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© Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.1 Vorlesung Regelungstechnik 1 Einführungsvorlesung RT 1 im Fachbereich Elektrotechnik,

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Präsentation zum Thema: "© Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.1 Vorlesung Regelungstechnik 1 Einführungsvorlesung RT 1 im Fachbereich Elektrotechnik,"—  Präsentation transkript:

1 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.1 Vorlesung Regelungstechnik 1 Einführungsvorlesung RT 1 im Fachbereich Elektrotechnik, SFT und für DFHI-Studierende 21. Oktober 2002 Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes Fachbereich Elektrotechnik Goebenstr Saarbrücken

2 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.2 Arbeitsmarktsituation für Jungingenieure W ä hrend Ingenieure ü ber 45 Jahre zur Zeit h ä ufig arbeitslos sind, werden die jungen Kräfte sehr intensiv gesucht. Trotz des allseits beklagten Mangels an jungen Ingenieuren ist aber nicht zu beobachten, dass die Unternehmen von ihren hohen Anforderungen abrücken. Wichtig sind ihnen nach wie vor eine kurze Studienzeit, hervorragende Abschlussnoten, praktische Erfahrungen, gute Fremdsprachenkenntnisse sowie fundierte Softwarekenntnisse. Auch an die Persönlichkeit der Kandidaten werden hohe Erwartungen gestellt. Die Arbeitsmarktperspektiven für junge Ingenieure dürften auf mittlere Sicht recht positiv sein, weil sich aufgrund der kritischen Zeiten in den 90er Jahren immer weniger Abiturienten für ein Studium der Ingenieurwissenschaften entschieden hatten. Die Zahl der Studienanfänger in den technischen Disziplinen sank innerhalb von sieben Jahren um fast die Hälfte, und zwar von im Jahr 1990 auf rund im Jahr Das Interesse der Studienberechtigten am Ingenieurstudium ist jüngst zwar wieder angestiegen, aber nur geringfügig. Junge deutsche Ingenieure werden sich in den nächsten Jahren wenig Konkurrenz untereinander machen. Quelle: www.arbeitsamt.de

3 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.3 VDI-Studie: Ingenieurbedarf nach 2000 Quelle: vdi

4 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.4 Umsatz und Beschäftigung Zahlen nach ZVEI

5 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.5 Auftragseingang ZVEI

6 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.6 Kennzahlen zur Elektrokonjunktur Deutschland - ZVEI

7 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.7 Wissenswertes zum Berufsbild Elektroingenieur Quelle: vde / Fh-fulda

8 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.8 Wissenswertes zum Berufsbild Elektroingenieur Quelle: vde / Fh-fulda Innovationstempo in der Elektrotechnik: Jährlicher Preisverfall: 10 % Produktivitätssteigerung: 7 %/Jahr Innovationszyklen: Jahre Halbwertszeit des Ingenieurwissens: 6 Jahre Führungskräfte übernehmen alle 5-8 Jahre neue Aufgaben Siemens macht 75% des Umsatzes mit Produkten, die maximal 5 Jahre alt sind

9 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.9 Flexibilität Solides Grundlagenwissen Mathematik, Physik, Grundlagen der Elektrotechnik, Informatik Fachübergreifende Qualifikation Präsentationstechniken, Fremdsprachen, Recht, Sozialwissenschaft, Technik/Gesellschaft/Umwelt Systemdenken Ganzheitliche Behandlung des gesamten Produkt-Lebenszyklus: Kundenwünsche, Planung, Bau, Diagnose, Dokumentation, Entsorgung Denken von der Komponente über das Gesamtsystem bis hin zu dessen Auswirkungen Soziale Kompetenz Kommunikations- und Kritikfähigkeit Kooperatives Sozialverhalten (Arbeiten im Team) Urteilskraft hinsichtlich der kulturellen und sozialen Implikationen der Ingenieursarbeit Anforderungsprofil an Jung- Neuingenieure Quelle: vde / Fh-fulda

