Moderne Regelverfahren: Interaktive Quizfragen für Studenten der Elektrotechnik

Question 1

Was ist das Grundprinzip des Kalman-Filters und wie wird es in der Zustandsbeobachtung eingesetzt?

Accepted Answer

Der Kalman-Filter schätzt den Systemzustand optimal anhand von Messdaten und einem Systemmodell.

Answer

Der Kalman-Filter ist ein offener Regelkreis, der den Systemzustand direkt misst.

Answer

Der Kalman-Filter ist ein stochastischer Prozess, der den Systemzustand zufällig schätzt.

Answer

Der Kalman-Filter ist ein digitaler Filter, der den Systemzustand durch Abtastung und Quantisierung bestimmt.

Question 2

Welche der folgenden Aussagen über Zustandsregelung ist zutreffend?

Accepted Answer

Basiert auf dem aktuellen Zustand des Systems.

Answer

Berücksichtigt ausschließlich den aktuellen Ausgangswert.

Answer

Wird ausschließlich für lineare Systeme eingesetzt.

Answer

Kann die Regelgüte nicht verbessern.

Question 3

Einer der Vorteile von Zustandsbeobachtern besteht in:

Accepted Answer

Ermöglichung der Schätzung nicht messbarer Zustände.

Answer

Verbesserung der Stabilität des Systems.

Answer

Reduzierung des Regelaufwands.

Answer

Ersetzung des Regelalgorithmus.

Question 4

Welche der folgenden Aussagen trifft auf lineare Systeme zu?

Accepted Answer

Alle der oben genannten Aussagen.

Answer

Ihre Übertragungsfunktion ist linear.

Answer

Ihre Ausgangsgröße ist proportional zur Eingangsgröße.

Answer

Ihr Verhalten ist zeitinvariant.

Question 5

Welche Reglerart verwendet ein Zustandsrückführungsgesetz?

Accepted Answer

Zustandsregler

Answer

P-Regler

Answer

I-Regler

Answer

D-Regler

Question 6

Welcher der folgenden Vorteile wird mit der Zustandsrückführung erzielt?

Accepted Answer

Alle der oben genannten Vorteile

Answer

Verbesserte Stabilität

Answer

Reduzierter Regelaufwand

Answer

Erhöhte Regelgüte

Question 7

Welche der folgenden Methoden kann zur Polvorgabe eingesetzt werden?

Accepted Answer

Alle der oben genannten Methoden

Answer

Eigenwertzuweisung

Answer

Polynomielle Quadratwurzelmethode

Answer

Ackermann-Formel

Question 8

Welches Kriterium wird für die optimale Verstärkung eines Zustandsreglers verwendet?

Accepted Answer

Lineare Quadratische Reglung (LQR)

Answer

Polplatzierung

Question 9

Welches Werkzeug dient zur Stabilitätsanalyse eines Regelkreises?

Accepted Answer

Nyquist-Diagramm

Question 10

Welche Methode eignet sich zur Identifikation eines unbekannten dynamischen Systems?

Accepted Answer

Systemidentifikation

Answer

Fuzzy-Clustering

Question 11

Welche Regelungsart ist für komplexe, nichtlineare Systeme geeignet?

Accepted Answer

Nichtlineare Regelung

Question 12

Welcher Filtertyp schätzt den Erwartungswert und die Kovarianzmatrix eines Zustands?

Accepted Answer

Kalman-Filter

Answer

Luenberger-Beobachter

Answer

Eigenwertbeobachter

Answer

Gaußscher Filter

Question 13

Welche der folgenden Aussagen über Zustandsregelung trifft zu?

Accepted Answer

Sie erfordert ein genaues Systemmodell.

Answer

Sie ist unabhängig von der Rückkopplungsmatrix.

Answer

Sie garantiert immer die Stabilität des Systems.

Answer

Sie ist nur für lineare Systeme anwendbar.

Question 14

Welche Matrix beschreibt die Dynamik eines Zustandsraumsystems?

Accepted Answer

A-Matrix

Answer

B-Matrix

Answer

C-Matrix

Answer

D-Matrix

Question 15

Welches Kriterium gilt für die Bestimmung der optimalen Verstärkungsmatrix in einem LQR-Regler?

Accepted Answer

Minimierung des integralen quadratischen Fehlers

Answer

Minimierung der maximalen Überschwingweite

Answer

Maximierung der Anstiegszeit

Answer

Minimierung der Regelabweichung

Question 16

Welche Methode überprüft die Beobachtbarkeit eines Zustandsraumsystems?

Accepted Answer

Rangtest

Answer

Eigenwertanalyse

Answer

Transferfunktionsanalyse

Answer

Zeitantwortanalyse

Question 17

Welches der folgenden Elemente ist Bestandteil eines Zustandsbeobachters?

