Reglerentwurf für nichtlineare Systeme: Online-Quiz und Übungen

Question 1

Welcher Begriff beschreibt die Fähigkeit eines Reglers, gegenüber Änderungen in Systemparametern tolerant zu sein?

Accepted Answer

Robustheit

Answer

Stabilität

Answer

Regelgüte

Answer

Sensitivität

Question 2

Welche Methode eignet sich zur Stabilitätsanalyse eines nichtlinearen Systems?

Accepted Answer

Lyapunov-Stabilitätstheorie

Answer

Bode-Diagramm

Answer

Nyquist-Diagramm

Answer

Wurzelfindung

Question 3

Welche Aussage zur nichtlinearen PID-Regelung ist korrekt?

Accepted Answer

Sie passt die Verstärkungsfaktoren basierend auf dem Systemzustand an.

Answer

Sie verwendet lineare Verstärkungsfaktoren für nichtlineare Systeme.

Answer

Sie ist immer eine geeignete Wahl für nichtlineare Systeme.

Answer

Sie ist nicht für Systeme mit stark nichtlinearen Eigenschaften geeignet.

Question 4

Welche der folgenden Methoden kann zur Simulation nichtlinearer Regelungssysteme nicht verwendet werden?

Accepted Answer

Transferfunktionsanalyse

Answer

Numerische Integration

Answer

Simulink

Answer

Monte-Carlo-Simulation

Question 5

Welcher Reglertyp eignet sich am besten für die Regelung nichtlinearer Systeme mit statischer Nichtlinearität?

Accepted Answer

Nichtlinearer PID-Regler

Answer

Linearer PID-Regler

Answer

Zustandsrückführungsregler

Answer

Fuzzy-Regler

Question 6

Welche Aussage über nichtlineare Systeme ist **richtig**?

Accepted Answer

Nichtlineare Systeme können komplexes und chaotisches Verhalten zeigen

Answer

Nichtlineare Systeme verhalten sich immer linear um einen Arbeitspunkt

Answer

Nichtlineare Systeme sind leichter zu regeln als lineare Systeme

Answer

Nichtlineare Systeme haben immer ein eindeutiges Gleichgewicht

Question 7

Welche Methode eignet sich zur Linearisierung nichtlinearer Systeme?

Accepted Answer

Taylor-Reihenentwicklung

Answer

Laplace-Transformation

Answer

Fourier-Transformation

Answer

Z-Transformation

Question 8

Welcher Reglertyp verwendet eine Rückführung des Zustandsvektors, um das System zu steuern?

Accepted Answer

Zustandsrückführungsregler

Answer

PD-Regler

Answer

PI-Regler

Answer

Fuzzy-Regler

Question 9

Welche Aussage über Zustandsrückführungsregler ist **falsch**?

Accepted Answer

Zustandsrückführungsregler sind immer stabil

Answer

Zustandsrückführungsregler können nichtlineare Systeme regeln

Answer

Zustandsrückführungsregler können den Zustand des Systems beobachten

Answer

Zustandsrückführungsregler erfordern vollständige Kenntnis des Systemmodells

Question 10

Welche Variable wird **nicht** zur Berechnung der Stellgröße in einem nichtlinearen PID-Regler verwendet?

Accepted Answer

Zustandsvektor

Answer

Regeldifferenz

Answer

Integral der Regeldifferenz

Answer

Derivative der Regeldifferenz

Question 11

Welche Methode eignet sich zur Analyse der Stabilität nichtlinearer Systeme?

Accepted Answer

Lyapunov-Stabilitätstheorie

Answer

Wurzelfrequenzganganalyse

Answer

Nyquist-Stabilitätskriterium

Answer

Bode-Diagramm

Question 12

Welcher der folgenden Reglertypen ist kein nichtlinearer PID-Regler?

Accepted Answer

Zustandsrückführungsregler

Answer

P-Regler

Answer

PI-Regler

Answer

Nichtlinearer PD-Regler

Question 13

Welche der folgenden Aussagen beschreibt einen Zustandsrückführungsregler zutreffend?

Accepted Answer

Berücksichtigt den aktuellen Zustand des Systems

Answer

Basiert auf dem nichtlinearen PD-Gesetz

Answer

Kann nur für lineare Systeme verwendet werden

Answer

Ist immer instabil

Question 14

Welche der folgenden Aussagen zur Einstellung eines Zustandsrückführungsreglers ist falsch?