10 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.10 Kreativität, insbesondere die Fähigkeiten zur Selbstorganisation zur Schaffung und Nutzung von Freiräumen für Neues zum offenen Umgang mit Fehlern (aus Fehlern lernen) zum Aneignen und Übertreffen von Vorbildern (Musterbeispiel: die Industrialisierung Preußens) Kenntnisse und Fähigkeiten in Softwaretechnik Software ist wesentlicher Bestandteil automatisierungs- und informations- technischer Systeme. Etwa 50 % der Elektroingenieure sind mit der Erstel- lung von Software beschäftigt. 30 % der jüngeren Elektroingenieure ver- bringen über 50 % der Arbeitszeit am Rechner. Simulationstechnik Trend zur umfassenden Simulation des Gesamtsystems vor Prototypbau Wirtschaftswissenschaften 30 % berufstätiger Ingenieure sind in wirtschaftliche Fragen involviert Anforderungsprofil an Jung- Neuingenieure Quelle: vde / Fh-fulda

11 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.11 Karrieretipps Kontaktadressen

12 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.12 Perspektiven ET-Studium Berufschancen für Jung-Ingenieure / Absolventen: Siemens Schätzung Schätzung Arbeitsamt Deutschland Prognose Kriterien für Ihre Karriereplanung: Studiendauer / Abschlussnote Beruflicher Werdegang (Ausbildung, Hiwi-Tätigkeit, Jobs) Erscheinungsbild Motivation Flexibilität / Mobilität Persönlichkeit (Zielstrebigkeit, Darstellung/Präsentation, Sicherheit, Fremdsprachenkenntnisse) Motivation im Studium: Kurze Studiendauer / Guter Abschluß

13 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.13 Kurzinfo / Vorlesungen / Labor Grundlagenvorlesung: Digitaltechnik (4 h)(1. Semester) Vorlesungen Vertiefungsrichtungen: Systemtheorie (4 h)(4. Semester) Regelungstechnik I (4 h)(5. Semester) Regelungstechnik II(6 h)(6. Semester) Prozessanalyse (-identifikation) (2h)(5./6. Semester) Prozessautomatisierung (4 h)(5./6. Semester) Labor Prozessautomatisierung (4 h)(6. Semester) Studien-/ Diplomarbeiten / Praxissemester

14 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.14 Organisation Vorlesung/Vorlesung Organisation der Vorlesung / Übung: Vorlesung jeweils 2-stündig, dienstags Übungen jeweils 2-stündig, dienstags 2 Termine zur Klausurvorbereitung (Ende Semester) Skript / Vorlesungsunterlagen Skript in Arbeit (Verteilung per Mail) (?) Vorlesungsvorlagen / Regelung Kopien Klausur/Prüfung (?) Semesterferien März/April 2004 Terminabstimmung (heute)

15 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.15 Angebot zur Exkursion SPS/IPC/DRIVES Nürnberg

16 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.16 DFHI-Studenten: Labortermine Wintersemester 2003/2004 Labor Automatisierungstechnik, Prof. Dr. Dietmar Brück Beginn Labor Donnerstag, , Uhr Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Peter Weinmann Raum 8112 Termine Oktober bis Ende Dezember 2003 Labor Prozessautomatisierung, Prof. Dr. Benedikt Faupel Beginn Labor Donnerstag, , Uhr Ansprechpartner: Prof. Benedikt Faupel Raum 7007 Termine Januar bis Ende Februar 2004

17 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.17 Klausur Systemtheorie Sommersemester 2003 Fachbereich E Zahlen Systemtheorie 59 Anmeldungen 20 Teilnehmer (33 %) Zahlen Einführung in Automatisierungstechnik 7 Anmeldungen 3 Teilnehmer (50 %) Noten Systemtheorie 6 x 1 3 x 2 7 x 3 4 x 4 Noten Einführung in die Automati... 1 x 3 1 x 4 1 x 5 Fachbereich SFT Zahlen SFT 17 Anmeldungen 3 Teilnehmer (17 %) Noten SFT 1 x 1 1 x 4 1 x 5

