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Freie Universität Bozen

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System- und Regelungstheorie

Semester 2 · 42188 · Bachelor in Industrie- und Maschineningenieurwesen · 12KP · IT


Die Lehrveranstaltung System- und Regelungstheorie ist ein Vertiefungsfach im Rahmen des Studiums des Bachelors in Industrie- und Maschineningenieurwesen und dient dem Erwerb von beruflichen Fähigkeiten und methodischen Kenntnissen der System- und Regelungstheorie linearer Systeme im Frequenzbereich.

Modul 1:
1. Dynamische Systemmodellierung im Frequenzbereich
2. Dynamische Systemantwort
3. Stabilität von linearen Systemen
4. Systemanalyse und Reglerentwurf mit Wurzelortskurven
5. Systemanalyse und Reglerentwurf basierend auf dem Frequenzgang
6. Digitale Regelung (wenn Zeit erlaubt)

Modul 2:
1. Einführung in Matlab
2. Einführung in Simulink
3. Simulation dynamischer Systeme im Frequenzbereich mit der Control System Toolbox
4. Computer-gestützte Systemanalyse und Reglerentwurf in Matlab/Simulink
5. Regelung von realen Versuchsaufbauten im Labor

Lehrende: Marco Frego

Vorlesungsstunden: 36
Laboratoriumsstunden: 24
Anwesenheitpflicht: Empfohlen.

Themen der Lehrveranstaltung
Das erste Modul beinhaltet 36 Stunden Frontalunterricht und 24 Stunden Übungen im Klassenraum der System- und Regelungstheorie linearer Systeme im Frequenzbereich. Das zweite Modul führt in weiteren 60 Stunden zunächst in die Simulationssoftware Matlab/Simulink ein und beinhaltet eine Reihe von regelungstechnischen Experimenten im Labor bei dem sowohl mechatronische als auch fluiddynamische Systeme zunächst simuliert und dann im realen Versuch geregelt werden.

Unterrichtsform
Die Stunden verteilen sich auf theoretischen Frontalunterricht und Übungen im Klassenraum.

Bildungsziele
Der Kurs besteht aus zwei Modulen: MODUL 1: System- und Regelungstheorie Das erste Modul beinhaltet 36 Stunden Frontalunterricht und 24 Stunden Übungen im Klassenraum der System- und Regelungstheorie linearer Systeme im Frequenzbereich. MODUL 2: System- und Regelungstheorie Labor Das zweite Modul führt in weiteren 60 Stunden zunächst in die Simulationssoftware Matlab/Simulink ein und beinhaltet eine Reihe von regelungstechnischen Experimenten im Labor bei dem sowohl mechatronische als auch fluiddynamische Systeme zunächst simuliert und dann im realen Versuch geregelt werden. Wissen und Verstehen Kenntnisse auf dem Gebiet der: • System- und Regelungstheorie von linearen Systemen im Frequenzbereich Anwenden von Wissen und Verstehen • Fähigkeit, angeeignetes Wissen für die Lösung von gegebenen Problemstellungen anzuwenden, einschließlich deren Lösung mit numerischen Daten Urteilen • Fähigkeit, Ergebnisse als plausibel einzuschätzen Kommunikation • Reifung einer technisch-wissenschaftlichen Terminologie Lernstrategien • Lernfähigkeiten, um sich Methoden der System- und Regelungstheorie für spezifische Anwendungen über die in dieser Vorlesung behandelten Themen hinaus anzueignen und anzuwenden.

Art der Prüfung
Die Prüfung deckt die Inhalte von MODUL 1 und MODUL 2 ab und hat die folgende Form: • MODUL 1 (50% der Abschlussprüfung): Schriftlich: 180 Minuten; Nr. Lernergebnisse: 1-5. • MODUL 2 (50% der Abschlussprüfung): Schriftlich: 120 Minuten; Nr. Lernergebnisse: 1-5.

Bewertungskriterien
Die Endnote errechnet sich aus dem Durchschnitt der beiden Modulnoten. Die Prüfung gilt als bestanden, wenn beide Noten gültig sind, d.h. im Bereich von 18-30 liegen. Andernfalls werden die einzelnen gültigen Noten (falls vorhanden) für alle 3 regulären Prüfungssitzungen aufbewahrt, bis auch alle anderen Teile mit einer gültigen Note abgeschlossen sind. Nach den 3 regulären Prüfungssitzungen werden alle Noten ungültig. • MODUL 1: Die schriftliche Prüfung besteht aus mehreren zu lösenden Rechenaufgaben, welche sich auf die verschiedenen behandelten Themengebiete verteilen. Bewertet werden: o die Richtigkeit der Lösungsansätze und der mathematischen Lösungsschritte, die Berechnung von numerischen Ergebnissen; o die Richtigkeit der Antworten und vorgelegten Argumente und der verwendeten Terminologie. • MODUL 2: Die Prüfung umfasst Aufgaben, die mit Matlab und Simulink zu lösen sind, und bedarf neben Wissen über die Handhabung der Simulationssoftware auch über Wissen von Methoden der Regelungstheorie von linearen Systemen im Frequenzbereich aus Modul 1. Bewertet werden die formale und methodische Korrektheit der Antworten sowie der durchgeführten Berechnungen als auch die grafische Darstellung der Ergebnisse.