Accepted Answer

Rückkopplung der Zustandsgrößen

Answer

Referenzwert

Answer

Regelstrecke

Question 18

Was ist das Ziel der Kalman-Filterung?

Accepted Answer

Optimale Schätzung des Zustands eines Systems

Answer

Beobachtung der Störgrößen

Answer

Optimierung der Regelparameter

Answer

Regelung des Systems

Question 19

Welche der folgenden Größen wird in einem Zustandsmodell nicht als Eingang verwendet?

Accepted Answer

Zustandsgrößen

Answer

Störgrößen

Answer

Steuereingänge

Answer

Referenzwerte

Question 20

Welcher der folgenden Filter eignet sich zur Schätzung von Zuständen in verrauschten Umgebungen?

Accepted Answer

Kalman-Filter

Answer

Medianfilter

Answer

Hochpassfilter

Answer

Tiefpassfilter

Question 21

Welche Methode ermöglicht die Regelung nichtlinearer Systeme durch Linearisierung?

Accepted Answer

Feedback-Linearisierung

Answer

Nichtlineare Zustandsregelung

Answer

Gain-Scheduling

Answer

Adaptive Regelung

Question 22

Welches der folgenden Kriterien ist für die Stabilität eines geregelten Systems entscheidend?

Accepted Answer

Lage der Pole im komplexen s-Bereich

Answer

Größe der Verstärkung

Answer

Nichtlinearität der Regelstrecke

Answer

Art der Störgröße

Question 23

Welche Aufgabe hat ein Zustandsbeobachter?

Accepted Answer

Schätzung des internen Zustands des Systems.

Answer

Entwurf des Regelgesetzes.

Answer

Messung des Systemzustands.

Answer

Filterung von Störgrößen.

Question 24

Welches Merkmal unterscheidet den Kalman-Filter von anderen Zustandsbeobachtern?

Accepted Answer

Berücksichtigung von Prozess- und Messrauschen.

Answer

Verwendung des vollen Zustandsvektors.

Answer

Rekursive Berechnung.

Answer

Linearität des Systems.

Question 25

Welche Aussage zur Stabilitätsanalyse eines Zustandsreglers ist korrekt?

Accepted Answer

Die Stabilität kann durch Überprüfung der Eigenwerte der Zustandsmatrix beurteilt werden.

Answer

Die Stabilität hängt nur von der Verstärkermatrix ab.

Answer

Die Stabilität kann nur durch Simulation bestimmt werden.

Question 26

Welche Methode dient zur Entkopplung von Zustandsvariablen in einem Zustandsregelsystem?

Accepted Answer

Polzuweisung durch Zustandsrückführung.

Answer

Störgrößenkompensation.

Answer

Integralwirkung.

Answer

Parameteroptimierung.

Question 27

Wie kann die Robustheit eines Zustandsreglers gegenüber Modellunsicherheiten verbessert werden?

Accepted Answer

Durch Verwendung eines Robusten Kalman-Filters.

Answer

Durch Hinzufügen eines Integrators zum Regler.

Answer

Durch Erhöhung der Verstärkerverstärkung.

Question 28

Wie kann die Schätzgenauigkeit eines Zustandsbeobachters bei nichtlinearen Systemen verbessert werden?

Accepted Answer

Durch Verwendung eines erweiterten Kalman-Filters (EKF).

Answer

Durch Hinzufügen eines Vorsteuerers.

Answer

Durch Erhöhung der Abtastzeit.

Question 29

Was ist ein wesentliches Merkmal der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Sie nutzt Zustandsgrößen zur Realisierung der Regelung.

Answer

Sie erfordert keine Kenntnis der Systemparameter.

Answer

Sie ist immer stabil.

Question 30

Welchen Zweck hat ein Zustandsbeobachter?

Accepted Answer

Nicht direkt messbare Zustandsgrößen zu schätzen.

Answer

Das Systemmodell zu identifizieren.

Answer

Die Reglerparameter anzupassen.

Question 31

Was ist der entscheidende Vorteil des Kalman-Filters bei der Zustandsbeobachtung?

Accepted Answer

Optimale Schätzung bei Unsicherheiten und Rauschen.

Answer

Geringere Rechenlast bei hoher Genauigkeit.

Answer

Verbesserte Stabilität des Systems.

Question 32

Welche Technik wird zur Identifikation des Beobachtermodells eines LTI-Systems eingesetzt?

Accepted Answer

Eigenwertidentifikation

Answer

Fuzzy-Logik

Answer

Störungsbeobachtung

Answer

Nichtlineare Reglerentwurfsverfahren

Question 33

Was ist das primäre Ziel der robusten Regelung?

Accepted Answer

Erhalt der Systemleistung trotz Unsicherheiten und Störungen.