18 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.18 Klausur Systemtheorie Aufgabe 1

19 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.19 Klausur Systemtheorie Aufgabe 2

20 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.20 Klausur Systemtheorie Aufgabe 3

21 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.21 Klausur Systemtheorie Aufgabe 4

22 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.22 Klausur Systemtheorie Aufgabe 5

23 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.23 Einführung Einführungsaspekte zur Regelungstechnik: Was verstehen wir unter Regelungstechnik? Wo liegen Unterschiede zur Steuerungstechnik? Worauf bauen wir in der Regelungstechnik I auf? Wie ist die Disziplin Regelungstechnik in Ihr Studium einzuordnen? Welche Bedeutung hat die Regelungstechnik in der Praxis? Welche Themen behandeln wir in Vorlesung / Übung?

24 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.24 Begriffe und Definitionen Was verstehen wir unter Regelungstechnik? Um in einem technischen Prozess eine physikalische Größe auf einen Gewünschten Wert zu halten, kann die Größe entweder gesteuert oder geregelt werden. Steuerung: Offener Wirkungsablauf Keine Überprüfung des aktuellen Wertes Nicht Erkennen von Störungen Prozesseinstellungen sind änderbar (über Zeit, über manuellen Eingriff, aber nicht aufgrund von Störungen oder Änderungen der physikalischen Regelgröße) Klassische Beispiel Temperatursteuerung in Räumen

25 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.25 Beispiele für Steuerung Klassische Temperatursteuerung für Zimmerbeheizung (Unbehauen) Manuelle Steuerung Prozessdruck in einer Produktionsanlage (Samson) Quellen: Unbehauen, Samson

26 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.26 Beispiel für Steuerung Einstellung der Warmwassertemperatur Dusche (Tröster): Quelle: Tröster

27 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.27 Regelungstechnik Bei Steuerungsvorgängen werden Änderungen im Prozess durch den Eingriff des Menschen bewirkt. Diese Aufgabe des gezielten Prozess- eingriffs bei Störungen oder Sollwertänderungen ist ein Regelungsvor- gang. Kennzeichen einer Regelung: Geschlossener Wirkungskreis Fortlaufende Erfassung (Messung, Auswertung) der Regelgröße Erkennen und Ausregeln von Störungen Selbstausführende Prozessänderungen

28 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.28 Beispiele für Regelung Temperaturregelung für Raumbeheizung (Unbehauen) Manuelle Regelung Prozessdruck in einer Produktionsanlage (Samson) Quellen: Unbehauen, Samson

29 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.29 Beispiel für Regelung Regelung der Warmwassertemperatur Dusche (Tröster): Quelle: Tröster

30 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.30 Steuerung vs. Regelung

31 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.31 Normen und Richtlinien Steuerungs- & Regelungstechnik

32 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.32 Begriffe - deutsch Definition der Regelung: DIN Das Regeln, die Regelung, ist ein Vorgang, bei dem fortlaufend eine Größe, die Regelgröße ( zu regelnde Größe), erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird. Kennzeichen für das Regeln ist der Geschlossene Wirkungsablauf, bei dem die Regelngröße im Wirkungsweg Des Regelkreises fortlaufend sich selbst beeinflusst. Als fortlaufend gilt auch ein hinreichend häufige Wiederholung von Einzelvorgängen, z.B. zyklische Erfassung und Regeln bei digitalen Rege- lungen.

33 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.33 Begriffe- englisch Englische Übersetzung: (to) control = regeln, steuern Hinweis: Die Bedeutung, ob steuern oder regeln gemeint ist, ist aus dem Gesamt- kontext zu entnehmen. Daher wird auch in Übersetzung nicht immer deutlich, ob ein Regel- oder Steuerungsvorgang beschrieben. sind beide Vorgänge gemeint, dann übersetzt man control auch häufig mit automatisieren oder leiten. Eine präzise Unterscheidung ist dann möglich, wenn Regelung mit closed loop control übersetzt wird. Automatisierungstechnik / Leittechnik sind übergeordnete Disziplinen, in denen die Regelungstechnik einen zentralen Beitrag leistet.

