F. Zach

Technisches Optimieren

• Broschiertes Buch

Produktbeschreibung

Space Flight Center (Greenbelt, Maryland, USA). In diesem Zusammenhang ist der Autor Herm Prof. Dr. H. v. BERTELE (Technische Hochschule Wien) und Mr. W. ISLEY (NASA) zu groBem Dank verpflichtet, da sie auf Grund ihrer praktischen Erfahrung den Autor immer auf das Wesentliche in Theorie und Anwendung hinweisen konnten. Dank gilt auch Prof. Dr. A. V. BALAKRISHNAN (University of California, Los Angeles), Prof. Dr. V. W. EVELEIGH (Syracuse University, New York), Prof. Dr. A. WEINMANN (Technische Hochschule Wien) und Prof. Dr. H. ZEMANEK (Technische Hochschule Wien) fur hilfreiche Diskussio nen bzw. die freundliche "Oberlassung von Forschungsergebnissen. Der Autor dankt weiters Herm Prof. Dr. B. KRITT (University of Baltimore, Maryland), Mr. M. SCHNEEBAUM, Prof. H. PRICE, Dr. J. GATLIN, Mr. D. ENDRES, Mr. K. DUCK, Mr. C. SCHERER, Dr. A. GUHA (NASA) und Dr. P. TILL (Technische Hochschule Wien) fUr, wertvolle Hinweise bzw. kritische Durchsicht des Manuskripts, sowie dem Springer-Verlagin Wien ffir die vorzugliche Ausstattung des Werkes. Wien, im Dezember 1973 FRANZ ZACH Inhaltsverzeichnis Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Der Begriff "Technisches Optimieren" . . . . . . 1 GeschicJ;1te und heutiger Stand der technischen Optimierung 1 Theoretische und praktische Aspekte der Optimierung. . . 2 Zielsetzung vorliegenden Buches . . . . . . . . . . . . 3 Einteilung der Optimierungsmethoden und Organisation des Buches . 3 1. Grundlegende Definitionen. . . . . 5 1. 1 Einfiihrung . . . . . . . . . 5 1. 2 Definition der Kontrollprobleme 5 1. 3 Sollwertoptimierung. . . . . . 6 1. 4 Optimierung des Verhaltens geschlossener Regelkreise . 6 1. 5 Weitere Optimierungsprobleme. . . . . 7 1. 6 Offene und geschlossene Wirkungskreise . 8 1. 7 Zusammenfassung 9 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . .

Produktdetails

• Verlag: Springer / Springer Vienna / Springer, Wien
• Artikelnr. des Verlages: 978-3-7091-8340-3
• Softcover reprint of the original 1st ed. 1974
• Seitenzahl: 296
• Erscheinungstermin: 5. Januar 2012
• Deutsch
• Abmessung: 244mm x 170mm x 17mm
• Gewicht: 510g
• ISBN-13: 9783709183403
• ISBN-10: 3709183405
• Artikelnr.: 39508393

