Zustandsregelung: Online-Quizze und Übungen für Elektrotechnik-Studierende

Question 1

Welches der folgenden ist **kein** Vorteil der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Geringerer Regelaufwand, da keine aufwendigen Berechnungen erforderlich sind

Answer

Verbesserte Störgrößenabweisung durch Nutzung aller Zustandsvariablen

Answer

Höhere Regelgüte durch direktes Beeinflussen des Systemzustands

Answer

Erweiterte Möglichkeiten der Zustandsbeobachtung durch Verwendung eines Beobachters

Question 2

Welche Steuerungsgröße wird bei der Zustandsregelung verwendet?

Accepted Answer

Zustandsvektor, der alle relevanten Systemzustände enthält

Answer

Regeldifferenz, die den Unterschied zwischen Soll- und Ist-Wert angibt

Answer

Ausgangsgröße, die das Verhalten des Systems beschreibt

Answer

Störgröße, die von außen auf das System einwirkt

Question 3

Welches der folgenden Zustandsraummodelle beschreibt ein **lineares, zeitinvarianter** System?

Accepted Answer

dx/dt = Ax + Bu, y = Cx + Du

Answer

dx/dt = A(t)x + B(t)u, y = C(t)x + D(t)u

Answer

dx/dt = A(t)x + Bu(t), y = Cx(t) + D(t)u

Answer

dx/dt = Ax + B(t)u, y = C(t)x + Du

Question 4

Welche der folgenden Methoden kann zur Zustandsbeobachtung angewendet werden?

Accepted Answer

Kalman-Filter, der einen optimalen Schätzwert des Systemzustands liefert

Answer

PID-Regelung, die eine einfache und weit verbreitete Regelungsmethode ist

Answer

Zustandsrückführung, die den Systemzustand direkt misst

Answer

Fuzzy-Logik, die auf unscharfen Mengen und Regeln basiert

Question 5

Welcher der folgenden Terme beschreibt den Einfluss der Störgröße auf den Systemzustand?

Accepted Answer

Störgrößenverteilungsmatrix, die den Einfluss der Störgröße auf den Systemzustand beschreibt

Answer

Steuerungsmatrix, die die Wirkung des Eingangssignals auf den Systemzustand beschreibt

Answer

Zustandstransitionsmatrix, die die zeitliche Entwicklung des Systemzustands bestimmt

Answer

Beobachtungsmatrix, die die Beziehung zwischen Systemzustand und Ausgangssignal definiert

Question 6

Was beschreibt der Zustandsvektor eines Systems?

Accepted Answer

Aktueller Zustand des Systems

Answer

Eingangsgrößen des Systems

Answer

Ausgangsgrößen des Systems

Answer

Sollwerte des Systems

Question 7

Welche Aussage zur Zustandsrückführung ist korrekt?

Accepted Answer

Berücksichtigt den aktuellen Zustand und seine zeitliche Ableitung

Answer

Berücksichtigt nur den aktuellen Zustand

Answer

Kann das System immer stabilisieren

Answer

Ist immer realisierbar

Question 8

Welchen Vorteil bietet die Kalman-Filterung in der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Schätzung des Zustandsvektors bei verrauschten Messungen

Answer

Verbesserte Regelgenauigkeit

Answer

Verringerter Regelaufwand

Answer

Erweiterter Regelbereich

Question 9

Welche Aussage zur Beobachterentwurfsmethode von Luenberger ist falsch?

Accepted Answer

Der Beobachter liefert immer den exakten Zustandsvektor.

Answer

Der Beobachter ist ein dynamisches System.

Answer

Der Beobachter schätzt den Zustandsvektor anhand von Messungen.

Answer

Der Beobachter muss stabil sein.

Question 10

Welche Größe ist NICHT Teil der Zustandsgleichung?

Accepted Answer

Ausgangsvektor

Answer

Zustandsvektor

Answer

Eingangsvektor

Answer

Störgrößenvektor

Question 11

Was ist das primäre Ziel der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Das System in einen gewünschten Zustand zu überführen und dort zu halten.

Answer

Die Ausgangsgröße des Systems zu minimieren.