Accepted Answer

Kann durch Versuch und Irrtum erfolgen

Answer

Pole-Placement-Techniken können verwendet werden

Answer

Ein mathematisches Modell des Systems ist immer erforderlich

Answer

Erfordert die Kenntnis der Systemparameter

Question 15

Welche Methode kann zur Analyse der Stabilität eines nichtlinearen Regelsystems herangezogen werden?

Accepted Answer

Lyapunov-Stabilitätstheorie

Answer

Frequenzganganalyse

Answer

Pol-Nullstellen-Diagramm

Answer

Wurzelortskurve

Question 16

Nennen Sie die wichtigsten Vorteile von Zustandsrückführungsreglern gegenüber anderen Reglertypen.

Accepted Answer

Verbesserte Störfestigkeit

Accepted Answer

Erhöhte Stabilität auch bei nichtlinearen Systemen

Accepted Answer

Optimiertes Regelverhalten durch direkte Beeinflussung des Systemzustands

Answer

Vereinfachte Implementierung im Vergleich zu anderen Reglertypen

Question 17

Welche der folgenden Anwendungen zeigt den erfolgreichen Einsatz nichtlinearer Regler in der Praxis?

Accepted Answer

Windkraftanlagen: Optimierung der Leistung durch nichtlineare Regler bei variierenden Windgeschwindigkeiten

Accepted Answer

Chemische Reaktoren: Steuerung komplexer chemischer Prozesse mit nichtlinearen Reglern

Accepted Answer

Roboter: Präzise Steuerung von Bewegungen und Kräften durch nichtlineare Regler

Question 18

Welche Methode ist für die systematische Identifizierung nichtlinearer Systemmodelle aus praktischen Daten geeignet?

Accepted Answer

Experimentelle Erfassung von Eingangs- und Ausgangsdaten

Answer

Lineare Regressionsanalyse

Answer

Ausschließlich numerische Simulation

Answer

Zufällige Experimente

Question 19

Erläutern Sie die grundlegenden Prinzipien der Lyapunov-Stabilitätsanalyse und ihre Anwendung auf nichtlineare Systeme.

Accepted Answer

Konstruieren Sie eine Lyapunov-Funktion, die positiv definit ist.

Accepted Answer

Berechnen Sie die Ableitung der Lyapunov-Funktion entlang der Systemtrajektorien.

Accepted Answer

Wenden Sie das Lyapunov-Theorem an, um die Stabilität zu beweisen.

Answer

Die Lyapunov-Stabilitätsanalyse ist nicht auf nichtlineare Systeme anwendbar.

Question 20

Welche Eigenschaft ist charakteristisch für nichtlineare PID-Regler?

Accepted Answer

Nichtlineares Übertragungsverhalten

Answer

Lineare Verstärkung

Answer

Konstante Verstärkung

Answer

Unendliche Integrationszeit

Question 21

Welches Kriterium kann verwendet werden, um die Stabilität nichtlinearer Systeme zu untersuchen?

Accepted Answer

Lyapunov-Stabilitätskriterium

Answer

Bode-Diagramm

Answer

Nyquist-Stabilitätskriterium

Answer

Routh-Hurwitz-Kriterium

Question 22

Welche nichtlineare Funktion ist eine Komponente des Hammerstein-Modells?

Accepted Answer

Statische Nichtlinearität

Answer

Coulomb-Reibung

Answer

Dynamische Nichtlinearität

Answer

Totzone

Question 23

Welche Methode wird verwendet, um nichtlineare Systeme zu identifizieren?

Accepted Answer

Nichtlineare Regressionsanalyse

Answer

Impulsantwortanalyse

Answer

Frequenzganganalyse

Answer

Lineare Regressionsanalyse

Question 24

Welche Aussage zur numerischen Simulation nichtlinearer Systeme ist richtig?

Accepted Answer

Sie erfordert spezielle Simulationswerkzeuge.

Answer

Sie ist immer instabil.

Answer

Sie ist nur für komplexe Systeme geeignet.

Answer

Sie ist immer effizienter als die Simulation linearer Systeme.

Question 25

Welche der folgenden Aussagen trifft auf nichtlineare PID-Regler zu?

Accepted Answer

Sie können nichtlineare Systemdynamiken bewältigen.

Answer

Sie können ohne Kenntnis des nichtlinearen Systems entworfen werden.

Answer

Sie sind immer stabiler als lineare PID-Regler.

Question 26

Welche der folgenden ist eine häufig verwendete Methode zur Linearisierung nichtlinearer Systeme?

