Auch wenn der Name sehr geordnet klingt, es ist gar nicht so einfach, die Regelungstechnik geregelt zu kriegen. Damit es Ihnen dennoch gelingt, erklärt Erwin Hasenjäger Schritt für Schritt und mit zahlreichen Beispielen, was Sie über dieses Thema unbedingt wissen sollten. Sie erfahren, welche Reglertypen es gibt, wieso Simulationen so wichtig sind, was es mit Schwingungen sowie Dynamik auf sich hat und vieles mehr. Natürlich kommen dabei auch die mathematischen Grundlagen und die passende Software nicht zu kurz. So ist "Regelungstechnik für Dummies" der perfekte Einstieg in dieses komplexe Thema.

Table of Contents:
Über den Autor 9 Einführung 23 Über dieses Buch 23 Konventionen in diesem Buch 23 Wie dieses Buch aufgebaut ist 24 Teil I: Der Einstieg in ein spannendes Fach 24 Teil II: Theorie kann praktisch sein 24 Teil III: Der Regelkreis hat Ecken 25 Teil IV: Alles gleichzeitig regeln 25 Teil V: Optimales, Menschliches und Hilfreiches 26 Teil VI: Der Top-Ten-Teil 26 Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 26 Wie es weitergeht 27 Teil I: Der Einstieg in ein spannendes Fach 29 Kapitel 1 Das Ganze im Überblick 31 Königsdisziplin der Automatisierung 31 Das Servicehaus 32 Messen, Steuern, Regeln 33 Aktoren und Sensoren 34 Regelungen in Technik und Natur 35 Das Prinzip Rückmeldung 36 Alles ist in Bewegung 38 Die Aufgaben von Regelungen 39 Die Regelstrecke 39 Die drei Schritte zu Regelungen 40 Es gibt viel zu tun 40 Viele Partner in einem Kreis 42 Prozess und Regelung im Wechselspiel 45 Kapitel 2 Ein Beispiel zum Einstieg 47 Am Anfang steht der Auftrag 47 Den Prozess gut kennenlernen 50 Modelle sind hilfreich 51 Möglichst auch Messungen machen 53 Theorie und Praxis zusammenführen 54 Den Regelkreis schließen 55 Alles eine Frage der Einstellung 58 Ein paar Dinge sind schon klar geworden 60 Kapitel 3 Das Grundwissen für die Regelungstechnik 61 Der komplette Regelkreis 61 Die Komponenten 62 Fragen zum Entwurf 63 Testsignale für den Regelkreis 64 Einfach mal einschalten 65 Hochlaufen lassen 66 Harmonisch schwingen 66 Das Verhalten der Regelstrecke 68 Prominente Modelle 70 Lineares bevorzugt 76 Stabil oder nicht 77 Reglertypen 79 Bei Reglern gibt es Standards 80 Manchmal genügt schalten 83 Wünsche erfüllen 85 Teil II: Theorie kann praktisch sein 87 Kapitel 4 Schnell fertig mit Mathe 89 Differenziale machen dynamisch 89 Unterschiedlich und doch ähnlich 90 Da steckt alles drin 93 Systeme sich selbst überlassen 94 Steckbriefe der Dynamik 96 Schnell zu den Eigenwerten 97 Komplexe Zahlen 98 Stabile Bekannte 101 Algebra ist einfacher 103 Eine sehr brauchbare Transformation 104 Dynamik im Bildbereich 106 Der Weg zurück 107 Ein zentraler Begriff 108 Kapitel 5 Die Algebra der Regelungstechnik 111 Die Übertragungsfunktion im Fokus 111 Oben und unten 112 Wohin die Reise geht 113 Häufige Vertreter 114 Einfacher Zusammenbau 114 In Reihe 115 Nebeneinander 117 Im Kreis 118 Der Regelkreis im Bildbereich 119 Zusammenschalten von Regler und Strecke 119 An Zähler und Nenner denken 120 Hilfreiches Programm 121 MATLAB – weltweit 122 Die Arbeitsweise 122 Polynome 123 Der Werkzeugkasten für die Regelungstechnik 124 Übertragungsfunktionen – noch einmal 124 Der Regelkreis mit MATLAB 125 Dynamik sichtbar machen 126 Blöcke zusammenschalten 128 Kapitel 6 Alles schwingt 131 Schwingung rein, Schwingung raus 131 Der Gang mit der Frequenz 132 Auch hier wird Dynamik einfach 134 Mehr zu komplexen Zahlen 135 Vom einen zum anderen 136 Ein Beispiel aus der Mechanik 137 Der Antrieb erzeugt Schwingungen 137 Die Bilanz führt zum Modell 137 Der Frequenzgang zeigt die Resonanz 139 Der Frequenzgang grafisch 141 Die Ortskurve 141 Das Bode-Diagramm 146 Einen Schwinger schwingend anregen 150 … und wieder