34 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.34 Ziele und Einordnung der RT in die Automatisierungstechnik Ziele: Beherrschung von Aufgaben, die für den Menschen schwierig durch zuführen sind. Produktivitätssteigerung mit Sicherstellung Erhöhung der Verfügbarkeits- und Zuverlässigkeit von Maschinen und Anlagen Erhöhung Lebensqualität Regelungstechnik: Zentrale Disziplin in der Automatisierungs- und Leittechnik Nur mit Methoden der Regelungstechnik lassen sich automatisiert ab- laufende Prozesse sich selbst kontrollieren, Störungen beseitigen, Prozessinformationen rückkoppeln, Prozesse beherrschen.

35 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.35 Einsatz regelungstechnischer Methoden in anderen Bereichen Regelungstechnische Methoden und Werkzeuge finden Anwendung auch für Fragestellungen / Problemstellungen aus den Bereichen: Wirtschaft Biologie / Chemie Agrarwirtschaft Ökologie Produktionstechnik / Qualitätsmanagement Zitate: Regelungstechnik ist die Lehre - (Wissenschaft) – von der gezielten Beeinflussung dynamischer Prozesse während des Prozessablaufs, unabhängig von der besonderen Natur des Prozesses und von der Anwendung der hierbei entwickelten Methoden zur Systembeschreibung und –untersuchung. (Zitat Föllinger)

36 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.36 Einordnung der Regelungstechnik in die Automatisierungstechnik Quelle: Tröster

37 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.37 Schnittstellen in den Prozess Regelungs- / Steuerungstechnik RT benötigt Messtechnik (fortlaufende Erfassung...) ST benötigt keine Messtechnik (keine fortlaufende Erfassung...) Prozessgrößen werden höchstens für Visualisierungszwecke gemessen und angezeigt. Quelle: Tröster

38 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.38 Schnittstellen in den Prozess Regelungs- / Steuerungstechnik RT benötigt Stell- und Korrektureinrichtung (angleichen) Regelung passt die Stellgröße kontinuierlich an. ST benötigt Stelleinrichtungen (vorgeben, nicht angleichen) Feste Einstellung der Stellgeräte. Durch Steuerungsvorgang werden Stell- größen (Stellgeräte) ein- und aus- geschaltet. Quelle: Tröster

39 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.39 Einführung des Regelkreises G R (s) RegelnRegelstrecke Messen w x e G M (s) = 1 G S (s) y z - x Übertragungsverhalten der Regel- Strecken ist bekannt: PT1 bis PTn-Glieder PT2S (schwingfähige Systeme) IT1 Glieder DT1 Glieder Übertragungsverhalten der Regel- Einrichtung unbekannt: PID-Regler P-Regler PI-Regler PD-Regler

40 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.40 Genauere Aufgliederung der Regelkreiselemente Elemente des Regelkreises: Regeleinrichtung Regler und Steller +RegelstreckeStellglied z.B. Pumpe, Rohrleitung +MesseinrichtungTemperatur-, Druckaufnehmer = Regelkreis Elemente der Stelleinrichtung Steller (Teil der Regeleinrichtung) Stellantrieb +Stellglied (Teil der Strecke) Drosselkörper =Stelleinrichtung

41 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.41 Schnittstelle Regeleinrichtung / Regelstrecke Die Stelleinrichtung besteht aus einem Steller (Stellantrieb) und Stellglied. Sie verbindet den Reglerausgang mit dem Eingang der Regel- strecke. Diese Unterscheidung ergibt sich unmittelbar aus der Aufgabenver- teilung: während der Steller das Reglerausgangssignal aufbereitet und verstärkt, greift das Stellglied – als Teil der zu regelnden Strecke – in den Masse- oder Energiestrom ein. Quelle: Samson