Accepted Answer

Stückweise Linearisierung

Answer

Laplace-Transformation

Answer

Nichtlineare Transformation

Answer

Fourier-Transformation

Question 27

Welche der folgenden Aussagen zur Stabilitätsanalyse nichtlinearer Systeme ist korrekt?

Accepted Answer

Die Lyapunov-Stabilitätskriterien liefern ausreichende, aber nicht notwendige Bedingungen für Stabilität.

Answer

Nichtlineare Systeme können immer analytisch auf Stabilität untersucht werden.

Question 28

Welche der folgenden Herausforderungen ist mit dem Entwurf von Reglern für nichtlineare Systeme verbunden?

Accepted Answer

Erhöhte Komplexität

Answer

Höhere Kosten

Answer

Geringere Genauigkeit

Answer

Geringere Zuverlässigkeit

Question 29

Welche der folgenden Einschränkungen gilt für Zustandsrückführungsregler für nichtlineare Systeme?

Accepted Answer

Sie erfordern eine genaue Kenntnis des Systemmodells.

Answer

Sie können nur in statischen Systemen angewendet werden.

Answer

Sie sind nicht robust gegenüber Störungen.

Answer

Sie sind immer instabil.

Question 30

Welche der folgenden Aussagen zur Modellprädiktiven Regelung (MPC) ist für nichtlineare Systeme zutreffend?

Accepted Answer

Sie kann mit nichtlinearen Prozessmodellen umgehen.

Answer

Sie ist immer schneller als Zustandsrückführungsregler.

Answer

Sie ist nur für große Systeme geeignet.

Question 31

Welcher der folgenden Schritte ist beim Entwurf eines Zustandsrückführungsreglers für ein nichtlineares System nicht erforderlich?

Accepted Answer

Linearisierung des Systems

Answer

Berechnung des Steuergesetzes

Answer

Auswahl der Rückführungsgewinne

Answer

Beobachterentwurf

Question 32

Welcher der folgenden Controller-Entwurfsansätze basiert auf dem Prinzip der passiven Steuerung?

Accepted Answer

Interconnected-Passive-Systems-Synthese

Answer

Pole-Placement-Regelung

Answer

Modellprädiktive Regelung

Answer

Robuste Regelung

Question 33

Welche der folgenden Aussagen zur adaptiven Regelung nichtlinearer Systeme ist korrekt?

Accepted Answer

Sie kann Systemparameter schätzen und das Regelgesetz entsprechend anpassen

Answer

Sie ist nur für lineare Systeme anwendbar

Answer

Sie garantiert immer globale Stabilität

Question 34

Welcher der folgenden Regler ist besonders geeignet für die Regelung von Systemen mit großen Unsicherheiten und nichtlinearen Störeinflüssen?

Accepted Answer

Robuster Regler

Answer

Nichtlinearer PID-Regler

Answer

Zustandsrückführungsregler

Question 35

Welche Art von Regler ist für die Regelung nichtlinearer Systeme mit zeitverzögertem Verhalten am besten geeignet?

Accepted Answer

Nichtlinearer PID-Regler

Answer

PI-Regler

Answer

Linearer PID-Regler

Answer

PD-Regler

Question 36

Welche Aussage zum Entwurf von Beobachtern ist zutreffend?

Accepted Answer

Der Beobachter sollte eine höhere Bandbreite als das zu beobachtende System aufweisen.

Answer

Der Beobachter sollte die gleichen Pole wie das zu beobachtende System haben.

Answer

Der Beobachter sollte eine geringere Verstärkung als das zu beobachtende System aufweisen.

Question 37

Welche Aussage zum Entwurf von Zustandsrückführungsgesetzen ist korrekt?

Accepted Answer

Das gewünschte Systemverhalten wird durch die Platzierung der Pole im Polplan bestimmt.

Answer

Die Wahl der Rückkopplungsmatrix hat keinen Einfluss auf das Systemverhalten.

Answer

Das Zustandsrückführungsgesetz muss immer ein lineares Gesetz sein.

Question 38

Welcher Vorteil wird durch die Verwendung von Zustandsrückführungsgesetzen erreicht?

Accepted Answer

Verbesserte Robustheit gegenüber Störungen und Modellierungsfehlern

Answer

Einfachere Implementierung

Answer

Geringerer Steueraufwand

Question 39

Welche Aussage zum Entwurf nichtlinearer PID-Regler ist korrekt?