Answer

Störeinflüsse auf das System zu kompensieren.

Answer

Die Bandbreite des Systems zu erhöhen.

Question 12

Welcher Vorteil ist besonders erwähnenswert bei Zustandsreglern?

Accepted Answer

Robustheit gegenüber Störeinflüssen

Answer

Geringerer Regelaufwand

Answer

Einfache Implementierung

Answer

Hohe Regelgeschwindigkeit

Question 13

Was ist der Zweck einer Zustandsbeobachtung?

Accepted Answer

Schätzung des Zustandsvektors

Answer

Messung des Zustandsvektors

Answer

Regelung des Zustandsvektors

Answer

Simulation des Zustandsvektors

Question 14

Welche Methode wird häufig zur Zustandsbeobachtung eingesetzt?

Accepted Answer

Kalman-Filter

Answer

Eigenwertanalyse

Answer

Pole-Placement-Methode

Answer

Laplace-Transformation

Question 15

Was beschreibt ein Eigenwert?

Accepted Answer

Eine komplexe Zahl, die die Stabilität des Systems bestimmt.

Answer

Eine reelle Zahl, die die Dauer des Einschwingvorgangs bestimmt.

Answer

Eine komplexe Zahl, die die Lage der Pole des Systems bestimmt.

Answer

Eine reelle Zahl, die die Regelgüte des Systems bestimmt.

Question 16

Welcher der folgenden ist kein Vorteil der Zustandsregelung im Vergleich zu klassischen Regelungsverfahren?

Accepted Answer

Einfachere Implementierung durch Vermeidung der Zustandsbeobachtung

Answer

Verbesserte Regelgüte durch Berücksichtigung des vollständigen Systemzustands

Answer

Robuster gegenüber Störgrößen durch Rückführung des Zustandsvektors

Answer

Möglichkeit, nichtlineare Systeme zu berücksichtigen

Question 17

Welche Matrix wird verwendet, um den Zustandsvektor im diskreten Fall zu berechnen?

Accepted Answer

Zustandsübergangsmatrix

Answer

Steuermatrix

Answer

Beobachtungsmatrix

Answer

Rückführmatrix

Question 18

Welcher der folgenden Reglertypen wird typischerweise bei der Zustandsregelung eingesetzt?

Accepted Answer

Zustandsregler

Answer

P-Regler

Answer

PI-Regler

Answer

PD-Regler

Question 19

Was ist das Hauptziel der Zustandsbeobachtung?

Accepted Answer

Schätzung des Zustandsvektors, auch wenn er nicht direkt messbar ist

Answer

Entwurf des Zustandsreglers

Answer

Störgrößenkompensation

Answer

Verbesserung der Regelgüte

Question 20

Welche der folgenden Aussagen über die Zustandsregelung ist zutreffend?

Accepted Answer

Sie ist im Allgemeinen robuster gegenüber Störgrößen als klassische Regelungsverfahren.

Answer

Sie ist nur für lineare zeitinvariante Systeme anwendbar.

Answer

Sie erfordert keine Kenntnis des Systemmodells.

Answer

Sie ist immer einfach zu implementieren.

Question 21

Welche Größe wird in der Zustandsregelung typischerweise zurückgeführt?

Accepted Answer

Zustandsvektor

Answer

Regelgröße

Answer

Istwert

Answer

Stellgröße

Question 22

Welcher der folgenden Schritte ist nicht Teil des Entwurfsverfahrens für Zustandsregler?

Accepted Answer

Implementierung des Reglers auf dem System

Answer

Berechnung der Zustandsrückführungsmatrix

Answer

Pole-Placement

Answer

Auswählen einer Kostenfunktion

Question 23

Nennen Sie einen Vorteil der Anwendung der Zustandsregelung.

Accepted Answer

Verbesserte Regelgüte

Answer

Einfachere Implementierung

Answer

Kostengünstigere Realisierung

Answer

Geringere Reaktionszeit

Question 24

Welches Gesetz wird in der Zustandsregelung zur Berechnung der Regelgröße herangezogen?