42 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.42 Regelkreis mit Definition der relevanten Größen Es bestehen Interpretationsunterschiede, ob die Stelleinrichtungen zur Strecke oder zum Regler gezählt werden. Die vorseitige De- finition mit Trennung der Stelleinrichtung (Steller zur Regeleinrichtung, Stellglied zur erweiterten Regelstrecke) ist eindeutiger, da sie den physikalischen Gegebenheiten entspricht. Quelle: Tröster

43 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.43 Definition / Abkürzung regelungstechnischer Kenngrößen Normung nach DIN oder IEC: Eine verkürzte Schreibweise ist hier definiert. Die im deutschen Sprachraum verwendeten Zeichen der DIN entsprechen den internationalen Ausweiszeichen, welche die IEC 27-2A zulässt. Abweichend legt die IEC sogenannte Hauptzeichen (chief symbols) fest, die sich teilweise von der gängigen DIN-Bezeichnung unterscheiden. Regelgröße, Istwertx (DIN)(IEC-Hauptzeichen: y) In einem Regelkreis wird diejenige Prozessgröße mit x bezeichnet, deren Zustand geregelt werden soll. In der Ver- fahrenstechnik ist dies zumeist ein physikalischer (z.B. Temperatur, Druck, Durchfluss) oder chemischer Zustand (pH-Wert, Härte, usw.). Führungsgröße, Sollwertw (DIN)(IEC-Hauptzeichen: w) Diese Größe gibt den Wert vor, den die zu regelnde Prozessgröße einnehmen und halten soll (Sollwert, set point). Ihr Physikalischer Wert – meist in Form einer elektrischen Größe – wird im geschlossenen Regelkreis mit der Regelgröße X verglichen. Rückführungsgröße r (DIN)(IEC-Hauptzeichen: f) Die aus der Messung der Regelgröße hervorgegangene Größe, die zum Reglereingang auf das Vergleichsglied zurück- geführt wird.

44 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.44 Definition / Abkürzung regelungstechnischer Kenngrößen Regeldifferenz e = w-xe (DIN)(IEC-Hauptzeichen: e) Die Eingangsgröße e des Reglergliedes, ist die vom Vergleichsglied errechnete Differenz aus Führungs- und Regelgröße. Wird die Wirkung der Messeinrichtung mit berücksichtigt, muss mit e = w-r gerechnet werden. Regelabweichung x w = x- w Die Definition zeigt, dass die Regelabweichung denselben Betrag hat wie die Regeldifferenz e, jedoch mit umgekehrten Vorzeichen. Wird die Messeinrichtung mit einbezogen, so gilt: x w = r-w. Stellgrößey (DIN)(IEC-Hauptzeichen: m) Die Stellgröße ist die Ausgangsgröße der Regeleinrichtung und Eingangsgröße der Regelstrecke. Sie wird vom Regler bzw. – bei Verwendung eines Stellers - vom Steller generiert. Sie ist abhängig von der Einstellung der Regelparameter und vom Wert der Regelabweichung. Reglerausgangsgröße y r Wird die Regeleinrichtung in Regler und Steller aufgeteilt, dann bezeichnet yr die Ausgangsgröße des Reglers bzw. die Eingangsgröße des Stellers. Störgrößez (DIN)(IEC-Hauptzeichen: v) Störgrößen wirken auf den Regelkreis und beeinflussen die Regelgröße. Aufgabe der Regelung ist deren Kompensation.

45 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.45 Beispiele zur Regelkreis- darstellung in der Fachliteratur Unbehauen Tröster

46 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.46 Unterschiede in Regelungsaufgaben Festwert- oder Störgrößenregelung Vorgabe einer konstanten nicht veränderlichen Führungsgröße Regelungsaufgabe Einstellen und Halten der Regelgröße auf dem vorgegebenen Sollwert Zeitplanregelung (Programmregelung) Vorgabe verschiedener Sollwerte, die nach einem Rezept prozess- bedingt eingestellt werden. Regelungsaufgabe Einstellen und Halten der jeweiligen Regelgröße auf die sich ändern- den Sollwerte Folge- oder Nachlaufregelung Fortlaufende Änderung des Sollwertes Regelungsaufgabe optimales Nachfolgen der Regelgröße an den Sollwert

