Lehrstuhl für Elektrische Maschinen und Antriebe

Recommendable references - overview:

		Motion control
		Bond Graph (BG)
		Energetic Macroscopic Reprensentation (EMR)
		Finite Time Settling (FTS: dead beat, minimal form, suboptimal design)
		Decoupling
		Power flow oriented modelling in comparison
		Modelling
		Power Oriented Graph (POG)
		Z-transformation
		Betragsoptimum (Magnitude Optimum) - Kessler

Recommendable references - sources:

Motion control

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Bauer, N. u.a.	Sequential Function Charts: Die Notwendigkeit formaler Analyse.	Automatisierungstechnische Praxis (atp), 46(2004)8, S. 61/67	Fundierte Erläuterung der Unzulänglichkeiten von Norm IEC 61131-3; Diskussion einer Semantikprüfung; 3 nachvollziehbare Beispiele mit Sackgassen
OMAC users group	Machine State Model Guidelines	Version 2.2, 11th march 2002	Interessantes Modell für eine automatische Maschinensteuerung; Beschreibung der einzelnen allgemeinen Maschinenzustände
Humphrey, D.W.	Die Fühler ausgestreckt.	Computer & Automation 6/2002, S.10/13	Diskussion eines OMAC Modells für Maschinenzustände (Pack ML State Model), Verweis auf Terminologie nach ISA-88-Batch-Control-Spezifikation
Bauer, N. Treseler, H.	Vergleich der Semantik der Ablaufsprache nach IEC 61131-3 in unterschiedlichen Programmierwerkzeugen.	VDI-Berichte, Nr. 1608, 2001	Umfassende Diskussion von möglichen Fehlern bei Portierung eines Programms nach IEC 61131-3 auf eine andere Hardware; Beispiele



Bond Graph (BG)

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Reibiger, A. Loose, H.	Bond graphs and matroids	Mathematics and Computers in Simulation, 53(2000)4–6, pp. 323–332	justification of bond graph terminology in framework of classical network theory, interrelations between bond graphs and Minty networks
Karnopp, D.	Understanding induction mator state equations using bond graphs.	ICBGM '03, session 14	Elegante Herleitung eines skalaren Bondgraphen der Asynchronmaschine für Ständerkoordinatensystem; guter Vergleich zu Quang (1. Auflage) Gleichungssystem 3.12 / 3.16 möglich; Vergleich unterschiedlicher I-Felder in Abhängigkeit der Kausalität
Junco, S.	Real- and complex-power bond graph modelling of the induction motor.	ICBGM '99, session 8	Umfassender Vergleich verschiedener Bondgraphenmodelle; Ständer- u. Läuferkoordinatensystem; skalar / vektoriell; Umrechnung der Koordinatensysteme mit TF bzw. MTF; Herleitung eines komplexen Bondgraphen auf Basis der Raumvektortheorie nach Kovacs
Borutzki, W.	Bondgraphen - Eine Methodologie zur Modellierung multidisziplinärere dynamischer Systeme.	SCS-Europe BVBA, 2000	Derzeit einziges deutschsprachiges Buch über Bondgraphen; Gute Erläuterung der Grundlagen
Geitner, G.-H.	Power Flow Diagrams Using a Bond Graph Library under Simulink.	IEEE-IECON 2006, Paris, CD (SS19)	Vorstellung einer Freeware Bondgraph-Blockbibliothek für Simulink anhand mehrerer Beispiele.
Komurgoz, G. Geitner, G.-H.	Systems featuring chain structures – a generalized Bond Graph modelling.	Taylor & Francis Online 2019	Hints for general chain structure modelling, general algorithms to obtain scalar segment and vectorial total models, usage for open and closed chains plus rings of ring structures.



