Effizienter Reglerentwurf mit Simulink

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Überblick über den Entwurfsprozess von Regelungssystemen

Ziel: Analysieren und parametrieren eines geschlossenen Regelkreises mit MATLAB und Simulink anhand eines einführenden Beispiels. Die einzelnen Schritte in diesem Entwurfsprozess werden in den folgenden Kapiteln vertieft.

• Definieren eines Workflows für den Regelungsentwurf
• Linearisieren eines Modells
• Analyse des Systemverhaltens
• Festlegen der Regleranforderungen
• Abstimmen von Reglern
• Testen von Reglern

Modellierung von Systemen

Ziel: Verwenden verschiedener Konzepte, um Systeme zu modellieren. Einblick in die Vor- und Nachteile der einzelnen Konzepte.

• Überblick über die Konzepte zur Modellbeschreibung
• LTI-Objekte
• Simulink-Modelle

Parameterschätzung

Ziel: Verwenden gemessener Daten zum Schätzen der Parameterwerte eines Simulink-Modells.

• Überblick über die Parameterschätzung
• Modellvorbereitung
• Schätzungsprozess
• Tipps zur Parameterschätzung

Systemidentifikation

Ziel: Dynamische Modelle für Regelstrecken basierend auf gemessenen Ein- und Ausgangsdaten ermitteln.

• Überblick über die Systemidentifikation
• Importieren und Vorverarbeitung von Daten
• Modellschätzung
• Modellvalidierung

Systemanalyse

Ziel: Analysieren von Systemverhalten im Zeit- und Frequenzbereich, um auf die benötigte Reglerstruktur zu schließen. Übersicht über die verschiedenen Analysewerkzeuge und -funktionen, mit denen das Systemverhalten untersucht werden kann, z. B. Systemresonanzen, Einschwingverhalten usw.

• Systemanalysefunktionen
• Linear System Analyzer
• DC-Motor-Analyse
• Automatisierung von Analyseaufgaben
• Analyse offener Regelkreise

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Linearisierung

Ziel: Linearisieren eines Simulink-Modells und Validieren des linearisierten Modells durch simulationsbasierte Erfassung des Frequenzgangs.

• Arbeitsschritte einer Linearisierung
• Definieren der Arbeitspunkte
• Linearisierungsfunktionen
• Schätzung des Frequenzgangs

PID-Regelung in Simulink

Ziel: Modellieren und Abstimmen von PID-Reglern in Simulink.

• Entwurfsprozess eines PID-Reglers
• Modellaufbau
• PID-Reglerblock
• Automatische Abstimmung
• Zusätzliche PID-Eigenschaften

Klassische Entwurfsmethoden für Regler

Ziel: Entwickeln von Systemreglern mittels klassischer Entwurfstechniken. Es werden übliche Regelungstechniken, wie z. B. PID- und Lead/Lag-Regler, behandelt.

• Abstimmung von Reglern im offenen Regelkreis
• Analyse geschlossener Regelkreise
• PID-Regelung
• Lead/Lag-Regelung

Optimieren des Regelkreisverhaltens

Ziel: Abstimmen von Modellparametern mittels Optimierungstechniken, basierend auf Entwurfsanforderungen und Parameterunsicherheiten.

• Optimieren des Modellverhaltens
• Durchführen von Sensitivitätsanalysen
• Optimieren mit Parameterunsicherheiten

Implementieren von Reglern

Ziel: Vorbereiten des modellierten Reglers für die Implementierung auf einem realen System.

• Bestimmen der physikalischen und praktischen Beschränkungen von Reglern
• Diskretisieren eines Reglers
• Vorbereiten eines Reglers für die Codegenerierung
• Umwandeln in Festkomma-Datentypen