Accepted Answer

Zustandsrückführungsgesetz

Answer

Amplitudengesetz

Answer

Frequenzgesetz

Answer

Abtastgesetz

Question 25

Welche Matrix in der Zustandsraumdarstellung eines linearen Systems beschreibt die Zustandsänderung?

Accepted Answer

A-Matrix

Answer

B-Matrix

Answer

C-Matrix

Answer

D-Matrix

Question 26

Was ist das primäre Ziel der Zustandsbeobachtung?

Accepted Answer

Rekonstruktion des Zustandsvektors

Answer

Eliminierung von Störgrößen

Answer

Steigerung der Regelgüte

Answer

Verkürzung der Reaktionszeit

Question 27

Erläutern Sie den Hauptunterschied zwischen Zustands- und Ausgangsregelung.

Accepted Answer

Die Zustandsregelung verwendet den Zustandsvektor, während die Ausgangsregelung die Regelgröße nutzt.

Answer

Die Ausgangsregelung verwendet den Zustandsvektor, während die Zustandsregelung die Regelgröße nutzt.

Answer

Beide Regelungen verwenden den Zustandsvektor.

Answer

Beide Regelungen verwenden die Regelgröße.

Question 28

Was ist die Kalman-Filter-Methode?

Accepted Answer

Eine Methode zur Zustandsbeobachtung

Answer

Eine Regelungsmethode

Answer

Eine Optimierungsmethode

Answer

Eine Simulationsmethode

Question 29

Welches Prinzip ist die Grundlage der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Rückführung des Zustandsvektors

Answer

Regelung des Ausgangssignals

Answer

Optimierung des Steuersignals

Answer

Korrektur von Störgrößen

Question 30

Welches der folgenden Zustandsregelverfahren ist für lineare und zeitinvariante Systeme geeignet?

Accepted Answer

Lineare Zustandsregelung (LQR)

Answer

Nichtlineare Zustandsregelung

Answer

Robuste Zustandsregelung

Answer

Optimale Zustandsregelung

Question 31

Welches der folgenden Zustandsregelungsverfahren ist ein optimales Verfahren?

Accepted Answer

Lineare Quadratische Regulatorische optimale Steuerung (LQR)

Answer

Lineare Zustandsregelung

Answer

Nichtlineare Zustandsregelung

Question 32

Was bezeichnet man als Beobachtergleichungsfehler?

Accepted Answer

e(t) = x(t) - x̂(t)

Answer

e(t) = x(t) + x̂(t)

Answer

e(t) = x̂(t) - x(t)

Answer

e(t) = 0

Question 33

Was ist der Hauptzweck eines Zustandsbeobachters?

Accepted Answer

Den Systemzustand zu schätzen, wenn nicht alle Zustandsvariablen direkt gemessen werden können.

Answer

Die Systemleistung zu verbessern.

Answer

Die Stabilität des Systems zu erhöhen.

Question 34

Welche der folgenden Matrizen beschreibt den **Beobachter** in der Zustandsregelung?

Accepted Answer

L

Answer

A

Answer

B

Answer

C

Question 35

Welches Kriterium wird in der Zustandsregelung zur Bestimmung der **Stabilität** des geschlossenen Regelkreises verwendet?

Accepted Answer

Eigenwerte des geschlossenen Regelkreises

Answer

Regelstreckengewinn

Answer

Polstellen des offenen Regelkreises

Answer

Integrationszeit

Question 36

Welche der folgenden Steuerungsstrategien wird bei der Zustandsregelung **häufig** eingesetzt?

Accepted Answer

Lineare Quadratische Regulatoren (LQR)

Answer

Neuronale Netze

Answer

Fuzzy-Logik

Answer

Proportionale Integrale Differentielle Regler (PID)

Question 37

**Was** ist das Ziel der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Das System in einen gewünschten Zustand zu überführen und dort zu halten

Answer

Die Ausgaben des Systems zu minimieren

Answer

Die Systemparameter zu schätzen

Question 38

Welche der folgenden Aussagen über Zustandsbeobachter ist **korrekt**?

