Regelungstechnik Grundlagen Demo POWER Elektrotechnik Mechatronik

Inhalt: Einführung Vorbemerkungen Was ist eine Regelung? Prinzip eines Regelkreises Verhalten unterschiedlicher Regelstrecken P-Strecke PT1-Strecke PT2-Strecke Strecken ohne Ausgleich Messfühler, Sollwertgeber, Vergleicher Regler P-Regler I-Regler D-Glied PI-, PID-Regler Auswahl von Reglern Einstellen von Reglern Einstellregeln Stellantrieb, Stellglied Impressum Inhalt:

Prinzip eines Regelkreises Ein Messfühler erfasst die zu regelnde Größe (z.B. Temperatur, Drehzahl, Füllstand). Das Messsignal aus dem Messsensor muss evtl. verstärkt oder umgeformt werden. Dies bewerkstelligt der Messumformer. Es folgt der Vergleich zwischen dem gemessenen Wert der Regelgröße und dem eingestellten Sollwert, den der Sollwertgeber liefert. Stimmen Ist- und Sollwert überein, tritt der Regler nicht in Aktion. Ein Abweichen vom Sollwert aber wird dem Regler mitgeteilt. Sein Ausgangssignal wirkt über einen Stellantrieb auf ein Stellglied, das der Regelstrecke mehr oder weniger Energie oder Stoff solange zuführt, bis der Sollwert wieder erreicht ist. Handelt es sich z.B. um eine Füllstandsregelung, dann kann der Stellantrieb ein Motor sein, der eine Pumpe(Stellglied) antreibt, die mehr oder weniger Wasser in einen Behälter pumpt. Als Regelstrecke wird die Baueinheit bezeichnet, welche die Regelgröße liefert. Beispiele: Wird die Drehzahl eines Motors geregelt, dann ist der Motor die Regelstrecke, die Drehfrequenz die Regelgröße. Unterschiedliche Belastungen des Motors, die mehr oder weniger bremsend wirken, bezeichnet man als Störgrößen. Soll der Flüssigkeitsstand in einem Behälter konstant gehalten werden, dann ist der Behälter die Regelstrecke, der Flüssigkeitsstand die Regelgröße. Störgröße wäre z.B. eine Wasserentnahme. Bei einer Temperaturregelung ist der beheizte Raum die Regelstrecke, die Raumtemperatur die Regelgröße und ein Wärmeverlust eine Störgröße. Anmerkung: In einem Regelkreis sind nicht immer alle genannten Komponenten erforderlich, mindestens aber Regelstrecke, Messfühler, Sollwertgeber, Vergleicher , Regler und Stellglied. Aufgabe zum Prinzip einer Regelung

PT2-Strecken oder Strecken 2. und höherer Ordnung Die Ausgangsgröße einer PT2-Strecke nimmt zuerst langsam zu (Verzögerungs- oder Verzugszeit) steigt dann schneller an und nähert sich danach langsam dem Beharrungswert. Die Steigung der Anstiegskurve nimmt also erst zu und ab dem Wendepunkt wieder ab. Beispiele: Hochlaufverhalten eines Motors, elektrisch beheizter Ölradiator Die Strecke hat 3 Kennwerte: Die Verzugszeit Tu, die Ausgleichszeit Tg und den proportionalen Übertragungsbeiwert Kp. Die Zeiten lassen sich grafisch über die Wendetangente ermitteln, der Beharrungswert durch Messung. Kp wird wie bei den anderen Strecken berechnet. PT2-Strecken weisen 2 Energiespeicher auf, der Elektromotor z.B. seine Schwungenergie und die im Magnetfeld gespeicherte magnetische Energie. Beim Ölradiator muss erst der Heizwiderstand erwärmt werden, dann geht die Wärme in das Öl über. Strecken 3. und höherer Ordnung zeigen im Prinzip das gleiche Verhalten wie PT2-Strecken, besitzen aber entsprechend mehr Energiespeicher. Mit zunehmender Ordnung nehmen die Probleme beim Regeln der Strecken stark zu.   Grafische Darstellung des Verhaltens der Regelgröße nach dem Anlegen der Eingangssprungfunktion Was sind Totzeiten?

Kombinationen: PI- oder PID-Regler PI-Regler: Da der P-Regler zwar schnell ist aber ungenau, der I-Regler dafür genau aber langsam, kombiniert man diese Regler zum PI-Regler. Damit erhält man einen relativ schnellen und genau arbeitenden Regler. Man muss dafür allerdings zwei Parameter einstellen, damit ein optimales Regelergebnis erzielt wird. Parameter: Proportionaler Übertragungsbeiwert Kp und Nachstellzeit Tn (Erhöhung von Kp macht Regler schneller; Erhöhung von Tn macht Regler langsamer.) Blocksymbol PID-Regler: Um den Regelvorgang des PI-Reglers nochmals zu beschleunigen, wird zusätzlich ein D-Glied verwendet, das schnellen und stärkeren Regelabweichungen entgegenwirkt. Die Parametrierung wird aber nochmals schwieriger. Parameter: Proportionaler Übertragungsbeiwert Kp, Nachstellzeit Tn, Differenzierzeit Tv (Erhöhung von Kp und Verlängerung von Tv macht den Regler schnell, Erhöhung von Tn macht ihn langsamer.) Blocksymbol

Autor: Klaus-Peter Wagner Hoföschle 11 87439 Kempten im Allgäu Kontakt: kontakt@power-p.de Elektrotechnik Mechatronik