Energetic Macroscopic Reprensentation (EMR)

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Bouscayrol, A. et al.	Teaching drive control using Energetic Macroscopic Representation - initiation level	EPE 2007, Aalborg, CD	Instruktive Einführung anhand eines Elektrofahrzeugs. Im Vergleich zu BG orientiert auf Komponenten, daher nicht alle Leistungsflußvariablen expliziet verfügbar; spezielle Ikonenbibliothek; zusammen mit COG streng logische Ableitung von Regelstrukturen möglich.
Bouscayrol, A. et al.	Teaching drive control using Energetic Macroscopic Representation-expert level	EPE 2009, Barcelona, pp. 1-9	Expert level enables studies of complex systems and scientific skills on drive control, example simulation of a wind energy conversion system



Finite Time Settling (FTS: dead beat, minimal form, suboptimal design)

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Pohl, M.	Reglerentwurf auf Endliche Einstellzeit für die Turbinenregelung einer Wasserkraftanlage.	Automatisierungstechnik (at), 36(1988)8, S. 306/10	Vollständiges, komplizierteres Beispiel mit Streckenparametern im P- und Z-Bereich, sowie Reglerparametern
Janiszowski, K.	Verallgemeinerter Dead-beat Regler.	messen-steuern-regeln (msr), 24(1981)2, S.70/74	Ausführliche, allgemeine Berechnungen über Gütekriterien bei suboptimalen Einstellungen
Zimmermann, R.	Dead-beat Regelalgorithmen für Mikroprozessor-Regler.	messen-steuern-regeln (msr), 23(1980)2, S. 68/72	Ausführliche, allgemeine Berechnungen über Gütekriterien bei suboptimalen Einstellungen



Decoupling

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Janiszowski, K. Unbehauen, H.	Entwurf eines neuartigen diskreten Entkopplungsreglers für Mehrgrößensysteme.	Automatisierungstechnik (at), 35(1987)2, S. 56/65	Näherungsfreier diskreter Entwurf für allgemeine Ordnung; übersichtliche Rechnung und Ergebnisse bei Ordnung 2 (Drehfeldmaschinen)
Quang, N. P. Dittrich, A. Lan, P. N.	Double-fed induction machine as generator in wind power plants: nonlinear control algorithms with direct decoupling	EPE 2005, Dresden, CD	Interessante alternative Möglichkeit: Herleitung mittels Lie-Ableitung und Matrizeninversion; Wahl neuer Zustandsgrößen bzw. sogenannte Koordinatentransformation; Ergebnis entspricht einer Aufschaltung bzw. Kompensation



Power flow oriented modelling in comparison

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Schönfeld, R. Geitner, G.-H.	Power flow and information flow in motion control systems.	EPE-PEMC '04, Riga, September 2004, CD	Vergleich der Modellierung von GM und Kelvin-Voigt-Element mit BG, SFD, EMR, PFD und einfachem Simulink-BG.
Bouscayrol, A. et al.	Different energetic descriptions for electromechanical systems.	EPE '05, Dresden, September 2005,CD	Anschaulicher Vergleich von BG (skalar), EMR, COG und PFD anhand eines U-Bahn Antriebs
Zanasi, R. et al.	Different energetic techniques for modelling traction drives.	ElectrIMACS '08, Quebec (Canada), Juni 2008, CD	Ausführlicher Vergleich von BG (skalar u. vektoriell), EMR und POG (vektoriell) anhand Beispiel und Tabelle; Simulationsergebnisse mit Simulink.
Lhomme, W. et al.	Different Graphical Descriptions of Clutch Modelling for Traction Systems.	ElectrIMACS '08, Quebec (Canada), Juni 2008, CD	Vergleich der Modellierung eines Systems mit zwei Zuständen durch EMR sowie skalare u. vektorielle POG und BG Modelle; Simulationsergebnisse mit Simulink.
Geitner, G.-H. Komurgoz, G.	Power flow modelling of dynamic systems - introduction to modern teaching tools.	Qucosa arXiv	Einführung in BG, POG and EMR sowie Simulink BG-Blockbibliothek, Modellbildung für drei anschauliche Beispiele: Heben einer Last, Hubmagnet und Chopper mit Eingangsfilter .



Modelling

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Sahm, D.	A two-axis, bond graph model of the dynamics of synchronous electrical machines	Journal of the Franklin Institute, 308(1979)3, pp. 205–218	two-axis-model-machine using bond graph, power-conserving transformation
Scherf, H. E.	Modellierung und Simulation dynamischer Systeme.	Oldenbourg Verlag, 2003	In vorbildlicher Weise werden abgegrenzte Beispiele aus verschiedenen technischen Bereichen zusammengetragen; Die Beschreibung erfolgt ausgehend von Skizzen / Schaltplänen etc., über kurze verbale Erläuterungen / Gleichungen bis zur Vorgabe konkreter sinnvoller Parameter; Simuliert wird signalflußorientiert mit MATLAB / SIMULINK bei Angabe der Ergebnisgraphiken. Die SIMULINK-Modelle stehen beim Verlag über das Internet zur Verfügung.
Landau, I. D. Zito, G.	Digital Control Systems - Design, Identification and Implementation	Springer, 2010	Ausführliche Einführung in die RST-Regelstruktur, d.h. Aufspaltung der Reglerübertragungsfunktion in R- und S-Anteil sowie Definition eines T-Tracking Anteils; zahlreiche instruktive Beispiele; Betragsoptimum für verzögerte Eingänge stellt einen Sonderfall hierzu dar



