Systemtheorie und Regelungstechnik

Modulgruppe: Grundlagen der Systemtechnik

Sie lernen in diesem Modul, lineare zeitkontinuierliche Systeme im Zeitbereich zu untersuchen und entsprechend ihrer systemtheoretischen Eigenschaften einzuordnen. Nach erfolgreichem Abschluss beherschen Sie die wichtigsten Methoden zum Entwurf von Regelungen im Zeitbereich.

Präsenztermin:

nach individueller Vereinbarung

Einführung in das Modul

  

Modulhandbuch

Das Modulhandbuch finden Sie hier.

Inhalte des Moduls

  • Lineare und nichtlineare zeitkontinuierliche Systeme im Zustandsraum, Linearisierung und allgemeine Lösung linearer Zustandsdifferentialgleichungen
  • Strukturelle Eigenschaften linearer zeitkontinuierlicher Systeme im Zustandsraum
    (Stabilität, Steuerbarkeit, Beobachtbarkeit)
  • Entwurf von Zustandsreglern und Zustandsbeobachtern für lineare Systme
  • Analyse von nichtlinearen Systemen (Stabilität nach Lyapunov)
  • Steuerung und Regelung nichtlinearer Systeme

Lernziele

Im Modul werden vertiefte Kenntnisse der Regelungstechnik im Zeitbereich vermittelt. Ziel ist insbesondere die Beherrschung von Methoden zur modellbasierten Regelung von linearen Systemen und in Grundzügen von nichtlinearen Systemen.
In zunehmendem Maße verschärfte Anforderungen an Sicherheit, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit technischer Produkte und Produktionsanlagen erfordern den Einsatz moderner automatisierungs- und regelungstechnischer Methoden. Insbesondere im Bereich der Regelungstechnik stoßen einfache und meist heuristisch entworfene Regelungen sehr schnell an ihre Grenzen. Der systematische Entwurf modellbasierter Regelungen im Zeitbereich erlaubt insbesondere auch die Berücksichtigung von Nichtlinearitäten und hat somit das Potential, signifikante Verbesserungen bestehender Regelungsergebnisse zu erzielen. Die dafür notwendigen mathematischen und systemtheoretischen Grundlagen sowie konkrete Entwurfsmethoden werden im Modul vermittelt.
Nach Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, lineare zeitkontinuierliche Systeme im Zeitbereich zu untersuchen und entsprechend ihrer systemtheoretischen Eigenschaften einzuordnen. Sie können die wichtigsten Methoden zum Entwurf von Regelungen im Zeitbereich anwenden. Nach Belegung des Moduls kennen die Studierende zudem einige für die Regelung nichtlinearer Systeme geeignete Methoden und beherrschen deren Einsatz.

Lernsetting

Das Online-Studium findet im Selbststudium und in Form von Gruppenarbeit statt. Für das Selbststudium stehen Video-Vorlesungen, die Ihnen die Modulinhalte anschaulich darlegen, und ein ausführliches Skript bereit. Das Skript ist nach dem didaktischen Konzept der Universität Ulm für berufsbegleitend Studierende aufbereitet: es enthält beispielsweise Lernstopps, Multiple und Single Choice Fragen, Quizzes, Übungen, etc.

Ihr Mentor wird Ihnen in regelmäßigen Abständen Online-Sprechstunden in Form von Seminaren anbieten, die Ihnen bei der Bearbeitung der Übungsblätter helfen und Sie somit bei der Erarbeitung des Lernstoffs unterstützen. Außerdem steht ein weiteres Forum für den Austausch der Studierenden untereinander bereit.

Leseprobe des Studienbriefs

Leseprobe des Studienbriefs

Voraussetzungen

Für die erfolgreiche Teilnahme sind wichtig:

  • Grundlagenkenntnisse der höheren Mathematik (insbesondere lineare Algebra)
  • Beschreibung linearer, zeitinvarianter Systeme (LTI) im Frequenzbereich,
    Laplace-Transformation, Analyse von LTI-Systemen (Bode-/Nyquist-
    Diagramm)
  • Grundlagen der Regelungstechnik im Frequenzbereich, Entwurfsverfahren für lineare zeitinvariante Systeme im Frequenzbereich
  • erfolgreicher Abschluss des Moduls "Signals and Systems"

Technische Voraussetzungen für die E-Learning-Lerneinheiten

Mindestens erforderlich sind:

  • Ein auf Windows 7 oder neuer, Linux oder OS X 10.9 basierender Desktop-Rechner oder Notebook
  • Aktuelle Version von Mozilla Firefox, Google Chrome, Safari oder Internet Explorer (11 oder neuer)
  • Aktuelle Version des Adobe Flash Plugin im Browser (lediglich für Online-Sprechstunde bzw. Online-Webinar benötigt)
  • Internet-Zugang via xDSL, Cable, LTE oder besser mit mindestens 2 Mbit/s in Downstream- und 192 kbit/s in Upstream-Richtung ("DSL 2000")

Empfohlen wird:

  • Ein auf Windows 7 oder neuer, Linux oder OS X 10.9 basierender Desktop-Rechner oder Notebook, Dual-Core oder mehr, 2 GHz oder mehr
  • Aktuelle Version von Mozilla Firefox, Google Chrome, Safari, IE 11 (oder neuer)
  • Aktuelle Version des Adobe Flash Plugin im Browser (lediglich für Online-Sprechstunde bzw. Online-Webinar benötigt)
  • Internet-Zugang via xDSL, Cable, LTE oder besser mit mindestens 6 Mbit/s in Downstream- und 576 kbit/s in Upstream-Richtung ("DSL 6000")

Leistungsnachweise

Die regelmäßige Teilnahme an Online-Foren unterstützt Sie bei der Erarbeitung der in kontinuierlichen Zeitabständen zu erarbeitenden und bei Ihrem Mentor abzugebenden Übungen. Das Bestehen dieser studienbegleitenden Übungen ist Voraussetzung für die Teilnahme an der mündlichen Abschlussprüfung an der Universität Ulm. Detaillierte Informationen entnehmen Sie bitte der Modulbeschreibung im Modulhandbuch.

Zertifizierung

Bei erfolgreichem Abschluss des Moduls erhalten Sie ein Zertifikat sowie ein Supplement, das die Inhalte des Moduls als Übersicht auflistet. Im Supplement bestätigt Ihnen der Modulverantwortliche das Äquivalent von 6 Leistungspunkten nach ECTS.

Gebühren und Entgelte

Die Studiengebühren der Module für immatrikulierte Studierende bzw. die Teilnahmeentgelte für die Belegung von Einzelmodulen im Kontaktstudium finden Sie auf der Seite zur Modulübersicht.

Dozent

Prof. Dr.-Ing. Knut Graichen
Stellvertretender Institutsdirektor des Instituts für Mess-, Regel- und Mikrotechnik

Mentor

Soenke Rhein
Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik

  

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