47 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.47 Unterschiede in Regelungsaufgaben Quelle: Tröster Zeitplanregelung Wärmebehandlungsprogramm mit Stütz- Stellen zur Sollwertvorgabe (Rampe) Folge-/Nachlaufregelung Kopie eines Werkstücks mit parallel ge Führter Bearbeitung Folge-/Nachlaufregelung Abstandsregelung folgt dem Verkehrs- fluss

48 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.48 Typische Anwendungsbeispiele für Regelungsaufgaben Anwendungen: Spannungsregelung (ET) Kursregelung (Navigation) Füllstandsregelung (VFT) Temperaturregelung (VFT) Quelle: Unbehauen

49 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.49 ESP Fahrzeugregelung – Einsatzbeispiel moderner RT Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) Erfassung von Querbeschleunigungen und Giergeschwindigkeiten Stellgröße/Reaktion ist gezieltes Bremsen einzelner Räder Regelgröße Spurhalten/Stabiler Fahrzustand Quelle: Tröster

50 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.50 ESP Fahrzeugregelung Quelle: Tröster

51 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.51 Grundlagen & Voraussetzungen zur Regelungstechnik-Vorlesung Grundlagen & Voraussetzungen: Grundlagen der Elektrotechnik und Messtechnik Systemtheorie mit Kenntnis mathematischer Methoden zur Beschreibung des Verhaltens von Systemen im Zeit und Frequenz- bereich (DGL, G(s), PN, Bodediagramme, Sprung- und Stoßantwort) Kenntnis elementarer Übertragungsglieder (Regelstrecken nach P, PT1, PT2, PTn-Gliedern, I-Glieder / Regler nach P, PI, PID, PD-Gliedern) Kenntnis der Übertragungsverhaltens geschlossener rückgekoppel- ter Systeme (Führungs- und Störgrößenverhalten) Stabilität von Regelkreisen (Hurwitz, Routh, NYQUIST-Kriterien) Statisches Verhalten von Regelkreisen (Grenzwertsätze der Laplace-Transformation t ->0/ s -> /0)

52 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.52 Einordnung Regelungstechnik im Studium und Praxis Aspekte: Pflichtfach für Studenten der Vertiefungsrichtung Automatisierungstechnik / Energietechnik Voraussetzung für das Labor Prozessautomatisierung (Brück / Faupel) Zentrale Bedeutung / Einfluss für weiterführende übergeordnete Disziplinen (PLT, Automatisierungstechnik) Berufliche Spektrum: Projektingenieur / Projektleiter für Applikationen im Anlagen- und Maschinenbau Schnittstellen zu Marktsegmente SPS/PLC, Leittechnik, MSR- Technik, Messtechnik, Gerätetechnik, Analysetechnik, etc.

53 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.53 Themen Vorlesung RT I Grundlagen der Systemtheorie (3 Termine) Zusammenfassung basierend auf der Vorlesung der Systemtheorie mit Beschreibung elementarer Übertragungsglieder im Zeit- und Frequenzbereich / Stabilität von Regel- Kreisen / Führungs- und Störgrößenverhalten / Arbeiten im Bodediagramm / Kenngrößen Amplituden- und Phasenreserve / Blockschaltbilder & Wirkungspläne / Übertragungs- funktionen / Stetige Regler im Zeit- und Frequenzbereich / Systeme 2. Ordnung Entwurf und Auswahl von Reglern nach Zeit- und Frequenzkennlinien- Verfahren (3 Termine) – Einstellung nach praktischen Einstellregeln Verhalten von Regelkreisen bei Variation von Parametern (PN, G(s), Bode, Sprungantwort) / Grundlegendes für den Reglerentwurf / Einstellregeln nach ZIEGLER und NICHOLS; CHIEN, HRONES und RESWICK / T-Summen-Regel / Einstellung nach Betragsoptimum und symmetrisches Optimum / Störgrößenaufschaltung / Überlagerung und Kaskadie- rung von Regelkreisen /