Accepted Answer

Sie schätzen den Systemzustand anhand der Messungen des Ausgangs

Answer

Sie steuern das System direkt

Answer

Sie sind immer stabil

Question 39

Welcher der folgenden Vorteile der Zustandsregelung ist **besonders** für komplexe Systeme relevant?

Accepted Answer

Möglichkeit, alle Systemzustände zu regeln

Answer

Geringere Kosten

Answer

Einfachheit der Implementierung

Answer

Höhere Zuverlässigkeit

Question 40

**Was** ist der Unterschied zwischen einem Zustandsregler und einem Beobachtungsregler?

Accepted Answer

Zustandsregler verwenden den geschätzten Systemzustand, während Beobachtungsregler den tatsächlichen Systemzustand verwenden

Answer

Zustandsregler sind einfacher zu implementieren

Question 41

Welche der folgenden Aussagen über die Komponenten eines Zustandsregelungssystems ist korrekt?

Accepted Answer

Es umfasst einen geschlossenen Regelkreis, einen Zustandsvektor, einen Beobachter und eine Zustandsrückführung.

Answer

Es enthält nur einen Zustandsvektor und eine Zustandsrückführung.

Answer

Es besteht aus einem offenen Regelkreis und einem Beobachter.

Answer

Es benötigt keinen Regelkreis.

Question 42

Welche der folgenden Aussagen über die Anwendbarkeit von Zustandsregelung ist zutreffend?

Accepted Answer

Zustandsregelung kann sowohl für lineare als auch für nichtlineare Systeme verwendet werden.

Answer

Zustandsregelung ist nur für lineare Systeme anwendbar.

Answer

Zustandsregelung ist nur für nichtlineare Systeme anwendbar.

Question 43

Welche Methode wird zur Bestimmung des optimalen Zustandsrückführgesetzes in der LQR-Regelung verwendet?

Accepted Answer

Die algebraische Riccati-Gleichung

Answer

Das Kalman-Filter

Answer

Die Polzuweisung

Answer

Die Integraltransformation

Question 44

Welche der folgenden Methoden eignet sich zur Schätzung des Zustandsvektors?

Accepted Answer

Kalman-Filterung

Answer

Systemidentifikation

Answer

LQR-Regelung

Answer

Beobachterentwurf

Question 45

Welcher der folgenden Hauptvorteile ist mit der Verwendung eines Beobachters in einem Zustandsregelungssystem verbunden?

Accepted Answer

Ermöglicht die Regelung des Systems auch bei nicht direkt messbaren Zustandsvariablen.

Answer

Verbessert die Stabilität des Systems.

Answer

Reduziert den Regelfehler.

Question 46

Welcher Aspekt wird typischerweise zur Beurteilung der Stabilität eines Zustandsregelungssystems herangezogen?

Accepted Answer

Eigenwerte der Systemmatrix A

Answer

Eigenschaften des Regelkreises im Frequenzbereich

Answer

Systemmatrix B

Question 47

Welche Bedeutung hat die Polzuweisung in einem Zustandsregelungssystem?

Accepted Answer

Ermöglicht die Gestaltung des dynamischen Systemverhaltens durch gezielte Platzierung der Pole in der komplexen Ebene.

Answer

Verbessert die Störfestigkeit des Systems.

Question 48

Welche Art von Regelung wird üblicherweise eingesetzt, um eine gewünschte Trajektorie für ein System mit mehreren Ausgängen zu realisieren?

Accepted Answer

Mehrgrößenregelung

Answer

Skalare Regelung

Answer

Kaskadenregelung

Question 49

In welchen Bereichen findet die Zustandsregelung praktische Anwendung?

Accepted Answer

Robotik, Luftfahrt, Prozessautomatisierung

Answer

Webentwicklung

Question 50

Welche Größe ist im Zustandsvektor eines linearen zeitinvarianten (LZI) Systems NICHT enthalten?

Accepted Answer

Steuergröße

Answer

Ausgabegröße

Answer

Zustandsgröße

Question 51

Welches ist die korrekte Definition des Ziels der zustandsbasierten Regelung?