Power Oriented Graph (POG)

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Zanasi,R.	Power-Oriented Graphs for modeling electrical machines.	MELECOM'96, Bari (Italy), May 1996, pp.1211-1214	Instruktive Einführung; Modellierungswerkzeug stark verwandt mit BG; leichter erlernbar, aber nicht so kompakt wie BG; POG und BG können gleiche Parameter nutzen, beide skalar und vektoriell möglich.
Zanasi, R. Azzone, G.	POG Modeling of a Cascaded Doubly-Fed Induction Generator	IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), 2010, Bari(Italy), pp. 1439-1444	dynamic equations obtained by Lagrangian approach, rotating reference frame clearly shows internal dynamic structure
Zanasi, R. Grossi, F.	The Power-Oriented Graphs for modeling mechanical systems with time-varying inertia	VPPC 2014, Coimbra (Portugal), pp. 1-6	Time-varying state space transformation, use of vectorial notation, extended POG model, time-varying rectangular and congruent POG transformation, example elastic crank-connecting rod system



Z-transformation

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Kuo, B.C.	Digital control systems.	Holt-Saunders Tokyo, 1981	Herleitung der "Abtast-Signalflußplan-Methode" (Berechnung vermaschter Strukturen von Hand) und der "Direkten-Signalflußgraphen-Methode" (maschinelle Berechnung mehrschleifiger Abtastsysteme)
Göhring, B.	Wahl der Anfangswerte für on-line Parameterschätzverfahren.	regelungstechnik (rt), 23(1975)11, S. 374/78	Beispiele zur Z-Transformation bei sprungfähigen Strecken mit Halteglied.
Föllinger, O.	Lineare Abtastsysteme	Oldenbourg Verlag, 1974, Abschnitt 2	Ausführliche Erläuterung des Abtast-Halte-Vorganges: S. 30/46
Ackermann, J.	Abtastregelung	Springer Verlag, Auflage 1972 !	Umfassende Darstellung von hoher didaktischer Güte, ergänzt durch Anwendungshinweise;
Tou, J.T.	Digital and sampled-data control systems.	Mc Graw-Hill Verlag, 1959	Umfangreichsten bekannten Tabellen zur Z-Transformation
Ragazzini, J.R. Franklin, G.F.	Sampled-data control systems.	Mc Graw-Hill Verlag, 1958	Klassiker; ausführliche Erläuterung des Abtast-Halte-Vorganges und möglicher Extrapolationen; Reglerentwurf



