Wie wenden Elektroingenieure die Steuerungstheorie tatsächlich im wirklichen Leben an?

Ich besuche derzeit einen Kurs in Steuerungstheorie.

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In der Kontrolltheorie ist die System- oder Impulsantwort normalerweise ein algebraischer Ausdruck im Laplace-Bereich. Ein Großteil der Arbeit in der Schule besteht darin, diese Übertragungsfunktion zu finden oder den Pol dieser Übertragungsfunktion zu verschieben, um das System stabil zu machen.

Aber das fühlt sich alles etwas unrealistisch an. Wie so? Angenommen, ich wollte die Übertragungsfunktion meines Handys finden, wie würde ich das jemals tun? Woher weiß ich, dass die Input-Output-Beziehung durch eine einfache Differentialgleichung charakterisiert wäre? Und wie würde ich jemals im wirklichen Leben die Pole "verschieben", um einen stabilen oder einen gewünschten Betrieb zu erreichen?

Kann mir jemand ein realistisches Beispiel dafür geben, wie ein reales Gerät regelungstheoretisch charakterisiert werden kann (dh damit die Systemübertragungsfunktion bekannt ist) und was es physikalisch bedeutet, den Regler zu entwerfen oder die Pole zu verschieben? 100 Punkte für die meisten Beispiele aus dem wirklichen Leben. Danke!

Sie versuchen, so viele Systeme zu modellieren, wenn Sie nur an das Mobiltelefon denken ... Wenn jede Komponente entworfen ist, ist dies getan, aber nicht das gesamte Telefon.
Dein Modell ist schrecklich. Wie findet man die Übertragungsfunktion eines Menschenlebens? Sie müssen mit einem System beginnen, bei dem die Ein- und Ausgänge bekannt sind, und dann können Sie damit rechnen.
Das "wirklichste Beispiel" ist nur gültig, bis ein besseres auftaucht, und das bedeutet, dass es darauf keine beste Antwort gibt und die Antworten dazu neigen, veraltet zu sein. Wie wäre es nun, wenn Sie sich einen anständigen Vorschlag für ein System ausdenken – vielleicht einen Motor, der sich auf eine voreingestellte Position dreht, wenn er von einem Potentiometer angefordert wird?
Orbitalmechanik und Raumfahrzeugsteuerung sind ein gutes Beispiel. Das System ist meist gut definiert (Schwerkraft!) und die Störkräfte klein. Tatsächlich war es eine oder die allererste Anwendung der Kontrolltheorie.
Sie müssen die Beziehung(en) zwischen Eingang(en) und Ausgang(en) Ihres Mobiltelefons ermitteln und diese in der Form Ausgang/Eingang ausdrücken. Wenn die Eingabe Text ist und die Ausgabe derselbe Text ist, der um T Sekunden verzögert ist, dann ist die Übertragungsfunktion eine reine Zeitverzögerung, e^-sT. Dasselbe Verfahren mit jedem System, aber die Bestimmung der E/A-Beziehung ist nicht immer so einfach.
Archimedes sagte: „Gib mir einen Platz zum Stehen und mit einem Hebel werde ich die ganze Welt bewegen“. Die Systeme, auf die die Steuerungstheorie angewendet werden kann, sind praktisch grenzenlos und umfassen fast alle Disziplinen, die Sie sich vorstellen können. Von Physik über Chemie und Biologie bis hin zu Wirtschaftswissenschaften ist es viel mehr als nur Getriebe, Motoren und Elektronik. Viel mehr als Eingänge, Ausgänge, Pole und Nullen.
Meistens ist es so: Werfen Sie einfach eine PID darauf und drehen Sie die Wählscheiben, bis es aufhört, sich komisch zu verhalten.
Ihr Beispiel mit einem Handy ist unrealistisch, weil es so viele einzelne Abschnitte gibt, die oft unabhängig voneinander funktionieren. Bitte ändern Sie Ihre Frage und wählen Sie ein anderes Beispiel. Eine gute Wahl ist der Temperaturregler für Ihre Bratpfanne (in der Küche).

