Klassische Entwurfsverfahren in der Regelungstechnik: Quiz und Übungen

Question 1

Welches Kriterium ist zur Stabilitätsbestimmung im Wurzelortsverfahren anzuwenden?

Accepted Answer

Alle Pole liegen in der linken Halbebene

Answer

Keine Pole auf der imaginären Achse

Answer

Es gibt keinen Pol im Ursprung

Answer

Der Hauptzweig verläuft durch den Ursprung

Question 2

Welche Aussage zum Frequenzgangverfahren ist zutreffend?

Accepted Answer

Es liefert Amplituden- und Phaseninformationen über das System in Abhängigkeit von der Frequenz

Answer

Es gilt nur für Systeme erster Ordnung

Answer

Es ist ausschließlich grafisch darstellbar

Answer

Es eignet sich nicht zur Stabilitätsanalyse

Question 3

Welcher Vorteil des Wurzelortsverfahrens gegenüber dem Frequenzgangverfahren besteht?

Accepted Answer

Möglichkeit zur Stabilitätsbeurteilung

Answer

Einfachere Handhabung

Answer

Genaue Ergebnisse

Answer

Anwendbarkeit auf alle Systemtypen

Question 4

Was kennzeichnet den Nyquist-Plot eines stabilen Systems?

Accepted Answer

Umlaufen des (-1, 0)-Punktes gegen den Uhrzeigersinn

Answer

Umlaufen des (-1, 0)-Punktes im Uhrzeigersinn

Answer

Einfachschnitt mit der negativen reellen Achse

Answer

Mehrfachschnitt mit der negativen reellen Achse

Question 5

Was bedeutet die Grenzfrequenz im Bode-Diagramm?

Accepted Answer

Frequenz bei 3 dB Amplitudenabfall

Answer

Frequenz bei 45° Phasenabfall

Answer

Frequenz, bei der das System instabil wird

Answer

Frequenz, bei der das System gedämpft ist

Question 6

Welche Entwurfsoptimierungsmaßnahme verringert die Überschwingweite?

Accepted Answer

Erhöhung der Dämpfung

Answer

Verringerung des statischen Verstärkungsfaktors

Answer

Erhöhung der Grenzfrequenz

Answer

Reduzierung der Zeitkonstante

Question 7

Welches Ziel wird mit dem Entwurf eines Reglers verfolgt?

Accepted Answer

Alle genannten Ziele

Answer

Gewährleistung der Systemstabilität

Answer

Erreichung gewünschter dynamischer Eigenschaften

Answer

Minimierung von Störungen

Question 8

Das primäre Ziel des Wurzelortsverfahrens ist die Bestimmung der:

Accepted Answer

Stabilitätsgrenzen eines Regelkreises

Answer

Übertragungsfunktion eines Regelkreises

Answer

Zeitverhaltens eines Regelkreises

Answer

Störgrößenabweisung eines Regelkreises

Question 9

Beim Wurzelortsverfahren werden auf der Realachse die:

Accepted Answer

Eigenwerte

Answer

Verstärkung

Answer

Polynomkoeffizienten

Answer

Nullstellen

Question 10

Die Stabilitätsbedingung im Frequenzgangverfahren lautet:

Accepted Answer

Phasenrand > 180°

Answer

Amplitudenrand < 0 dB

Answer

Verstärkungsreserve < 1

Answer

Frequenzgang oberhalb der 0-dB-Linie

Question 11

Welche der folgenden Regelstrecken ist am schwierigsten zu regeln?

