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at – Automatisierungstechnik 55 (2007) 4 / DOI 10.1524/auto.2007.55.4.203 © Oldenbourg Wissenschaftsverlag In vielen regelungstechnischen Anwendungen werden Vorsteuerungen als Erweiterung des eigentlichen Regelkreises eingesetzt, um das Führungsund Störverhalten einer Folgeregelung getrennt voneinander zu entwerfen („Zwei-Freiheitsgrade-Regelung“). Allerdings gibt es im Unterschied zu der Vielzahl von Methoden für den Reglerentwurf nur wenige Verfahren zum systematischen Entwurf einer Vorsteuerung, was hauptsächlich auf die damit verbundene Systeminversion zurückzuführen ist. Vor allem im Falle von nichtlinearen und nichtminimalphasigen Systemen ist die stabile numerische Integration der instabilen internen Dynamik denkbar schwierig und führt zu einer nichtkausalen Vorsteuerung. Der Vorsteuerungsentwurf wird zusätzlich erschwert, falls Eingangsund/oder Ausgangsbeschränkungen berücksichtigt werden müssen. Eine häufig auftretende Steuerungsaufgabe ist der Arbeitspunktwechsel. Typische Beispiele dafür sind Positionswechsel in der Robotik oder Anfahrvorgänge und Lastwechsel bei verfahrenstechnischen Prozessen. Für diese Anwendungen, bei denen die nominellen Trajektorien offline berechnet werden können, kann die Problematik der instabilen internen Dynamik und die damit verbundene Nichtkausalität der Steuerung umgangen werden. In der Dissertation wird der betrachtete Arbeitspunktwechsel als eine Zwei-Punkt-Randwertaufgabe (RWA) in den Koordinaten der Ein-/Ausgangs-Normalform definiert. Um die überbestimmte RWA der internen Dynamik lösen zu können und die Kausalität der Steuerung zu gewährleisten, werden freie Parameter bei der Planung der Ausgangstrajektorie eingeführt. Die RWA mit freien Parametern kann mit numerischen Standardverfahren, wie z.B. der Matlab-Funktion bvp4c, gelöst werden. Dabei wird die Form der Ausgangstrajektorie maßgeblich durch die freien Parameter bestimmt. Im Falle von nichtminimalphasigen Systemen kann der Ausgang z.B. ein Feedforward Control Design for Finite – Time Transition Problems of Nonlinear Systems with Input and Output Constraints

Feedforward Control Design for Finite-Time Transition Problems of Nonlinear Systems with Input and Output Constraints