54 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.54 Themen Vorlesung RT I Elektronischer Regler Aufbau von OP-Schaltungen zur Nachbildung von Regelstrecken und Reglern / Arbeits- Weise und Funktionen / Beispielanwendungen / Berechnungen und Auslegung / Grund- Schaltungen Weiterführende Regelungsstrategien Entwurf von Regelkreisen mit instabilen Strecken, Vermaschte Regelkreise (Störgrößen- aufschaltung, Kaskadenregelung, Begrenzungsregelung), MIMO-Systeme, Gleichungs- systeme / Lösungen für MIMO-Systeme. Unstetige Regler / Nicht lineare Regler Definition / Unterschiede stetiger/unstetige Regler / Zweipunkt- und Dreipunktregler / Zeitverhalten / Auslegung und Parametrierung / Realisierung von quasi-stetigen Reglern mit unstetigen Reglern / Anwendungsbeispiele und technische Realisierungen.

55 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.55 Themen Vorlesung RT I Einführung in Matlab/Simulink (Patt) Grundlagen / Einsatzmöglichkeiten von Softwaretools in der Regelungstechnik / Grund- funktionalitäten / Anwendungsbeispiele / Systemverhalten im Zeit- und Frequenzbereich Auslegung und Überprüfung von Reglern Applikationsbeispiele in der Vorlesung

56 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.56 Historischer Überblick der Regelungstechnik Regelungstechnik zählt zu den sehr frühen Disziplinen der Ingenieur- Wissenschaften. 1788Watt: Drehzahlregelung Regulator für Drehzahlkonstanthaltung eines Dampfantriebes 1868Maxwell:Theorie Drehzahlregelung 1877Routh: Stabilitätsuntersuchung bei Wasserturbinen 1886Siemens: Spannungsregler 1890Liapunow: Nichtlineare Stabilität 1895Hurwitz: Algebraisches Stabilitätskriterium 1902Tirrill: Zweipunktregler 1905Tolle: Erstes Lehrbuch zur Regelungstechnik 1932Nyquist: Graphisches Stabilitätskriterium

57 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.57 Quelle: Unbehauen

58 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.58 Historischer Überblick der Regelungstechnik Zeitlicher Abriss: 1938Bode: Frequenzganguntersuchungen 1942Ziegler&Nichols: Einstellungsvorschriften für stabile Regelkreise 1942Oldenbourg&Sartorius: Erstes umfassendes Lehrbuch zur Regelungstechnik 1948Evans: Wurzelortskurven-Verfahren Ab 1950Einsatz von Automatisierungsgeräten in Maschinen und Anlagen (Steuerungs- und Kontrollfunktionen) Ab 1970SPS/PLC mit Übernahme von Steuerungs- und Regel- aufgaben Heute Ganzheitliche Automatisierungskonzepte / Datendurch- gängigkeit über Feld-, Steuerungs- und Leiteben

59 © Prof. Dr.-Ing. Benedikt Faupel Oktober 2003 / Regelungstechnik 1 Blatt 1.59 Literatur Regelungstechnik Literaturliste: Lutz, H.; Wendt, W.: Taschenbuch der Regelungstechnik, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt, 1998 ISBN (Bibliothek HTW) Unbehauen, H.: Regelungstechnik I, Vieweg-Verlag, Braunschweig, 2001, ISBN X Jaschek, H.; Schwinn, W.: Übungsaufgaben zum Grundkurs der Rege- lungstechnik, Oldenbourg-Verlag, München, ISBN (Bibliothek HTW) Merz, L.; Jaschek, H.: Grundkurs der Regelungstechnik, Oldenbourg- Verlag, München (Bibliothek HTW) Tröster, F.: Steuerungs- und Regelungstechnik für Ingenieure, Oldenbourg-Verlag, München, 2001, ISBN Reuter, M.; Zacher, S.: Regelungstechnik für Ingenieure, Vieweg Verlag, 10. Auflage 2002, ISBN


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