Accepted Answer

Nichtminimumphasige Regelstrecke

Answer

Stabile Regelstrecke 1. Ordnung

Answer

Unterdämpfte Regelstrecke 2. Ordnung

Answer

Regelstrecke mit Zeitverzögerung

Question 12

Der grundlegende Unterschied zwischen einem offenen und einem geschlossenen Regelkreis besteht darin, dass:

Accepted Answer

Im geschlossenen Regelkreis eine Rückkopplung vorliegt

Answer

Im offenen Regelkreis keine Rückkopplung vorliegt

Answer

Im offenen Regelkreis die Regelgröße konstant ist

Answer

Im geschlossenen Regelkreis die Regelgröße nicht konstant ist

Question 13

Das Nyquist-Stabilitätskriterium ist:

Accepted Answer

Ein grafisches Verfahren zur Stabilitätsanalyse von Regelkreisen im Frequenzbereich

Answer

Eine mathematische Gleichung, die die Stabilitätsbedingungen definiert

Answer

Ein Regelungsgesetz, das die Stabilität eines Regelkreises garantiert

Answer

Eine Methode zur Bestimmung des Phasenrands eines Regelkreises

Question 14

Der Unterschied zwischen einem P-Regler und einem PI-Regler ist, dass der PI-Regler:

Accepted Answer

Auch den Integralwert des Regelabweichungssignals berücksichtigt

Answer

Nur den aktuellen Wert des Regelabweichungssignals berücksichtigt

Answer

Einfacher zu implementieren ist

Answer

Eine bessere Störgrößenabweisung aufweist

Question 15

Welches Diagramm dient dazu, die Wanderung der Eigenwerte eines Regelkreises in Abhängigkeit von einem Entwurfsparameter darzustellen?

Accepted Answer

Root-Locus-Diagramm

Answer

Nyquist-Diagramm

Answer

Bode-Diagramm

Answer

Pol-Nullstellen-Diagramm

Question 16

Welche Aussage beschreibt das Frequenzgangverfahren?

Accepted Answer

Analysiert den Amplituden- und Phasengang eines Regelkreises in Abhängigkeit von der Frequenz

Answer

Ermittelt die Eigenwerte eines Regelkreises

Answer

Entwirft einen Regelkreis anhand vorgegebener Spezifikationen

Answer

Berechnet die Übertragungsfunktion eines Regelkreises

Question 17

Welche Verstärkung führt zu einer instabilen Regelstrecke?

Accepted Answer

größer als 1

Answer

0

Answer

1

Answer

kleiner als 1

Question 18

Wie lautet die Übertragungsfunktion eines PT1-Gliedes?

Accepted Answer

G(s) = K / (s + a)

Answer

G(s) = K / s

Answer

G(s) = K * s

Answer

G(s) = K * (s + a)

Question 19

Welcher Frequenzbereich wird als Bandbreite eines Regelkreises bezeichnet?

Accepted Answer

Frequenzbereich vom unteren Grenzfrequenz zum oberen Grenzfrequenz

Answer

Frequenzbereich vom unteren Grenzfrequenz zum Resonanzfrequenz

Answer

Frequenzbereich vom oberen Grenzfrequenz zum Resonanzfrequenz

Answer

Frequenzbereich vom oberen Grenzfrequenz zum unteren Grenzfrequenz

Question 20

Was versteht man unter einem Kreuzungspunkt im Root-Locus-Diagramm?

Accepted Answer

Ein Punkt, an dem die Eigenwerte des Regelkreises die imaginäre Achse kreuzen.

Answer

Ein Punkt, an dem die Eigenwerte des Regelkreises die reelle Achse kreuzen.

Answer

Ein Punkt, an dem der Root-Locus-Pfad den komplexen Einheitskreis kreuzt.

Answer

Ein Punkt, an dem der Root-Locus-Pfad die negative reelle Achse kreuzt.

Question 21

Welche der folgenden Aussagen beschreibt **präzise** das Root-Locus-Verfahren?

Accepted Answer

Graphisches Verfahren zur Untersuchung der Stabilität und des dynamischen Verhaltens eines Regelkreises durch Variation eines Parameters und Plotten der Wurzeln der charakteristischen Gleichung im komplexen s-Raum

Answer

Analytisches Verfahren zur Berechnung des Zeitverlaufs der Regelgröße

Answer

Experimentelles Verfahren zur Ermittlung der Frequenzantwort des geschlossenen Regelkreises

Question 22

Welcher der folgenden Schritte ist ein **unverzichtbarer** Bestandteil des Frequenzgangverfahrens?