helfen Programme 151 Mit Asymptoten arbeiten 152 Wie Asymptoten entstehen 152 Wichtige Typen schnell erkennen 153 Einfaches Zusammenschalten und Zerlegen 156 Kapitel 7 Zustände kompakt 161 Zustände, Vektoren und Matrizen 161 Mehrere Aufgaben gleichzeitig 161 Attraktive Modelle 163 Alles in einer Zeile 165 Die ABCD-Form 166 MIMO und SISO 167 Die beteiligten Matrizen 167 Drei Tanks 169 Flüssigkeitsbilanzen 169 Kompaktes Modell 170 Probelauf mit dem Modell 170 Lösung der Zustandsgleichung 172 Erst mal skalar betrachten 173 Numerisch integrieren 175 Jetzt vektoriell 176 Potenzreihe der Exponentialfunktion 177 Die Berechnung der Fundamentalmatrix 177 Das vektorielle Modell im Block 179 Kapitel 8 Mehr zu den Zuständen 181 Eigenheiten, Eigenwerte, Eigenverhalten 181 Zunächst die Zustände 182 Weg 1: Bilanzen aufstellen 183 Weg 2: Freiheitsgrade beschreiben 184 Weg 3: Differenzialgleichung umbauen 186 Weg 4: Blockdiagramm auswerten 186 Veränderliches und Konstantes 187 Zustände ändern 187 Die Inverse einer Matrix 188 Transformation für alles 190 Systemeigenschaften bleiben erhalten 190 Normale Formen 192 Regelungsnormalform 193 Beobachternormalform 194 Steuerbares und Beobachtbares 195 Verschiedene Kategorien 195 Prüfung der Steuerbarkeit 197 Prüfung der Beobachtbarkeit 197 Teil III: Der Regelkreis hat Ecken 201 Kapitel 9 Das Regeln in einer Schleife 203 Struktur und Aufgaben 203 Der Standard 203 Die Aufgaben 205 Stabilität: Ein Polynom mit Charakter 206 Hurwitz gibt Auskunft 208 Nyquist kann schon mehr 211 Den Regelkreis kurz öffnen 211 Stabiles Verhalten erwünscht 212 Reserven sind wichtig 214 Stabilität numerisch prüfen 216 Vorbereitungen 216 Ein Standardregelkreis mit MATLAB 216 Regeldifferenzen vermeiden 218 Die drei Einflüsse 218 Und so geht es 220 Dynamik vorgeben 223 Die Regelgröße darf etwas überschwingen 223 Kein Überschwingen erlaubt 225 Kapitel 10 Die richtige Reglereinstellung 227 PID – der Klassiker 227 Drei Kanäle 228 Drei Wirkungen 231 Ein Regler, der alles kompensiert 232 Etwas Algebra 232 Die Methode ist fertig 234 Was zu beachten ist 239 Vorgabe von Eigenwerten 239 Der Nenner ist wichtig 239 … und so wird es gemacht 241 Entwürfe im Bode-Diagramm 243 Die Reihenschaltung 243 Der P-Anteil kommt zuerst 244 Dann folgt der I-Anteil 244 Schließlich kommt der D-Anteil 245 Das Bode-Diagramm mit MATLAB 247 Praktische Regeln 247 Die T-Summen-Regel 248 Die Herren Chien, Hrones und Reswick 250 Das Ziegler-Nichols-Verfahren 252 Probieren mit Erfahrung 252 Kapitel 11 Erweiterte Regelkreise 255 Regelkreise in einer Kaskade 255 Zusätzliche Information aus der Regelstrecke 256 Zwei geschachtelte Regelkreise 256 Antriebsregelung mit Kaskadenstruktur 258 Einer für alle 258 Von innen nach außen 259 Regelkreise für Drehzahl und Winkel genauer betrachtet 261 Vorgabe von Führungsgrößen 262 Weitere Strukturen 263 Sollwerte direkt berücksichtigen 263 Den Regler unterstützen 264 Störungen erkennen und dagegenhalten 266 Split-Range-Regelung 267 Zwei Größen gleichzeitig regeln 269 Verkoppelte Regelgrößen 269 Abhängigkeiten darstellen 270 Abhängigkeiten beseitigen 270 Kapitel 12 Regeln mit Rechnern 275 Regler werden zu Programmen 275 Von der Hardware zur Software 276 Signale im Rechner 279 Analoges und Digitales 280 Vom Kontinuierlichen zum Diskreten 280 Der Rechner kennt keine Differenziale 282 Es bleiben die Grundrechenarten 282 Was aus der Differenzialgleichung wird 283 Rekursives 283 Diskrete Regler 284 Der diskrete I-Regler 284 Der diskrete PID-T1-Regler 285 Programmierung 286 Diskrete Übertragungsfunktionen 288 Große Abtastzeiten und eine neue Transformation 288 Diskretisieren mit MATLAB 288 Vorteile und Nachteile 291 Kapitel 13 Digitale Regelgeräte 293 Regelungstechnische