Accepted Answer

Überführung des Systems in einen gewünschten Zustand und Stabilisierung in diesem Zustand

Answer

Reduzierung der Regelabweichung

Answer

Optimierung des Eingangssignals

Question 52

Welche Matrix ist Teil der Zustandsraumdarstellung eines linearen zeitinvarianten (LZI) Systems?

Accepted Answer

Systemmatrix

Answer

Beobachtungsmatrix

Answer

Steuermatrix

Answer

Übertragungsfunktion

Question 53

Welches Verfahren wird zur Schätzung des Zustandsvektors eines Systems verwendet?

Accepted Answer

Kalman-Filter

Answer

Polvorgabeverfahren

Answer

PID-Regler

Answer

Nyquist-Kriterium

Question 54

Welche Aufgabe erfüllt die Rückführung in der Zustandsregelung?

Accepted Answer

Korrektur des Eingangssignals basierend auf dem Zustandsvektor

Answer

Verstärkung des Ausgangssignals

Answer

Filterung von Störungen

Question 55

Welches Kriterium dient zur Bewertung der Stabilität eines Zustandsregelungssystems?

Accepted Answer

Eigenwerte der geschlossenen Regelkreismatrix

Answer

Nyquist-Diagramm

Answer

Übertragungsfunktion

Answer

Bode-Diagramm

Question 56

Welcher Vorteil gegenüber der klassischen Regelung zeichnet die Zustandsregelung aus?

Accepted Answer

Möglichkeit zur gleichzeitigen Regelung mehrerer Ausgangsgrößen

Answer

Einfachere Implementierung

Answer

Geringere Empfindlichkeit gegenüber Störungen

Question 57

Für welche Anwendungen wird die Zustandsregelung typischerweise eingesetzt?

Accepted Answer

Flugzeugsteuerung

Answer

Drehzahlregelung eines Motors

Answer

Temperaturregelung eines Gebäudes

Question 58

Welche Herausforderung ist mit der Zustandsregelung verbunden?

Accepted Answer

Anforderung eines präzisen Systemmodells

Answer

Empfindlichkeit gegenüber Rauschen

Answer

Hohe Implementierungskosten

Question 59

Welche Matrix kann aus der Zustandsraumdarstellung eines Systems abgeleitet werden?

Accepted Answer

Beobachtbarkeitsmatrix

Answer

Reglerverstärkungsmatrix

Answer

Übertragungsfunktion

Answer

Rückkopplungsmatrix

Question 60

Welche Aussage zur Zustandsregelung ist inkorrekt?

Accepted Answer

Die Zustandsregelung basiert ausschließlich auf der Messung der Ausgangsgröße des Systems.

Answer

Die Zustandsregelung ermöglicht die Regelung des Systems unabhängig von der Ausgangsgröße.

Answer

Die Zustandsregelung nutzt den Zustandsvektor zur Systemregelung.

Question 61

Ein System wird durch die Zustandsgleichung ẋ = Ax + Bu beschrieben. Welche der folgenden Matrizen stellt die zugehörige Beobachtungsgleichung dar, wenn die Ausgangsgröße y = Cx ist?

Accepted Answer

C = [1 0 0]

Answer

C = [1 1 1]

Answer

C = [0 0 1]

Answer

C = [0 1 0]

Question 62

Welche der folgenden Methoden ist KEINE Methode zur Zustandsrückführung?

Accepted Answer

PID-Regelung

Answer

Optimale Regelung

Answer

LQR-Regelung

Answer

Polplatzierung

Question 63

Ein System mit der Übertragungsfunktion G(s) = 1/(s+1) soll mit Hilfe der Zustandsregelung gesteuert werden. Welches der folgenden Zustandsraummodelle stellt eine geeignete Darstellung dar?

Accepted Answer

ẋ = -x + u, y = x

Answer

ẋ = x + u, y = x

Answer

ẋ = x - u, y = x

Answer

ẋ = -2x + u, y = x

Question 64

Ein System mit zwei Zuständen soll mit Hilfe der Polplatzierung gesteuert werden. Wie viele freie Parameter stehen zur Verfügung, um die Pollage der geschlossenen Schleife zu beeinflussen?

Accepted Answer

Zwei

Answer

Vier

Answer

Drei

Answer

Eins