Answer

Reduzierung der Komplexität des Reglers

Answer

Minimierung der Kosten der Regelung

Question 34

Welche Methode wird zur Verbesserung der Robustheit eines Regelsystems verwendet?

Accepted Answer

H-unendlich-Regelung

Answer

PID-Regelung

Answer

Zustandsbeobachtung

Question 35

Nennen Sie einen Vorteil der adaptiven Regelung.

Accepted Answer

Anpassung an sich ändernde Systemparameter.

Answer

Verbesserte Stabilität.

Answer

Reduzierter Energieverbrauch.

Answer

Geringerer Regelungsaufwand.

Question 36

Welche Aussage über nichtlineare Regelung trifft am ehesten zu?

Accepted Answer

Sie kann Nichtlinearitäten im Systemverhalten berücksichtigen.

Answer

Sie ist stets auf kleine Nichtlinearitäten beschränkt.

Answer

Sie ist immer komplexer als lineare Regelung.

Question 37

Welche Methode eignet sich zur Analyse der Stabilität nichtlinearer Systeme?

Accepted Answer

Lyapunov-Stabilitätstheorie

Answer

Bode-Diagramm

Answer

Frequenzgang

Answer

Wurzelortskurve

Question 38

Welche Steuerungsart eignet sich für Systeme mit nichtlinearen Dynamiken?

Accepted Answer

Nichtlineare Zustandsrückführung

Answer

Offene Steuerung

Answer

Lineare Zustandsrückführung

Answer

Proportionale Steuerung

Question 39

Welche Aussage zur Zustandsregelung ist unzutreffend?

Accepted Answer

Sie erfordert keine Messung der Ausgangsgröße.

Answer

Sie bietet eine höhere Störresistenz als klassische Regelverfahren.

Answer

Sie ist rechenintensiver als klassische Regelverfahren.

Answer

Sie kann bei Systemen mit mehreren Eingängen und Ausgängen angewendet werden.

Question 40

Welcher Reglertyp ist ein Vorsteuerungsregler?

Accepted Answer

Smith-Prädiktor

Answer

PID-Regler

Answer

Zustandsregler

Answer

Kalman-Filter

Question 41

Für welche Aussage über robuste Regelung gilt: Sie garantiert die Stabilität des Regelkreises auch bei Unsicherheiten im Systemmodell?

Accepted Answer

Richtig

Answer

Falsch

Question 42

Welche Aussage zu Zustandsregelung ist korrekt?

Accepted Answer

Sie berücksichtigt den internen Zustand des Systems bei der Regelung.

Answer

Sie lässt sich nur auf lineare Systeme anwenden.

Question 43

Was ist der Zweck eines Zustandsbeobachters?

Accepted Answer

Den nicht messbaren Systemzustand zu schätzen.

Answer

Das System zu stabilisieren.

Answer

Die Regelabweichung zu minimieren.

Answer

Das Eingangssignal zu filtern.

Question 44

Welche Eigenschaft trifft auf den Kalman-Filter zu?

Accepted Answer

Er kann sowohl Messrauschen als auch Prozessrauschen berücksichtigen.

Answer

Er liefert immer eine exakte Schätzung des Systemzustands.

Answer

Er ist nur für lineare Systeme anwendbar.

Question 45

Wie kann die Stabilität eines Zustandsreglers nachgewiesen werden?

Accepted Answer

Durch Analyse der Eigenwerte des geschlossenen Regelkreises.

Answer

Durch Messung der Regelabweichung.

Answer

Durch Simulation des Systems.

Question 46

Welche Bewertungsfunktion wird typischerweise bei der Zustandsregelung verwendet?

Accepted Answer

Quadratische Zustandsabweichungsfunktion und Steueraufwandsfunktion.

Answer

Zeitintegrale der Regelabweichung und des Stellwerts.

Answer

Maximale Regelabweichung.

Question 47

Was ist der wesentliche Unterschied zwischen einem Zustandsbeobachter und einem Kalman-Filter?

Accepted Answer

Der Kalman-Filter berücksichtigt Messrauschen.

Answer

Der Zustandsbeobachter ist numerisch stabiler als der Kalman-Filter.

Answer

Der Kalman-Filter ist linear, während der Zustandsbeobachter nichtlinear sein kann.

Answer

Der Kalman-Filter kann nicht für mehrdimensionale Systeme verwendet werden.

Question 48

Was ist ein Vorteil der Zustandsregelung gegenüber der klassischen Regelung?

Accepted Answer

Verbesserte Störfestigkeit und schnellere Regeldynamik.

Answer

Geringerer Regelaufwand

Answer

Vereinfachte Systemanalyse

Question 49

Für welche Systeme ist die Zustandsregelung besonders geeignet?

Accepted Answer

Systeme mit hohem Grad an Dynamik und mehreren Eingängen und Ausgängen.