Datenverarbeitung 293 Regler und Rechner 294 Signale für die digitalen Regler 295 Prozentiges 296 Kompaktregler 297 So kann er aussehen 298 Funktionen auswählen 299 Wichtiges Umschalten 300 Störgrößen aufschalten 301 Schaltende Regler 302 Zwei Regler mit einer Aufgabe 303 Verhältnisse regeln 303 Was noch gebraucht wird 305 Sollwerte und Stellgrößen zügeln 305 Den I-Anteil begrenzen 306 Nichtlineares am Eingang 306 Teil IV: Alles gleichzeitig regeln 309 Kapitel 14 Die Regelung von Zuständen 311 Rückführung des Systemzustands 311 Zwei Zustände eines Wagens 311 Die Regelung der zwei Zustände 313 Vorgabe der Regeldynamik 315 Eigenwertvorgaben leicht gemacht 318 Eine Stellgröße 319 Es geht noch einfacher 321 Und jetzt für mehrere Stellgrößen 322 Sollzustände erreichen 322 Aufschalten von Sollzuständen 322 Pseudo 324 In Bildern denken 325 Der Zwei-Massen-Schwinger 326 Der Versuchsaufbau 326 Die Mechanik 327 Aktiv dämpfen 329 Positionieren 331 Simulieren 332 Kapitel 15 Zustandsbeobachter ersetzen Messungen 335 Mit Modellen schätzen 335 Das Modell läuft mit 336 Zustände beobachten 337 Den Beobachter ebenfalls regeln 338 Nur eine Frage der Dimension 338 Berechnung von Beobachtern 339 Die regelnde Fehlerrückführung 339 Die Rückführung berechnen 341 Bei einer Messgröße ist es einfach 342 Beobachter an einer Rührkesselkaskade 343 Die Zustandsgleichungen 343 Beobachtbar? 344 Eigenwerte platzieren 344 Ein Test des Beobachters 345 Regeln mit Beobachtern 345 Die Kombination 346 Der richtige Entwurf 346 Beobachter und Regler an einem Antrieb 347 Eine Schwingerkette 347 In zehn Schritten zum Ziel 348 Kapitel 16 Integrales und Digitales 357 Zustandsregler mit I-Anteil 357 Der Zustandsregler wird ergänzt 357 Die Erweiterung 359 Konkret 360 Übrigens … 362 Diskretes für den Rechner 362 Prozess und Rechner 362 Der leichte Übergang 363 Der Entwurf findet im Kontinuierlichen statt 365 … auch für den Beobachter 369 Teil V: Optimales, Menschliches und Hilfreiches 371 Kapitel 17 Optimal – besser geht es nicht 373 Das Prinzip der Optimierung 373 Begriffe der Optimierung 373 Draht biegen 374 Optimierung von Reglern 375 Optimieren heißt: Kompromisse schließen 375 Quadrate werden nicht negativ 376 Ein optimaler P-Regler 378 Die Gütefunktion und das Optimum 380 Optimale Zustandsregler 381 Gütefunktion mit Vektoren 381 Es wird dem Rechner überlassen 382 Kapitel 18 Fuzzy-Regler mit menschlichen Zügen 385 Scharfes und Unscharfes 386 Eine neue Mengenlehre 386 Typische Fuzzy-Mengen 388 Fuzzifizierung – Schritte ins Unscharfe 390 Mit Fuzzy-Mengen regeln 391 Drei Teile 391 Ein Abstandsautomat 392 Die Regelbasis 394 Die Inferenz 396 Die Defuzzifizierung 398 Ein Vergleich 400 Vorteile 400 Nachteile 400 Nicht nur für die Regelungstechnik 401 Kapitel 19 Hilfreiche Software für die Regelungstechnik 403 MATLAB und seine Toolboxes 403 Ein kurzer Überblick 404 Zum Schmökern 405 Scilab – der umfangreiche Werkzeugkasten 405 Drei Möglichkeiten 405 Jede Menge Funktionen 408 Die Paletten von Xcos 410 Zum Schmökern 411 Mit WinFACT alle Register ziehen 412 Der ganze Baukasten 412 Mit BORIS geht es los 414 Fuzzy-Regelung mit BORIS und FLOP 415 Zum Schmökern 420 Virtuelle Instrumente mit LabVIEW bauen 420 Außen und innen 420 Auf den Paletten stapelt es sich 422 Ein Schrank voller Instrumente 424 Regelkreise 424 Ein Werkzeugkasten für Reglerentwurf und Simulation 426 Zum Schmökern 428 Teil VI: Der Top-Ten-Teil 429 Kapitel 20 Zehn Toptipps zur Regelungstechnik 431 Merkregeln 431 Tipps für Studenten 431 Hinweise für den Praktiker 432 Damit wir uns nicht missverstehen 432 Schöne Gesellschaften 433 Brauchbares Internet 433 Feine Videos 433 Let’s talk in English 435 Zum Blättern 437 Zum Vertiefen 437 Stichwortverzeichnis 439