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BOD - Das Digitale Betragsoptimum


BOD Toolbox Version 3.1

Unter MATLAB steht u.a. eine BOD Toolbox Version 3.0 mit folgenden einzelnen m-Files und Demo's oder als ZipFile zur Verfügung. Bitte beachten Sie die Notwendigkeit des Mitladens der private-Direktorie beim Laden ausgewählter einzelner Funktionen:

FilenameFunktion
bod
bod_2
Berechnung eines digitalen Reglers nach dem Digitalen Betragsoptimum (BOD) - ausgehend von einer Regelstrecke im Z-Bereich.
=> basierend auf Umformungen des allgemeinen Gleichungssystems; fsolve nur für störoptimalen PID-Regler [bod_2: alte fsolve-Syntax]
bodg Hilfsfile für bod.m; Aufruf nur durch bod sinnvoll.
bod_gen
Berechnung eines digitalen Reglers nach dem Digitalen Betragsoptimum (BOD) - ausgehend von einer Regelstrecke im Z-Bereich.
=> direkte Anwendung des allgemeinen Gleichungssystems, generelle Verwendung von fsolve, auch Lead/Lag Controller 1./2. Ordnung
bod_gen_eq Hilfsfile für bod_gen.m; Aufruf nur durch bod_gen sinnvoll.
bod_prefi_opt Optimierung des Vorfilters, hybride Optimierung nach dem Digitalen Betragsoptimum (BOD), d.h. Reglereinstellung bewirkt Verhalten für verzögerte Eingangsgrößen, Einstellung des neuen Vorfilters bewirkt Verhalten für unverzögerte Eingangsgrößen.
bod_rst Berechnung eines digitalen Reglers nach dem Digitalen Betragsoptimum (BOD) - direkt für eine RST-Regelstruktur.
Zur Definnition einer RST-Regelstruktur siehe Landau/Zito "Digital Control Systems", Springer 2010.
bod_rst_eq Hilfsfile für bod_rst.m; Aufruf nur durch bod_rst sinnvoll.
eez Berechnung eines digitalen Reglers nach Endlicher Einstellzeit (EEZ) - ausgehend von einer Regelstrecke im Z-Bereich.
gmt Berechnung von gewichteten mittleren Totzeiten bei Einsatz von Bussystemen innerhalb von Regelschleifen.
guete Gütekenngrößen der Übergangsfunktion nach Regelkreissimulation mit SIMULINK.
kaskade Optimierung einer zwei- oder dreischleifigen Kaskadenstruktur mit digitalen Reglern.
kmatrix Berechnung von Wichtungsfaktoren fuer das Optimierungsgleichungssystem nach (BOD).
simu Simulation und Güteberechnung der Übergangsfunktion für einen einschleifigen Regelkreis unter MATLAB.
trans Universelle Z-Transformation von Übertragungsfunktionen aus dem Laplace in den Z-Bereich.
Erweiterung von c2d/c2dm durch Berücksichtigung der Kopplung zwischen Regler und Strecke (T/H) sowie der Meßmethode (A/M).
urlaz Umrechnung von Reglerparametern zwischen Laplace- und Z-Bereich.
zust_au1
zust_au2
Zustandsregelstruktur "1" mit 3 Koeffizienten und automatisierter Berechnung. Teil 1 - Definition der Strecke im Laplace-Bereich und anschließende Z-Transformation. [Variante 2: veraltete fsolve Syntax]
zust_aug1
zust_aug2
Zustandsregelstruktur "1" mit 3 Koeffizienten und automatisierter Berechnung. Teil 2 - Definition der Zustandsregelstruktur im Z-Bereich. Aufruf nur durch zust_au. [Variante 2: veraltete fsolve Syntax]
zust_aup1
zust_aup2
Zust_au mit Variation von Motor-, Feder- und Lastzeitkonstante.
[Variante 2: veraltete fsolve Syntax]
zust_aut1
zust_aut2
Zust_au mit Variation von Abtastzeit und Restzeitkonstante des geschlossenen Stromregelkreises.
[Variante 2: veraltete fsolve Syntax]
zust_bran_2 Zustandsregelstruktur "2" mit 4 Koeffizienten und automatisierter Berechnung. Teil 1 - Definition der Strecke im Laplace-Bereich und anschließende Z-Transformation.
zust_bran_2gl Zustandsregelstruktur "2" mit 4 Koeffizienten und automatisierter Berechnung. Teil 2 - Definition der Zustandsregelstruktur im Z-Bereich. Aufruf nur durch zust_bran_2.