Accepted Answer

Die Reglerparameter werden in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt angepasst.

Answer

Der Regler ist für alle Arten nichtlinearer Systeme geeignet.

Answer

Der Regler ist immer linear.

Question 40

Welcher nichtlineare Reglertyp basiert auf dem PID-Prinzip?

Accepted Answer

Nichtlinearer PID-Regler

Answer

Fuzzy-Regler

Answer

Neuronale Netze

Question 41

Nennen Sie einen Vorteil der Verwendung eines nichtlinearen PID-Reglers gegenüber einem linearen PID-Regler.

Accepted Answer

Verbesserte Regelgüte bei nichtlinearen Systemen

Answer

Einfachere Implementierung

Answer

Geringerer Regelaufwand

Answer

Höhere Stabilität

Question 42

Welche Anforderung wird typischerweise an einen nichtlinearen Zustandsrückführungsregler gestellt?

Accepted Answer

Asymptotische Stabilität

Answer

Minimales Überschwingen

Answer

Optimale Regelung

Answer

Maximale Regelgeschwindigkeit

Question 43

Welche Funktion kann als Lyapunov-Funktion für einen nichtlinearen Zustandsrückführungsregler verwendet werden?

Accepted Answer

Quadratische Funktion des Zustandsvektors

Answer

Zufällige Funktion des Zustandsvektors

Answer

Sinusfunktion des Zustandsvektors

Answer

Exponentielle Funktion des Zustandsvektors

Question 44

Welches Verfahren dient zur Analyse der Stabilität eines nichtlinearen Zustandsrückführungsreglers?

Accepted Answer

Lyapunov-Stabilitätsanalyse

Answer

Bode-Diagramm

Answer

Wurzelortung

Answer

Frequenzganganalyse

Question 45

Welcher Schritt ist bei der Anwendung eines nichtlinearen Zustandsrückführungsreglers nicht erforderlich?

Accepted Answer

Linearisierung des Systems

Answer

Bestimmung des Zustandsvektors

Answer

Entwurf des Rückführungsgesetzes

Answer

Analyse der Stabilität

Question 46

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die wesentliche Schwierigkeit beim Entwurf von Reglern für nichtlineare Systeme am besten?

Accepted Answer

Nichtlineare Systeme weisen häufig komplexe, nichtlineare Verhaltensweisen auf, die mit linearen Modellen nicht vollständig erfasst werden können.

Answer

Nichtlineare Systeme sind generell schwieriger zu simulieren.

Question 47

Welches Konzept wird typischerweise verwendet, um ein nichtlineares System um einen Arbeitspunkt zu linearisieren?

Accepted Answer

Taylor-Reihenentwicklung

Answer

Laplace-Transformation

Answer

Fourier-Transformation

Question 48

Welche der folgenden Aussagen bezüglich nichtlinearer PID-Regler ist FALSCH?

Accepted Answer

Nichtlineare PID-Regler sind immer einfacher zu implementieren als lineare PID-Regler.

Answer

Nichtlineare PID-Regler können eine verbesserte Regelgüte in nichtlinearen Systemen erreichen.

Answer

Nichtlineare PID-Regler können durch die Anpassung der Reglerparameter an die Nichtlinearitäten des Systems abgestimmt werden.

Question 49

Welche der folgenden Methoden eignet sich am besten zur Untersuchung der Stabilität eines nichtlinearen Regelkreises?

Accepted Answer

Lyapunov-Theorie

Answer

Routh-Hurwitz-Kriterium

Answer

Nyquist-Kriterium

Answer

Bode-Diagramm

Question 50

Welche der folgenden Eigenschaften kennzeichnet im Allgemeinen ein nichtlineares System?

Accepted Answer

Das Superpositionsprinzip gilt nicht.

Answer

Das System ist immer stabil.

Answer

Das System kann durch lineare Differenzialgleichungen beschrieben werden.

Answer

Das System zeigt nur lineare Verhaltensweisen.

Question 51

Wie kann die Leistung eines nichtlinearen Reglers bei starken Störgrößen verbessert werden?

Accepted Answer

Durch die Verwendung von Filtertechniken im Regler.

Answer

Durch die Verwendung eines nichtlinearen PID-Reglers.

Answer

Durch Erhöhen der Regelverstärkung.

Question 52

Was ist der Hauptvorteil von Zustandsrückführungsreglern gegenüber konventionellen Reglern in nichtlinearen Systemen?