Inhaltsangabe

Der Begriff "Technisches Optimieren".- Geschichte und heutiger Stand der technischen Optimierung.- Theoretische und praktische Aspekte der Optimierung.- Zielsetzung vorliegenden Buches.- Einteilung der Optimierungsmethoden und Organisation des Buches.- 1. Grundlegende Definitionen.- 1.1 Einführung.- 1.2 Definition der Kontrollprobleme.- 1.3 Sollwertoptimierung.- 1.4 Optimierung des Verhaltens geschlossener Regelkreise.- 1.5 Weitere Optimierungsprobleme.- 1.6 Offene und geschlossene Wirkungskreise.- 1.7 Zusammenfassung.- Literatur.- 2. Grundlegende mathematische Hilfsmittel der Optimierung.- 2.1 Einführung.- 2.2 Zustandsvariable.- 2.3 Messung des Systemausganges.- 2.4 Die Übergangsmatrix.- 2.4.1 Lösung der vollständigen Systemgleichung.- 2.4.2 Berechnung der Übergangsmatrix.- 2.5 Kontrollierbarkeit und Beobachtbarkeit.- 2.6 Adjungierte Gleichungen.- 2.7 Wichtige Sätze über Differentialgleichungen.- 2.8 Die Riccatische Differentialgleichung.- Literatur.- 3. Optimierungskriterien.- 3.1 Einführung.- 3.2 Empirische Gütekriterien.- 3.3 Gütekriterien basierend auf Integralen des Regelfehlers.- 3.3.1 Die mittlere quadratische Regelfläche.- 3.3.2 Das ISE-Gütekriterium.- 3.3.3 Das ITSE-Gütekriterium.- 3.3.4 Gütekriterien, basierend auf dem Absolutbetrag des Regelfehlers.- 3.4 Gütekriterien zur Optimierung von Zeitaufwand und von Energie- und Treibstoffverbrauch.- 3.4.1 Zeit- und Treibstoff-Optimalität.- 3.4.2 Zeit- und Energie-Optimalität.- 3.4.3 Wägen von Abweichungen des Systemzustandes.- 3.5 Zusammenfassung.- Literatur.- 4. Optimierung mit IBM der Variationsrechnung.- 4.1 Einführung.- 4.2 Variationsrechnung bei festen Endpunkten.- 4.3 Variationsrechnung bei variablen Endpunkten.- 4.4 Erweiterung auf Systeme nter Ordnung.- 4.5 Beispiele.- 4.5.1 Beispiel 1: Optimale Kontrolle eines doppelt integrierenden Systems.- 4.5.2 Beispiel 2: Optimales Manöver für Landungen auf dem Mars.- 4.6 Zusammenfassung.- Literatur.- 5. Das Maximumprinzip.- 5.1 Einführung.- 5.2 Beschränkungen der Kontrollvariablen.- 5.3 Beispiel einer charakteristischen Problemstellung.- 5.4 Die Methode des Maximumprinzips und stufenweise Zusammenfassung.- 5.5 Minimalzeitprobleme.- 5.5.1 Einfach integrierendes System.- 5.5.2 System mit zweifacher Integration.- 5.5.2.1 Grundlegende Lösung.- 5.5.2.2 Veränderung der Sollwerte.- 5.5.3 Systeme zweiter Ordnung mit harmonischen Schwingungen.- 5.5.3.1 Grundlegende Lösung.- 5.5.3.2 Spezielle Anforderungen bei praktischer Anwendung..- 5.5.3.3 Veränderung der Sollwerte.- 5.5.3.4 Berücksichtigung von konstanten Störungen.- 5.5.3.5 Berücksichtigung von veränderlichen Störungen.- 5.5.4 Gedämpfter harmonischer Oszillator.- 5.6 Kombinierte Zeit-Treibstoff-optimale Kontrolle.- 5.6.1 System mit zweifacher Integration.- 5.6.2 Harmonischer Oszillator.- 5.6.2.1 Allgemeine Lösung.- 5.6.2.2 Rückführung auf das rein zeitoptimale und auf das rein treibstoffoptimale Kontrollgesetz.- 5.7 Zusammenfassung.- Literatur.- 6. Praktische Optimierungsmethoden.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Methoden, basierend auf einer Testfunktionsantwort.- 6.2.1 Methode, basierend auf dem Parsevalschen Theorem.- 6.2.2 Verwendung von Standardpolynomen im Nenner.- 6.2.3 Methode nach Naslin.- 6.3 Beziehungen zwischen den Gütekriterien, basierend auf dem Regel-(Kontroll-)Fehler und den Übertragungsfunktionen.- 6.3.1 Anwendung des Hurwitz-Kriteriums zur Berechnung von PISE.- 6.3.2 Anwendung der Routhschen Funktionen.- 6.4 Verallgemeinerte Optimierungsregeln.- 6.5 Optimierung des Absolutbetrages der Übertragungsfunktion (Betragsoptimierung).- 6.6 Vergleich der verschiedenen Optimierungsmethoden.- 6.7 Experimentelle Optimierungsmethoden.- 6.7.1 Methode nach Ziegler und Nichols.- 6.7.2 Weitere Methoden zur experimentellen Optimierung.- 6.7.3 Optimierung bei nichtlinearem Verhalten.