In der DEMO-Direktory stehen unter MATLAB bzw. SIMULINK folgende m- und mdl-Files als Beispiel-Aufruf-Scripte bzw. Beispiel-SIMULINK-Strukturen zur Verfügung:

FilenameFunktionSimulation
demo_1 Demo zur Anwendung von trans und bod - siehe auch DEMO_BOD zur Anwendung bei Definition eines LTI Modells. Das Demo enthält zwei Beispiele mit Menüführung. Beispiel 1 Führungsoptimierung (unverzögerte Eingangssignale) ohne Polkompensation, Beispiel 2 Störoptimierung (verzögerte Eingangssignale) mit Vorfilterentwurf. demo_1s
demo_2 Demo zur Anwendung von zust_au / zust_aug - Anwendung von BOD auf Zustandsregelstrukturen. Gegeben ist ein Zweimassensystem nach einem Artikel in der Automatisierungstechnik. Mittels Digitalem Betragsoptimum werden drei Rückführverstärkungen berechnet. demo_2s
DEMO_BOD Anwendung von bod (Digitales Betragsoptimum) mit Demonstration der wahlweisen Ein-/Ausgabe von LTI-Modellen und/oder Menüabschaltung, d.h. Vektorsteuerung. Für eine Beispielstrecke bestehend aus zwei Verzögerungsgliedern werden fünf Regler für unverzögerte Eingangssignale und drei Regler für verzögerte Eingangssignale berechnet. Der Entwurf mit gedämpftem D-Anteil wird an einer zweiten Regelstrecke verdeutlicht. DEMO_BODs
demo_BOD_rst Anwendung von BOD (Digitales Betragsoptimum) auf eine RST-Regelstruktur nach Landau/Zito (siehe bod_rst.m) bei einer Regelstrecke mit großer Totzeit. demo_BOD_rst_s
DEMO_EEZ Anwendung von eez (Endliche Einstellzeit) mit Demonstration der wahlweisen Ein-/Ausgabe von LTI-Modellen und/oder Menüabschaltung, d.h. Vektorsteuerung. Für eine Beispielstrecke bestehend aus zwei Verzögerungsgliedern werden für unverzögerte Eingangssignale vier Regler bei vollständiger Polkompensation, drei Regler für Rampeneingangssignal und zwei Regler bei unvollständiger Polkompensation berechnet. Unter Annahme verzögerter Eingangssignale bei einer Regelstrecke bestehend aus einem Verzögerungsglied und Mittelwertmessung werden neun Regler und Vorfilter ermittelt, wobei sich die Anzahl aus den möglichen Kombinationen von {0, 1, 2} suboptimalen Anregelschritten für Regler und Vorfilter ergeben. Der Reglerentwurf für eine kompliziertere Regelstrecke wird an einem Beispiel aus der Zeitschrift Automatisierungstechnik demonstriert. DEMO_EEZs
DEMO_GUETE Anwendung von guete zur Bestimmung von Güteparametern nach einmaliger Eingangssignaländerung von Regelkreisen. Es werden ein Führungs- und ein störoptimaler Regler einschließlich Vorfilter berechnet und Gütekennwerte für zwei Führungs- und eine Störsprungantwort ermittelt. DEMO_GUETEs
DEMO_KASKADE1 Anwendung von Kaskade.m auf dreischleifige Kaskadenregelstruktur. Berechnet werden führungsoptimale Regler für 4 Varianten:
bod/bod/bod; eez/eez/eez; eez/bod/bod; eez/eez/bod
Keine Begrenzung: praktische Berücksichtigung durch Begrenzungsrückrechnung (BRR)
DEMO_KASKADEs
DEMO_KASKADE2
DEMO_KASKADE2a
Anwendung von Kaskade.m auf dreischleifige Kaskadenregelstruktur. Berechnet werden führungsoptimale Regler für 4 Varianten:
bod/bod/bod; eez/eez/eez bzw. eez/eez; eez/bod/bod; eez/eez/bod
>>>UNTERSCHIED zu DEMO_KASKADE1: teilweise Mittelwertmessung<<<
>>>KASKADE2a: ein Beispiel nur mit zwei Schleifen<<<
DEMO_KASKADEs
DEMO_KASKADE2s
DEMO_KASKADE3
DEMO_KASKADE3b
Anwendung von Kaskade auf eine dreischleifige Kaskadenregelstruktur. Berechnet werden führungsoptimale Regler für 4 Varianten:
bod/bod/bod; eez/eez bzw. eez/eez/bod; eez/eez/eez; eez/bod/bod;
>>>UNTERSCHIED zu DEMO_KASKADE1: Störoptimierung für mittlere Schleife<<<
>>>DEMO_KASKADE3: ein Beispiel nur mit zwei Schleifen<<<
DEMO_KASKADEs
DEMO_SIMU Anwendung von simu zur schnellen Überprüfung von Einstellungen digitaler Regler ohne SIMULINK. Für eine Regelstrecke erfolgt Z-Transformation und Reglerberechnung mit anschließender Simulation der Sprungantwort und Güteparameterermittlung für Führungs- und Störgrößensprung. DEMO_SIMUs
regber1 Reglerberechnung - Vergleich verschiedener Varianten 1:
Vorgabe einer Regelstrecke bestehend aus zwei Verzögerungsgliedern, Z-Transformation der Strecke und Berechnung von 4 Reglern - kontinuierliches Betragsoptimum, quasikontinuierliche Einstellung, Digitales Betragsoptimum(BOD), Endliche Einstellzeit(EEZ). Strecken- und Regelkreissprungantworten werden simuliert. BOD und EEZ-Regler sind durch Anwendereingaben variierbar. Für Strecke und Regler wird die Zähler- und Nennerpolynomdarstellung angewendet.
regber1s
regber2 Reglerberechnung - Vergleich verschiedener Varianten 2:
Vorgabe einer Regelstrecke bestehend aus zwei Verzögerungsgliedern, Z-Transformation der Strecke und Berechnung von 7 Reglern mittels Digitalem Betragsoptimum (PI- und PID-Regler mit und ohne Polkompensation) und Endlicher Einstellzeit (Minimalform und 1 bzw. 2 suboptimale Anregelschritte). Strecken- und Regelkreissprungantworten werden simuliert. Die Reglerberechnung erfolgt über Steuervektoren und ist nicht variierbar. Für Strecke und Regler wird die LTI-Darstellung angewendet.
regber2s
LL_ExampleZanasi Lead Lag Controller 1. und 2. Ordnung - berechnet nach BOD (63° Phasenreserve) mit bod_gen;
Simulation eines Beispiels nach Zanasi
LLC_ExampleZanasis
LL_ExampleYeung Lead Lag Controller 1. und 2. Ordnung - berechnet nach BOD (63° Phasenreserve) mit bod_gen;
Simulation eines Beispiels nach Yeung
LLC_ExampleYeungs
bod_prefi_opt_check01_par Anwendung von bod_prefi_opt.m auf Beispiel: PID-Regler und Strecke mit zwei Verzögerungsgliedern 1. Ordnung;
...RA... Test mit reduzierter Genauigkeit
bod_prefi_opt_check01_sim
bod_prefi_opt_check01_RA_sim
bod_prefi_opt_check02_par Anwendung von bod_prefi_opt.m auf Beispiel: PI-, PID-, und PID2-Regler und nicht-minimalphasige (2 Nullstellen) Strecke mit einem Verzögerungsglied 5.Ordnung und Totzeit; ...RA... Test mit reduzierter Genauigkeit bod_prefi_opt_check02_sim
bod_prefi_opt_check02_RA_sim
bod_prefi_opt_check03_par Anwendung von bod_prefi_opt.m auf Beispiel: PI-, PID-, und PID2-Regler und Strecke mit vier Verzögerungsgliedern 1.Ordnung bei ähnlichen Zeitkonstanten; ...RA... Test mit reduzierter Genauigkeit bod_prefi_opt_check03_sim
bod_prefi_opt_check03_RA_sim
bod_prefi_opt_check04_par Anwendung von bod_prefi_opt.m auf Beispiel: PID-Regler und nicht-minimalphasige (1 Nullstelle) Strecke mit einem Verzögerungsglied 2.Ordnung und einem Verzögerungsglied 4. Ordnung, Test mit reduzierter Genauigkeit parallel bod_prefi_opt_check04_sim
bod_prefi_opt_check05_par Anwendung von bod_prefi_opt.m auf Beispiel: PID2-Regler und Strecke mit fünf Verzögerungsgliedern 1.Ordnung, Test mit reduzierter Genauigkeit parallel bod_prefi_opt_check05_sim


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