Pflichtliteratur

Slides und Control Systems Engineering – Global Edition, Norman S. Nise, Wiley, 2017 (based on 7th edition from 2015).



Weiterführende Literatur

Feedback Control of Dynamic Systems – Global Edition, Gene F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini, Pearson, Global Edition, 2015 (based on 7th edition from 2015)

 

Modern Control Engineering – International edition 5/E, Katsuhiko Ogata, Pearson, 2010.

 

Automatic Control Systems, Farid Golnaraghi, Benjamin C. Kuo, 10th Edition, Mc Graw Hill Education, 2017.

Modern Control Systems, Global Edition 13/E, Dorf & Bishop, Pearson, 2018.

 

A MATLAB Primer for Technical Programming in Materials Science and Engineering - Leonid Burstein -Woodhead Publishing Elsevier – 2020

 

MATLAB A Practical Introduction to Programming and Problem Solving - Stormy Attaway - Second Edition - Butterworth-Heinemann Elsevier – 2012

 

MATLAB, Simulink, Stateflow - Angermann, Rau, Beuschel, Wohlfarth -De Gruyter (in German) 9th ed. 2017



Weitere Informationen
Verwendete Software: Matlab/Simulink.


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Ziele für nachhaltige Entwicklung
Diese Lehrtätigkeit trägt zur Erreichung der folgenden Ziele für nachhaltige Entwicklung bei.

4

Modules

Semester 2 · 42188A · Bachelor in Industrie- und Maschineningenieurwesen · 6KP · IT

Module A — System- und Regelungstheorie

1. Dynamische Systemmodellierung im Frequenzbereich
2. Dynamische Systemantwort
3. Stabilität von linearen Systemen
4. Systemanalyse und Reglerentwurf mit Wurzelortskurven
5. Systemanalyse und Reglerentwurf basierend auf dem Frequenzgang
6. Digitale Regelung (wenn Zeit erlaubt)

Lehrende: Marco Frego

Vorlesungsstunden: 36
Laboratoriumsstunden: 24

Themen der Lehrveranstaltung
Das erste Modul beinhaltet 36 Stunden Frontalunterricht und 24 Stunden Übungen im Klassenraum der System- und Regelungstheorie linearer Systeme im Frequenzbereich.

Unterrichtsform
Die Stunden verteilen sich auf theoretischen Frontalunterricht und Übungen im Klassenraum.

Pflichtliteratur

Control Systems Engineering – Global Edition, Norman S. Nise, Wiley, 2017 (based on 7th edition from 2015)

Slides



Weiterführende Literatur

Feedback Control of Dynamic Systems – Global Edition, Gene F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini, Pearson, Global Edition, 2015 (based on 7th edition from 2015)

 

Modern Control Engineering – International edition 5/E, Katsuhiko Ogata, Pearson, 2010.

 

Automatic Control Systems, Farid Golnaraghi, Benjamin C. Kuo, 10th Edition, Mc Graw Hill Education, 2017.

Modern Control Systems, Global Edition 13/E, Dorf & Bishop, Pearson, 2018.

A MATLAB Primer for Technical Programming in Materials Science and Engineering - Leonid Burstein -Woodhead Publishing Elsevier – 2020

 

MATLAB A Practical Introduction to Programming and Problem Solving - Stormy Attaway - Second Edition - Butterworth-Heinemann Elsevier – 2012

 

MATLAB, Simulink, Stateflow - Angermann, Rau, Beuschel, Wohlfarth -De Gruyter (in German) 9th ed. 2017



Semester -1 · 42188B · Bachelor in Industrie- und Maschineningenieurwesen · 6KP · DE

Module B — System- und Regelungstheorie Labor

1. Einführung in Matlab
2. Einführung in Simulink
3. Simulation dynamischer Systeme im Frequenzbereich mit der Control System Toolbox
4. Computer-gestützte Systemanalyse und Reglerentwurf in Matlab/Simulink
5. Regelung von realen Versuchsaufbauten im Labor

Lehrende: Marco Frego

Vorlesungsstunden: 0
Laboratoriumsstunden: 60

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