Accepted Answer

Erstellung eines Bode-Diagramms, das Amplituden- und Phasenverlauf des Übertragungsverhältnisses darstellt

Answer

Entwicklung eines Kompensators zur Verbesserung der Regelgüte

Answer

Berechnung der genauen Stabilitätsgrenze

Question 23

Welche der folgenden Kennlinien im Bode-Diagramm deutet **eindeutig** auf Instabilität hin?

Accepted Answer

Steigende Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen, die 180° überschreitet

Answer

Abfallender Amplitudengang bei niedrigen Frequenzen

Answer

Ansteigender Amplitudengang bei hohen Frequenzen

Question 24

Welche der folgenden Größen ist eine **wesentliche** Eingangsgröße für das Root-Locus-Verfahren?

Accepted Answer

Verstärkungsfaktor des Regelkreises, der die Stabilität und das dynamische Verhalten beeinflusst

Answer

Zeitkonstante des Regelkreises, die die Geschwindigkeit der Reaktion bestimmt

Answer

Regelgröße des Regelkreises, die das Ausgangssignal darstellt

Answer

Übergangsfunktion des Regelkreises, die das Zeitverhalten beschreibt

Question 25

Welche der folgenden Aussagen beschreibt das Nyquist-Stabilitätskriterium **richtig**?

Accepted Answer

Topologisches Kriterium, das die Anzahl der Umkreisungen des -1-Punktes im Nyquist-Diagramm verwendet, um die Stabilität eines Regelkreises zu bestimmen

Answer

Analytisches Kriterium zur Berechnung der Grenzfrequenz des Regelkreises

Question 26

Welcher der folgenden Kompensatortypen wird **primär** verwendet, um die Phasenreserve eines Regelkreises **zu erhöhen**?

Accepted Answer

Voreilfilter, der die Phase des Signals bei hohen Frequenzen anhebt

Answer

Sperrfilter, der bestimmte Frequenzbänder blockiert

Answer

Nachholfiter, der die Phase des Signals bei niedrigen Frequenzen absenkt

Answer

Allpassfilter, der die Phase des Signals bei allen Frequenzen verschiebt

Question 27

Welches der folgenden Kriterien ist **entscheidend** für die Wahl eines Entwurfsverfahrens für Regelkreise?

Accepted Answer

Art des Regelkreises (z. B. SISO, MIMO) und gewünschte Regelgüte (z. B. Stabilität, Genauigkeit, Störfestigkeit)

Answer

Kosten des Regelkreises, die das Budget beeinflussen können

Answer

Verfügbare Messgeräte, die die Datenakquise einschränken können

Answer

Größe und Gewicht des Regelkreises, die physische Einschränkungen darstellen können

Question 28

Welche der folgenden Aussagen zum geschlossenen Regelkreis ist **korrekt**?

Accepted Answer

Im Allgemeinen ist die Regelgröße stabiler als die Eingangsgröße, da der Regelkreis Störungen und Schwankungen ausgleicht

Answer

Die Störgröße wird vollständig unterdrückt und hat keinen Einfluss auf die Regelgröße

Answer

Der Regelkreis ist immer schneller als der ungeregelte Prozess und reagiert sofort auf Eingangsänderungen

Question 29

Welches der folgenden Ziele ist mit dem Frequenzgangverfahren **nicht erreichbar**?

Accepted Answer

Ermittlung der Zeitkonstanten des Regelkreises, die das Zeitverhalten charakterisieren

Answer

Ermittlung der Grenzfrequenzen des Regelkreises, die die Bandbreite definieren

Answer

Bestimmung der Stabilität des Regelkreises durch Analyse der Phasenreserve

Answer

Entwurf eines Kompensators zur Verbesserung der Regelgüte

Question 30

Welche der folgenden Aussagen beschreibt das **Grundprinzip** der Polvorgabe?