- 6.8 Optimierung von Abtastsystemen.- 6.9 Optimierung von Systemen mit freier Struktur.- 6.10 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 7. Numerische Optimierungsmethoden.- 7.1 Die Gradientenmethode nach Bryson und Kelley.- 7.1.1 Allgemeine Formulierung.- 7.1.2 Berücksichtigung verallgemeinerter Beschränkungen.- 7.1.3 Vollständige Lösung bei Vorhandensein von Beschränkungen.- 7.1.4 Stufenweise Zusammenfassung der Gradientenmethode.- 7.1.5 Beispiel.- 7.2 Balakrishnans ?-Methode.- 7.3 Zusammenfassung.- Literatur.- 8. Dynamisches Programmieren.- 8.1 Einleitung - Das Optimalitätsprinzip.- 8.2 Rechentechnische Probleme.- 8.3 Gesichtspunkte für die praktische Anwendung zur Kontrolle von Systemen.- 8.4 Spezialfall: Lineares System.- 8.5 Dynamisches Programmieren für kontinuierliche Prozesse.- 8.6 Lösung der Bellmanschen Gleichung.- 8.7 Standardisierte Lösungen.- 8.7.1 Lineare Systeme und quadratisches Gütekriterium.- 8.7.2 Norm-invariante Systeme.- 8.7.2.1 Allgemeines.- 8.7.2.2 Minimalzeitproblem.- 8.7.2.3 Beispiel.- 8.7.2.4 Minimal-Energie und Minimal-Treibstoff-Probleme.- 8.8 Beziehungen zwischen Dynamischem Programmieren, Variationsrechnung und Maximumprinzip.- 8.9 Zusammenfassung.- Literatur.- 9. Optimale Schätzung von Systemvariablen.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Grundsätzliches zur optimalen Schätzung.- 9.3 Diskrete Verfahren.- 9.3.1 Ableitungen und allgemeine Prinzipien.- 9.3.2 Beispiel.- 9.4 Kontinuierliche Verfahren.- 9.4.1 Allgemeine Formeln.- 9.4.2 Beispiel.- 9.5 Zusammenfassende Bemerkungen zur Anwendung optimaler Schätzmethoden.- Literatur.- Anhang 9.A Grundlagen aus der Wahrscheinlichkeitstheorie.- 10. Adaptive Systeme.- 10.1 Einleitung.- 10.2 Optimierungsziele bei adaptiven Systemen.- 10.3 Optimierungsmethoden bei adaptiven Systemen.- 10.3.1 Offene Adaption.- 10.3.2 Geschlossene Adaption.- 10.3.3 Vergleich und Zusammenwirken von offener und geschlossener Adaption.- 10.4 Praktisches Anwendungsbeispiel offener und geschlossener Adaption und ihrer Kombination.- 10.4.1 Das Druckregelsystem.- 10.4.2 Simulation auf dem Analogrechner.- 10.4.3 Mathematische Beschreibung.- 10.4.4 Verallgemeinerung des Optimierungsproblems.- 10.4.5 Prinzipielle Auslegung des adaptiven Systems.- 10.4.6 Der Schwingungsanalysator, ein System zur Messung des Kontrollverhaltens.- 10.4.7 Optimierung.- 10.4.8 Diskussion der Ergebnisse und Vergleich mit konventionellen Regelsystemen.- 10.4.9 Zusammenfassende Bemerkungen.- 10.5 Verallgemeinerung des adaptiven Verfahrens.- 10.6 Analytische Formulierung des adaptiven Prinzips.- 10.7 Adaptive Methoden angewandt auf mathematische Optimierungsverfahren.- 10.8 Beispiel: Anwendung adaptiver Kontrolle zur Optimierung der Lageregelung von Erdsatelliten.- 10.9 Weitere adaptive Systeme.- 10.10 Zusammenfassung.- Literatur.- 11. Multivariable Systeme und Hierarchische Kontrolle.- 11.1 Allgemeine Überlegungen.- 11.2 Demonstration der Methoden für multivariable Systeme an Hand eines Beispiels: Lageregelung eines Erdsatelliten bei Berücksichtigung der Kopplungen.- 11.2.1 Die Bewegungsgleichungen.- 11.2.2 Approximation durch die Bewegungsgleichungen eines linearen Satelliten.- 11.2.3 Optimale Kontrolle für den entkoppelten Fall.- 11.2.4 Synchronisierung der drei Satellitenachsen.- 11.3 Allgemeine Betrachtungen zu hierarchischen Kontrollsystemen.- 11.4 Optimierung der Sollwerte.- 11.5 Zusammenfassung.- Literatur.- 12. Lernende Systeme für die Optimierung von Kontrollsystemen.- 12.1 Einleitung.- 12.2 Klassifikation der Lernprinzipien nach Zemanek.- 12.3 Analyse eines typischen Lernprozesses.- 12.4 Notwendige Elemente einer Lernstruktur zur Optimierung von Kontrollsystemen.- 12.5 Praktische Beispiele.- 12.6 SchluBbemerkungen.- Literatur.- Wichtige Formelzeichen und Symbole.- Namen- und Sachverzeichnis.