Innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte haben sich zustandsbasierte Regelverfahren für leistungselektronische Anwendungen in vielen Bereichen etabliert. Ihre überlegenen dynamischen Eigenschaften gegenüber klassischen Regelverfahren, wie beispielsweise Proportional-Integral-Reglern (PI-Regler), machen sie ideal für die hochdynamische und präzise Regelung von Stromrichtern. Gleichzeitig erlaubt ihre einfache Struktur eine effiziente Implementierung in eingebetteten Systemen. Aufgrund steigender Anforderungen an Strom- und Spannungsregelungen werden Zustandsregler bereits heute von vielen Entwicklungsteams eingesetzt.

Dieses Tutorial ist speziell ausgerichtet auf Ingenieure und Wissenschaftler, die ihre Methodenkompetenz im Bereich der Regelung von Stromrichtern aufbauen oder erweitern wollen. Es beinhaltet strukturierte Leitfäden zur Implementierung von Folgeregelungen durch Zustandsrückführung, zeigt typische Fallstricke auf und diskutiert Strategien zu deren Vermeidung. 

Zunächst wird ein intuitives Verständnis von linearen gewöhnlichen Differentialgleichungen, Eigenwerten, Eigenvektoren sowie deren Einfluss auf die Stabilität eines Systems vermittelt. Darauf aufbauend wird die Modellierung und Simulation leistungselektronischer Schaltungen sowohl im zeitkontinuierlichen als auch zeitdiskreten Zustandsraum diskutiert. 

Anschließend erfolgt die Auslegung robuster Zustandsregelungen anhand typischer Anwendungsbeispiele. Dazu werden neben der Zustandsrückführung auch Vorfilter-Strukturen, Störgrößenaufschaltung und Fehlerintegratoren berücksichtigt.

Für den Praxisbezug beinhaltet dieses Tutorial einen signifikanten Anteil begleiteter Übungen mit PLECS® und GNU Octave.