Accepted Answer

Zuweisung von Polen der geschlossenen Regelkreisübertragungsfunktion an gewünschte Stellen im komplexen s-Raum, um bestimmte Eigenschaften wie Stabilität, Dämpfungsgrad und Anstiegszeit zu erreichen

Answer

Ermittlung der maximalen Verstärkung des Regelkreises zur Optimierung der Regelgüte

Question 31

Welche Aussage zum Root-Locus ist nicht korrekt?

Accepted Answer

Er ist unabhängig von der Verstärkung.

Answer

Er kann zur Analyse und zum Entwurf von Regelkreisen angewendet werden.

Answer

Er ermöglicht die Bestimmung der Stabilität des Systems.

Answer

Er ist ein grafisches Verfahren.

Question 32

Welcher Reglertyp eignet sich für Regelkreise, bei denen die Polstelle der offenen Regelstrecke im Ursprung liegt?

Accepted Answer

PI-Regler

Answer

P-Regler

Answer

I-Regler

Question 33

Welches Ziel verfolgt die Verstärkungskompensation?

Accepted Answer

Erhöhung der Bandbreite des Regelkreises

Answer

Vergrößerung der Regelabweichung

Answer

Anwendbarkeit nur bei Systemen mit einem einzigen Pol

Question 34

Welches Kriterium ist für die Stabilität eines Regelkreises im Root-Locus-Verfahren ausschlaggebend?

Accepted Answer

Alle Pole liegen in der linken Halbebene (LHP)

Answer

Alle Nullstellen liegen in der linken Halbebene (LHP)

Answer

Der Abstand zwischen Pol und Nullstelle ist groß

Answer

Die Steigung der Locuskurve im Ursprung ist positiv

Question 35

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Bode-Diagramme?

Accepted Answer

Sie liefern Informationen über den Amplituden- und Phasenverlauf eines Systems

Answer

Sie zeigen nur den Amplitudenverlauf

Answer

Sie zeigen nur den Phasenverlauf

Question 36

Worauf zielt die Stellgrößenbegrenzung im Entwurfsverfahren ab?

Accepted Answer

Verhinderung von Übersteuerungen und nichtlinearen Effekten

Answer

Erhöhung der Stabilität

Answer

Verbesserung der Regelabweichung

Question 37

Welche Aussage beschreibt die Funktion eines Beobachters in einem Regelkreis?

Accepted Answer

Er liefert eine Schätzung nicht messbarer Zustandsgrößen

Answer

Er filtert Störgrößen heraus

Answer

Er verstärkt das Regelsignal

Question 38

Welches der folgenden Verfahren eignet sich für die Entwurfsoptimierung eines Regelkreises?

Accepted Answer

Anwenden von Optimierungsalgorithmen

Answer

Empirische Regeln

Answer

Manuelles Ausprobieren

Answer

Zufallsprinzip

Question 39

Was ist die Hauptfunktion einer Integratorwindup-Begrenzung?

Accepted Answer

Verhindert Übersteuerungen des Integrators, wenn dieser gesättigt ist.

Answer

Reduziert die Regelabweichung.

Answer

Verbessert die Stabilität.

Question 40

Welches Kriterium wird beim Root-Locus-Verfahren zur Beurteilung der Stabilität eines Regelkreises verwendet?

Accepted Answer

Lage der Pole in der s-Ebene.

Answer

Anzahl der Nullstellen.

Answer

Steigung des Root-Locus.

Question 41

Was ermöglicht das Frequenzgangverfahren?

Accepted Answer

Analyse von Amplituden- und Phasengang eines Regelkreises in Abhängigkeit von der Frequenz.

Answer

Entwurf von Regelkreisen nur für lineare Systeme.

Question 42

Welches Ziel verfolgt die Kompensation bei klassischen Entwurfsverfahren?

Accepted Answer

Verbesserung von Stabilität, Einschwingverhalten und Störfestigkeit des Regelkreises.