Betragsoptimum (Magnitude Optimum) - nach Kessler

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Schönfeld, R.	Grundlagen der automatischen Steuerung - Leitfaden und Aufgaben aus der Elektrotechnik	VEB Verlag Technik, 1984	Ausführliche Erläuterung der Grundlagen von Betragsoptimum und Symmetrischem Optimum, Einstellregeln und Beispiele.
Zäh, M. Brandenburg, G.	Das erweiterte Dämpfungsoptimum - Ein analytisches Optimierungsverfahren für Regelstrecken mit Zählerpolynom	Automatisierungstechnik (at), Heft 7, 1987, S. 275/283	Umfassende Erläuterung einer dämpfungsoptimalen Zustandsregelung, repräsentativ für elastische Systeme mit Elektroantrieb
Umland, J.W. Safiuddin, M.	Magnitude and Symmetric Optimum Criterion for the Design of Linear Control Systems: What is it and How does it compare with the Others?	IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 26, no. 2, pp. 489-497, 1990	Vergleich von Betragsoptimum (verzögerte Eingänge) mit Butterworth anhand eines Beispiels bei praktisch identischen Ergebnissen. Aber: bei verzögerten Eingängen ist Aussage "ad hoc remedy" zu Vorfilter falsch und bei PID-Reglern teilweise Kompensation keine optimale Einstellung.
Schröder, D.	Elektrische Antriebe 2 - Regelung von Antrieben	Springer, 1995	Erschöpfende tabellarische Übersicht zu Reglerauswahl und Optimierung bei klassischer Anwendung von Betragsoptimumun und Symmetrischem Optimum mittels einfacher Einstellregeln, Korrekturfaktoren als Diagramm und Formeln für störoptimalen PI-Regler, verallgemeinerte Formel für die Doppelverhältnisse (ohne Herleitung).
Åström, K.J. Hägglund, T.	PID controllers: Theory, design and tuning, 2nd Edition.	Research Triangle Park, N.C.Instrument Society of America, 1995	PID-Regler jeweils für Sollwert und Istwert, Wichtungsfaktoren für P- und D-Anteil bei Sollwert (Tabelle 4.6), Aber: entspricht letztlich Rückwärtsschieben des PID-Reglers (verzögerte Eingänge) mit Integratornäherung (große Zeitkonstante), Kompensation einer Zeitkonstanten, Sollwert ohne D-Anteil.
Åström, K.J. Hägglund, T.	The future of PID control.	Control Engineering Practice, vol. 9, pp. 1163–1175, 2001	Important remarks: (a) Design methods developed by Kessler ... used the slowest neglected time constant as an important part of the specifications (b) Many optimization strategies proposed can easily be eliminated ... compared with a well-tuned PID controller. Aber: allgemeine Lösungen ohne Kompensation vermeiden (a) bei Bestätigung von (b).
Vrancic, D. et al.	Improving disturbance rejection of PID controllers by means of the magnitude optimum method.	ISA Transactions, 2009, 10 pages	Regler vom PID-Typ für verzögerte Eingänge, Optimierung des Vorfilters bei wählbarer Ordnung. Aber: keine Regler höherer Ordnung, Streckenparameter gehen indirekt über "Charakteristische Flächen" in Optimierungsgleichungen ein, Ergebnisse für verzögerte Eingänge über Ansatz.
Ufnalski, B.	On the similarity of the Naslin and Kessler approach to optimal control (report, 2014)	http://www.ufnalski.edu.pl/ proceedings/misc/ Naslin_vs_Kessler_BEAMER.pdf	Sehr gute Darstellung des Zusammenhangs zwischen Doppelverhältnissen nach Naslin und Betragsoptimum nach Kessler anhand eines Beispieles.
Papadopoulos, K.G.	PID Controller Tuning Using the Magnitude Optimum Criterion.	Springer, 2015	Umfassende Erläuterung der Eigenschaften des Betragsoptimums. Einführung von Regelkreis-Typen nach Anzahl von Integratoren. Aber: Typ I (unverzögerte Eingänge) fehlende Optimierung für verzögerte Eingänge, Typ II und III (verzögerte Eingänge) Näherung für eine bzw. zwei Optimierungsgleichungen.
Vrancic, D. Huba, M.	High-Order Filtered PID Controller Tuning Based on Magnitude Optimum.	Mathematics 2021, 9, 1340, 24 pages	Regler höherer Ordnung bis PID4 für unverzögerte Eingänge mit Berücksichtigung von Filtern für differenzierende Anteile. Aber: nur ein Integrator im offenen Kreis, Streckenparameter gehen indirekt über "Charakteristische Flächen" in Optimierungsgleichungen ein.
Cvejn, J.	The magnitude optimum design of the PI controller for plants with complex roots and dead time.	Archives of Control Sciences, vol. 32, no. 1, pp. 5-35, 2022	Simulationsergebnisse für 8 Regelstrecken mit teils Totzeit und / oder Schwingungsglied, ein Schwingungsglied 2. Ordnung bei Einsatz von PI-Reglern. Aber: Kein Entwurf von PID-Reglern, keine Simulationsergebnisse für Störgrößenänderungen, keine Zahlenwerte für Reglerparameter.
Geitner, G.-H. Komurgoz, G.	The Magnitude Optimum – an excellent optimization criterion to tune control loops for universal applications.	to be published 2024	Regler der PID-Familie bis PID4, unverzögerte und verzögerte Eingänge (klassisches BO und Symmetrisches Optimum) ohne explizite Kompensation, Mehrfachintegration und optionale Vorfilteroptimierung nach Vrancic bei verzögerten Eingängen, Streckenparameter direkt verwendet, BO toolbox.

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