Antworten (2)

Ich sehe zwei Elemente zu dem, was Sie hier fragen:

a) Wir haben keine Ahnung von der Systemübertragungsfunktion der Anlage. Wie konnten wir es finden?

b) Wir kennen die Struktur der Pflanze. Wie bestimmen wir die Parameter?

(Die Pflanze ist das, was Sie zu kontrollieren versuchen).

Der Unterschied zwischen a) und b) besteht darin, dass wir für b) das Modell kennen oder das Modell aus der Schaltung oder dem System ableiten können, aber für a) nicht.

Also braucht a) ein Systemmodell, dessen Parameter wir dann finden können. Für a) verstehen wir, dass alle linearen Systeme als MA (gleitender Durchschnitt, nur Nullen) oder AR (autoregressiv, nur Pole) modelliert werden können. Ja, ein MA-System kann durch und AR angenähert werden und umgekehrt. Ein sehr verbreitetes Modell, das alle linearen Systeme anpasst, ist ein ARMAX-Modell, das AR, MA und eine exogene Eingabe (dh Störung, Offset usw.) enthält.

Jetzt haben wir ein passendes Modell, das uns zu b) bringt. So finden Sie die Parameter. Dies kann über die Systemidentifikation erfolgen.

Siehe das Diagramm unten ( Quelle ). Sobald Sie den geeigneten Modelltyp ausgewählt haben, kann ein adaptives System wie dieses die Parameter dieses Modells identifizieren. Die Idee ist, dass sich das adaptive Modell so anpasst, dass es mit dem unbekannten System übereinstimmt und e auf Null treibt.

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Wenn Sie nun weiter gehen und dies in einem Steuerungssystem verwenden möchten; Dies ist ein adaptiver Controller. Grundsätzlich ein System-ID-Block und ein Controller-Designer. Dieser Adaptive Controller zur Modellidentifikation ist sehr typisch ( Quelle ).

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Im wirklichen Leben ist es üblich, die System-ID offline (dh auf Ihrem PC) mit einem ARMAX-Modell zu verwenden, um eine unbekannte Anlage zu identifizieren. Verwenden Sie dann Pole-Placement-Techniken, um den Controller zu entwerfen. Sie können dies auf jedes lineare System anwenden.

Meiner Erfahrung nach ist es weitaus üblicher, das Modell eines Systems (z. B. eines Buck Converters ) abzuleiten und dieses zur Kompensation zu verwenden.

Kann mir jemand ein realistisches Beispiel dafür geben, wie ein reales Gerät regelungstheoretisch charakterisiert werden kann (dh damit die Systemübertragungsfunktion bekannt ist) und was es physikalisch bedeutet, den Regler zu entwerfen oder die Pole zu verschieben? 100 Punkte für die meisten Beispiele aus dem wirklichen Leben.

Einige typische Beispiele "eines realen Geräts" (aus dem Bereich der Elektronik), die nach den Regeln der Steuerungstheorie entworfen/optimiert wurden, sind:

1.) XY-Plotter: Um die Plotterreaktion schnell und genau (ohne zu viel Überschwingen) zu machen, zeigt die Regeltheorie, dass wir einen Regler mit einer PD-T1-Charakteristik verwenden sollten.

2.) Automatic Gain Control (AGC) : Detaillierte Untersuchungen des jeweiligen Regelkreises zeigen, dass ein "dB-linearer" Verstärker verwendet werden muss. Das bedeutet: Die Verstärkung darf NICHT linear von der Steuerspannung abhängen, sondern sollte einem Exponentialgesetz folgen. Warum? Denn nur in diesem Fall ist der LOOP GAIN (relevant für das Closed-Loop-Verhalten) unabhängig von der variierenden Eingangsspannung.

3.) Phasenregelkreis (PLL) : Der PLL ist ein hochgradig nichtlineares System, das unter bestimmten Bedingungen entworfen wurde, die es ermöglichen, die Regeln der linearen Steuertheorie anzuwenden. Dies gilt insbesondere für das Schleifenfilter, das maßgeblich das dynamische Verhalten des geschlossenen Regelkreises - auch unter nichtlinearen Bedingungen - bestimmt.

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