Answer

Erhöhung der Komplexität des Regelkreises.

Answer

Reduzierung der Kosten des Regelkreises.

Question 43

Was bedeutet ein positiver Amplitudengang im Frequenzgangverfahren?

Accepted Answer

Der Regelkreis verstärkt das Eingangssignal.

Answer

Der Regelkreis schwächt das Eingangssignal.

Answer

Der Regelkreis hat keinen Einfluss auf das Eingangssignal.

Question 44

Welche Aussage zum Root-Locus-Diagramm ist korrekt?

Accepted Answer

Es zeigt die Lage der geschlossenen Regelkreispole in der s-Ebene für alle möglichen Werte des Regelverstärkers.

Answer

Es zeigt nur die Pole des offenen Regelkreises.

Question 45

Was ist ein Vorteil des Bode-Diagramms gegenüber dem Nyquist-Diagramm?

Accepted Answer

Es ist einfacher zu interpretieren und anzuwenden.

Answer

Es liefert genauere Stabilitätsinformationen.

Answer

Es kann auch für nichtlineare Systeme verwendet werden.

Question 46

Welche der folgenden Bedingungen muss erfüllt sein, damit ein Regelkreis mit Hilfe des Root-Locus-Verfahrens entworfen werden kann?

Accepted Answer

Das System muss linear und zeitinvariant (LTI) sein.

Answer

Das System muss nichtlinear und zeitinvariant sein.

Answer

Das System muss linear und nicht zeitinvariant sein.

Question 47

Welches Ziel verfolgt das Root-Locus-Verfahren?

Accepted Answer

Bestimmung der Stabilitätsbedingungen eines Regelkreises

Answer

Berechnung der Systemantworten

Answer

Ermittlung der Übertragungsfunktion eines Systems

Question 48

Welche Aussage zum Frequenzgang eines stabilen Systems ist richtig?

Accepted Answer

Der Betrag des Frequenzgangs nimmt mit steigender Frequenz ab

Answer

Der Betrag des Frequenzgangs ist unabhängig von der Frequenz

Answer

Der Phasenwinkel des Frequenzgangs ist positiv bei allen Frequenzen

Question 49

Welche Aussage zum Nyquist-Kriterium ist korrekt?

Accepted Answer

Ein System ist stabil, wenn die Nyquist-Kurve den (-1,0)-Punkt nicht umschließt

Answer

Ein System ist stabil, wenn die Nyquist-Kurve den Ursprung umschließt

Answer

Das Nyquist-Kriterium gilt nur für Systeme mit negativem Rückkopplungsfaktor

Question 50

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Stabilität eines Regelkreises?

Accepted Answer

Alle Pole des geschlossenen Regelkreises liegen in der linken Halbebene der s-Ebene

Answer

Alle Pole des geschlossenen Regelkreises liegen in der rechten Halbebene der s-Ebene

Answer

Alle Pole des offenen Regelkreises liegen in der linken Halbebene der s-Ebene

Question 51

Welche der folgenden Aussagen zur Implementierung eines Reglers ist korrekt?

Accepted Answer

Die digitale Implementierung eines Reglers kann zu Verzögerungen führen

Answer

Die analoge Implementierung eines Reglers ist immer vorzuziehen

Answer

Die Implementierung eines Reglers hat keinen Einfluss auf seine Stabilität

Question 52

Was ist der Hauptzweck des Root-Locus-Verfahrens?

Accepted Answer

Die Pole des geschlossenen Regelkreises in Abhängigkeit der Kreisverstärkung zu visualisieren.

Answer

Die Frequenzantwort des geschlossenen Regelkreises zu bestimmen.

Answer

Die Stabilität des offenen Regelkreises zu beurteilen.

Question 53

Welche Aussage über die Lage der Pole des geschlossenen Regelkreises im Root-Locus ist korrekt?

Accepted Answer

Sie wandern mit zunehmender Kreisverstärkung von den Polen zu den Nullstellen.

