Advanced Control

Modul MW1420

Dieses Modul wird durch Lehrstuhl für Regelungstechnik (Prof. Lohmann) bereitgestellt.

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

MW1420 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Katalog der nichtphysikalischen Wahlfächer
GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 45 h 5 CP

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Contents: - Modeling of dynamical systems in state space - Linearization - Solution of the linear state differential equations - The concepts of eigenvalues, poles and zeros - Canonical forms of the state representation - System properties: stability, controllability, observability - Effects of pole-zero cancellations - Relations between system representations in time and frequency domain - Design of linear state feedback controllers in a two-degrees-of-freedom structure - Design of linear state observers - Methods for disturbance attenuation - Introduction to flatness-based feedforward control at the example of linear systems

Lernergebnisse

Upon successful completion of the module the students are able to: - model real-world dynamical systems in the state-space representation and linearize them to achieve a linear state space model - compute the solutions of linear state differential equations and analyze the dynamical system for stability, observability and controllability - understand the purpose and advantage of a two-degrees-of-freedom controller structure - design state-feedback controllers using the pole placement method and as a Linear Quadratic Regulator (LQR) - design a Luenberger state-observer to calculate the non measurable states of the system - further modify the closed-loop system by adding measures to cope with the different disturbances acting on the system - have a basic knowledge about flatness-based feedforward control

Voraussetzungen

Prerequisites: - a basic course in automatic control dealing with the analysis of dynamical systems (transfer function, impulse response, poles and zeros, stability, Laplace Transform, and basic control loops (P, PI, PID)) - mathematical background: basic linear algebra (matrix computations, eigenvalues, determinants,...) and complex numbers' theory.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Advanced Control - Lecture - Mittwoch, 13:30–15:00
Mittwoch, 13:30–15:00
UE 1 Advanced Control - Exercise Course - Mittwoch, 15:00–16:00
Mittwoch, 15:00–16:00
UE 2 Advanced Control - Tutorial - Freitag, 09:15–10:45
Freitag, 09:15–10:45

Lern- und Lehrmethoden

Weekly courses: - 90 min. lecture - 45 min. exercise course - 90 min. additional exercise course (optional) Exercises and their solutions, as well as additional material, will be available for download. In addition to the problems which are solved in the regular exercise course, a set of addional problems is offered for homework. The solutions of the homework are discussed in the additional exercise course (optional).

Medienformen

The lecture will be written on the blackboard and supplemented with slides and handouts. Exercises and their solutions as well as additional material will be available for download.

Literatur

The lecture is self-contained. However, the following textbooks are recommended for the interested reader: [1] Dorf, R.C., Bishop, R.H.: Modern Control Systems.Prentice Hall (Pearson) 2008. [2] Franklin, G.F., Powell, J.D., Emami-Naeini, A.: Feedback Control of Dynamic Systems, 5th Edition, Prentice Hall (Pearson) 2006. [3] Kailath, T.: Linear Systems, Prentice Hall, 1980.Dorf, R.C., Bishop, R.H.: Modern Control Systems. Prentice Hall (Pearson) 2008. [4] Antsaklis, P. J., Michel, A. N.: Linear Systems.Birkhäuser, 2006. [5] Ogata, K.: Model Control Engineering, 5th Edition, Prentice Hall, 2009. [6] Ogata, K.: MATLAB for Control Engineers, 1st Edition, Prentice Hall, 2007.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

The written exam consists of problems involving calculations, in the style of the problems solved in the exercise sessions (approx. 2/3 of the achievable points). Theoretical questions, some of them formulated as multiple choice questions, make up approx. 1/3 of the achievable points.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.