Answer

Systeme mit nichtlinearen Elementen.

Answer

Lineare Systeme mit konstantem Zeitverhalten.

Question 50

Welche der folgenden Annahmen ist **notwendig** für die erfolgreiche Anwendung der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Das System ist vollständig beobachtbar und steuerbar.

Answer

Das System ist nicht steuerbar.

Answer

Die Systemdynamik ist linear.

Answer

Die Messungen sind rauschfrei.

Question 51

In einem Zustandsraummodell eines Systems, das durch die Gleichungen ẋ = Ax + Bu und y = Cx + Du beschrieben wird, stellt die Matrix A:

Accepted Answer

die Systemmatrix dar, die die Dynamik des Systems beschreibt.

Answer

die Steuermatrix dar, die die Beziehung zwischen den Eingangssignalen und den Zustandsgrößen beschreibt.

Answer

die Ausgangsmatrix dar, die die Beziehung zwischen dem Zustand und der Ausgangsgröße beschreibt.

Answer

die Eingangsmatrix dar, die die Wirkung der Eingangssignale auf den Zustand beschreibt.

Question 52

Welcher der folgenden Punkte beschreibt den **wesentlichen** Unterschied zwischen einem Zustandsregler und einem klassischen Regler?

Accepted Answer

Ein Zustandsregler nutzt Informationen über alle Zustandsgrößen, während ein klassischer Regler nur auf die Ausgangsgröße zugreift.

Answer

Ein Zustandsregler ist aufwendig in der Implementierung.

Answer

Ein klassischer Regler ist immer leichter zu verstehen.

Answer

Ein Zustandsregler ist immer besser als ein klassischer Regler.

Question 53

Welcher der folgenden Algorithmen wird typischerweise verwendet, um einen Zustandsbeobachter zu entwerfen?

Accepted Answer

Kalman-Filter

Answer

LQR-Regler

Answer

PID-Regler

Answer

Fuzzy-Logik

Question 54

Was ist die **Hauptfunktion** eines Kalman-Filters?

Accepted Answer

Schätzung der Zustandsgrößen eines Systems unter Berücksichtigung von Messrauschen und Prozessrauschen.

Answer

Entfernung von Störungen aus den Messwerten.

Answer

Steuerung des Systems durch die Berechnung der optimalen Eingangssignale.

Answer

Berechnung der optimalen Regelparameter für einen PID-Regler.

Question 55

Welches Merkmal ist **charakteristisch** für moderne Regelverfahren im Vergleich zu klassischen Verfahren?

Accepted Answer

Verwendung von Zustandsraummodellen zur Beschreibung und Steuerung des Systems.

Answer

Begrenzung der Anwendung auf lineare Systeme.

Answer

Vereinfachte Modellierung der Systemdynamik.

Answer

Anpassung der Regelparameter durch klassische Methoden.

Question 56

Welche Aussage trifft auf die **Stabilität** eines Zustandsraummodells zu?

Accepted Answer

Die Stabilität wird durch die Eigenwerte der Systemmatrix A bestimmt.

Answer

Die Stabilität hängt nur von den Eingangssignalen ab.

Answer

Die Stabilität wird durch die Ausgangsgröße bestimmt.

Answer

Die Stabilität ist unabhängig von den Systemparametern.

Question 57

Welche der folgenden Eigenschaften ist **besonders wichtig** für die Wahl des optimalen Kalman-Filters?

Accepted Answer

Die statistische Verteilung des Messrauschens und des Prozessrauschens.

Answer

Die Art des Eingangssignals.

Answer

Die Frequenz der Messungen.

Answer

Die Größe der Systemmatrix A.

Question 58

Ein Zustandsregler wird mit Hilfe des LQR-Algorithmus entworfen. Was wird durch den LQR-Algorithmus **minimiert**?

Accepted Answer

Ein quadratisches Kostenfunktional, das die Abweichung vom Sollwert und die Eingangssignale berücksichtigt.

Answer

Die Rechenzeit des Reglers.

Answer

Die Anzahl der Zustandsgrößen.

Answer

Die Sensitivität des Reglers gegenüber Störungen.

Question 59

Ein Beobachter wird als 'vollständiger Beobachter' bezeichnet, wenn:

Accepted Answer

alle Zustandsgrößen geschätzt werden können.

Answer

der Beobachter schneller ist als das System.

Answer

der Beobachter alle Eingangssignale kennt.

Answer

der Beobachter die Ausgangsgröße nicht benötigt.

Question 60

Welche der folgenden Aussagen trifft auf ein nichtlineares System zu?

Accepted Answer

Die Beziehung zwischen Eingangssignalen, Zustandsgrößen und Ausgangsgröße ist nicht linear.

Answer

Das System ist nicht stabil.

Answer

Das System ist nicht steuerbar.