Answer

Sie wandern mit zunehmender Kreisverstärkung von den Nullstellen zu den Polen.

Answer

Sie bleiben unabhängig von der Kreisverstärkung an ihrer ursprünglichen Position.

Question 54

Was ist die Bedeutung des Schnittpunktes des Root-Locus mit der imaginären Achse?

Accepted Answer

Der Regelkreis wird instabil.

Answer

Der Regelkreis erreicht seine optimale Dämpfung.

Answer

Der Regelkreis hat eine konstante Ansprechzeit.

Answer

Der Regelkreis zeigt keine Überschwingung.

Question 55

Was beschreibt die Phasenreserve im Frequenzgangverfahren?

Accepted Answer

Den zusätzlichen Phasenwinkel, der zum Erreichen der Instabilität erforderlich ist.

Answer

Die Verstärkung, die zum Erreichen der Instabilität hinzugefügt werden kann.

Answer

Die Frequenz, bei der der Regelkreis instabil wird.

Question 56

Welche Aussage zum Bode-Diagramm ist korrekt?

Accepted Answer

Es stellt den Amplitudengang und den Phasengang eines Systems dar.

Answer

Es visualisiert die Sprungantwort eines Systems.

Answer

Es zeigt die Pole und Nullstellen eines Systems.

Question 57

Wie lässt sich die Bandbreite eines Systems im Bode-Diagramm ablesen?

Accepted Answer

Als Frequenz, bei der der Amplitudengang um -3dB gefallen ist.

Answer

Als Steigung des Amplitudengangs im Bereich niedriger Frequenzen.

Answer

Als Frequenz, bei der der Phasengang 0° beträgt.

Question 58

Welches Verfahren eignet sich am besten, um die Auswirkungen von Parametervariationen auf die Stabilität eines Regelkreises zu untersuchen?

Accepted Answer

Root-Locus-Verfahren

Answer

Blockschaltbildalgebra

Answer

Zustandsraumdarstellung

Answer

Frequenzgangverfahren

Question 59

Welches Kriterium wird im Root-Locus-Verfahren verwendet, um die Stabilität eines Regelkreises zu bestimmen?

Accepted Answer

Lage der Polstellen in der linken s-Halbebene

Answer

Größe des rückwirkungsfreien Bruchteils

Answer

Frequenzgang des Regelkreises

Answer

Lage der Polstellen in der rechten s-Halbebene

Question 60

Welcher der folgenden Schritte ist im klassischen Entwurfsverfahren nicht enthalten?

Accepted Answer

Zustandsraumdarstellung des Regelkreises

Answer

Ermittlung des offenen Regelkreises

Answer

Analyse des geschlossenen Regelkreises

Answer

Erstellung des Blockschaltbildes

Question 61

Welche der folgenden Zeitkonstanten ist im Root-Locus-Verfahren nicht relevant?

Accepted Answer

Zeitkonstante des Messfühlers

Answer

Zeitkonstante des Regelstreckenmodells

Answer

Zeitkonstante des Stellglieds

Answer

Zeitkonstante des Regelglieds

Question 62

Welche der folgenden Komponenten ist im klassischen Entwurfsverfahren nicht berücksichtigt?

Accepted Answer

Nichtlinearität

Answer

Verzögerung

Answer

Störung

Answer

Rückkopplung

Question 63

Welche der folgenden Aussagen über das Frequenzgangverfahren ist falsch?

Accepted Answer

Es kann nicht verwendet werden, um die Stabilität eines Regelkreises zu bestimmen.

Answer

Es kann verwendet werden, um die Übertragungsfunktion eines Regelkreises zu messen.

Answer

Es ist ein grafisches Verfahren.

Question 64

Welche der folgenden Methoden ist nicht für die Entwurfsoptimierung im klassischen Entwurfsverfahren geeignet?

Accepted Answer

Nichtlineare Optimierung

Answer

Quadratische Optimierung

Answer

Evolutionsalgorithmen

Answer

Polplatzierung