Modellierung und Steuerung dynamischer Systeme

Ziel dieses Buches ist es, einen anwendungsorientierten Zugang zur Modellierung, Analyse und Regelung nichtlinearer dynamischer Systeme zu vermitteln. Im Mittelpunkt stehen elektro-mechanische Systeme und die besonderen Herausforderungen, die sich beim Entwurf praktisch einsetzbarer Regelungen ergeben: Begrenzte Stellgrößen, Beschränkung der Rechenzeit, Modellunsicherheiten sowie nicht unmittelbar oder nur fehlerbehaftet messbare Zustände. Die benötigten mathematischen Grundlagen – von Differentialgleichungssystemen und numerischen Lösungsverfahren bis zur Stabilitätsanalyse und Lyapunov-Theorie – werden verständlich entwickelt und durchgängig auf regelungstechnische Fragestellungen bezogen.

Ausgehend von konkreten technischen Anwendungen führt das Buch in ausgewählte Methoden der modellbasierten nichtlinearen Regelungstechnik ein. Behandelt werden insbesondere Lyapunov- und passivitätsbasierte Verfahren, Sliding-Mode-Regelung, Backstepping, flachheitsbasierte Regelung sowie Kalman-Filter zur Zustandsschätzung. Beispiele wie inverse Pendel, DC-DC-Hochsetzsteller, magnetische Aufhängungen und dreiphasige Induktionsmotoren zeigen, wie physikalisches Systemverständnis und mathematische Methoden beim Reglerentwurf ineinandergreifen. Vollständige, dokumentierte MATLAB-Programme zu sämtlichen Beispielen ermöglichen es, die theoretischen Ergebnisse unmittelbar nachzuvollziehen und die Implementierungen als Ausgangspunkt für eigene Anwendungen zu nutzen.