Accepted Answer

Zustandsrückführungsregler können direkt auf die Zustandsvariablen des Systems einwirken und so eine präzisere Regelung ermöglichen.

Answer

Zustandsrückführungsregler sind einfacher zu implementieren.

Question 53

Welche der folgenden Methoden eignet sich gut für den Entwurf von Zustandsrückführungsreglern für nichtlineare Systeme?

Accepted Answer

Backstepping-Verfahren

Answer

Frequenzbereichsanalyse

Answer

Polvorgabe im s-Bereich

Answer

Wurzelortsverfahren

Question 54

Welche der folgenden Aussagen beschreibt das Konzept der "Sliding Mode Control" am besten?

Accepted Answer

Eine Regelungstechnik, die das System zwingt, auf einer bestimmten "Gleitfläche" im Zustandsraum zu bleiben, um eine gewünschte Dynamik zu erreichen.

Answer

Eine Regelungstechnik, die die Reglerparameter kontinuierlich anpasst, um sich an die Nichtlinearitäten des Systems anzupassen.

Question 55

Welche der folgenden Methoden ist am besten geeignet, die Robustheit eines nichtlinearen Reglers gegenüber Störungen zu analysieren?

Accepted Answer

Simulationsstudien mit unterschiedlichen Störgrößen

Answer

Polvorgabe im s-Bereich

Answer

Wurzelortsverfahren

Answer

Frequenzbereichsanalyse

Question 56

Welche der folgenden Aussagen trifft am besten auf nichtlineare PID-Regler zu?

Accepted Answer

Sie verwenden eine nichtlineare Funktion, um die Proportional-, Integral- und Differentialanteile zu berechnen.

Answer

Sie sind nur für Systeme mit linearen Eigenschaften geeignet.

Question 57

Welches der folgenden Probleme kann bei der Verwendung von Zustandsrückführungsreglern für nichtlineare Systeme auftreten?

Accepted Answer

Die Stabilität des geschlossenen Regelkreises kann nicht mit den gleichen Methoden wie bei linearen Systemen garantiert werden.

Answer

Die Berechnung der Zustandsrückführungsmatrix ist sehr komplex.

Question 58

Welche der folgenden Methoden ist NICHT geeignet, um die Stabilität eines nichtlinearen Regelkreises zu analysieren?

Accepted Answer

Die Anwendung des Nyquist-Kriteriums.

Answer

Die Verwendung von Lyapunov-Funktionen.

Answer

Die lineare Approximation des Systems.

Answer

Die Simulation des Systems.

Question 59

Was ist ein Vorteil der Verwendung von Fuzzy-Logik bei der Regelung von nichtlinearen Systemen?

Accepted Answer

Fuzzy-Logik ermöglicht die Implementierung von komplexen Regelalgorithmen ohne genaue Systemkenntnisse.

Answer

Fuzzy-Logik ist sehr effizient und erfordert wenig Rechenleistung.

Question 60

Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten die Herausforderung bei der Anwendung von adaptiven Reglern auf nichtlineare Systeme?

Accepted Answer

Die Anpassungsmechanismen des Reglers müssen robust gegenüber den nichtlinearen Systemdynamiken sein.

Answer

Adaptive Regler sind nur für Systeme mit langsam variierenden Parametern geeignet.

Question 61

Wie kann man den Einfluss von Störungen in einem nichtlinearen Regelkreis reduzieren?

Accepted Answer

Durch Verwendung eines robusten Reglerentwurfs, der Störungen minimiert.

Answer

Durch Erhöhung der Reglerverstärkung.

Answer

Durch Verwendung eines Reglers mit einer hohen Bandbreite.

Question 62

Ein nichtlineares System wird durch einen Regler mit einer vorgegebenen Regelstrategie geregelt. Welches der folgenden Kriterien sollte bei der Bewertung der Reglerperformance berücksichtigt werden?

Accepted Answer

Die Genauigkeit der Regelung, die Stabilität des Regelkreises und die Robustheit gegenüber Störungen.

Answer

Die Kosten der Reglerimplementierung.

Question 63

Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten die Bedeutung der Modellierung bei der Regelung von nichtlinearen Systemen?

Accepted Answer

Modellierung ermöglicht die Analyse und Simulation des Systems, um den Reglerentwurf zu optimieren.

Answer

Modellierung vereinfacht die Implementierung des Reglers.

Answer

Modellierung ist nur für Systeme mit bekannten Parametern erforderlich.