelungstechnik. R. Oldenburg Verlag München 1997.
Henrichfreise, H.: Prototyping of a LQG Compensator for a Compliant Mechanical Drive System with Friction. 1. Workshop TransMechatronik – Entwicklung und Transfer von Entwicklungssystemen der Mechatronik, HNIVerlagsschriftenreihe, Band 23, Paderborn 1997.
Weitere Literatur siehe Literaturliste zum Vorlesungsskript.
ILIAS-Link: Digitale Regelung