Einführung in die Regelungstechnik

Regelungstechnik

Das Kapitel Einführung in die Regelungstechnik in unserem Online-Kurs Regelungstechnik besteht aus folgenden Inhalten:

Einführung in die Regelungstechnik

Einführung in die Regelungstechnik

In beinahe jedem technischen Gerät finden sich automatische Steuerungen und Regelungen.Regelung einer Heizungsanlage via Smartphone Du findest Steuerung und Regelung in Fahrzeugen, medizinischen Apparaturen, Unterhaltungselektronik und unzähligen weiteren Geräten und das meistens mit dem Ziel Schnelligkeit, Genauigkeit, Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten. Ein besonders anschauliches Beispiel stellt die automatische Klimaanlage im Auto dar. Hier muss die ...
Regelungstechnik: Überblick

Einführung in die Regelungstechnik > Regelungstechnik: Überblick

Herzlich Willkommen in Deinem Kurs Regelungstechnik. Wir freuen uns, dass Du Dich dazu entschlossen hast, Dich mit Hilfe dieses Kurses in die sehr interessante, jedoch nicht ganz einfache Thematik von regelungstechnischen Problemen einzuarbeiten. Zu Beginn dieses Kurses werden wir Dich mit den Grundlagen der Regelungstechnik vertraut machen und Dir mit Hilfe von Übungsaufgaben ermöglichen, das erlernte Wissen zu vertiefen. Anschließend werden wir Schritt für Schritt auf ...
Steuerung

Einführung in die Regelungstechnik > Steuerung

Bei der Steuerung bzw. dem Steuern handelt es sich um einen Prozess in einem System, bei dem Eingangsgrößen (eine oder mehrere) Ausgangsgrößen (andere Größen) beeinflussen. Dies geschieht aufgrund der vorliegenden Gesetzmäßigkeiten im System.Als Gesetzmäßigkeit bezeichnet man einen Vorgang, physikalische Umstände bzw. eine Apparatur durch die eine Größe eine andere Größe beeinflusst.Beispiele für Apparaturen sind:SystemeSchieberThermoelementeSpannungsverstärkerPotentiometerBeispiel:Durch ...
Beispiel: Steuerung eines Füllstandes

Einführung in die Regelungstechnik > Steuerung > Beispiel: Steuerung eines Füllstandes

In diesem Beispiel behandeln wir eine gezielte Beeinflussung mit Hilfe der Steuerung. Hierzu betrachten wir zuerst nachfolgende Abbildung:Schema einer Steuerung Grundlegende Annahmen/FestlegungenDer abgebildete Tank hat einen aktuellen Füllstand $ h_0 $. Dieser soll durch gezielte Beeinflussung auf einen Füllstand $ h_1 $ gebracht werden. Da es sich bei $ h_0 $ um den zu beeinflussenden Füllstand handelt, bezeichnen wir ihn als Aufgabengröße $ x_A $.Der Wert der aktuellen ...
Störgrößen

Einführung in die Regelungstechnik > Steuerung > Störgrößen

Wir greifen erneut das Beispiel aus dem vorherigen Kurstext auf. Wird die Aufgabengröße $ x_A $ neben der Stellgröße $ y $ durch weitere Größen beeinflusst, kann daraus eine Differenz zwischen Soll- und Istwert auftreten. Man spricht dann von einer entsprechenden Störgröße $ z $. Letztere wird dann unterschieden in eine Laststörgröße $ z_L $, die in unserem Beispiel durch eine Änderung der Abflussschieberstellung ...
Steuerungstechnik

Einführung in die Regelungstechnik > Steuerung > Steuerungstechnik

Im Rahmen der Steuerungstechnik kommen vor allem Steuerungseinrichtungen zum Einsatz, deren Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen lediglich jeweils zwei Werte annehmen können.Beispiele In der Stromversorgung wären dies beispielsweise bei der Stabilität des Stromnetzes 50Hz $\leftrightarrow$ $\cancel{50}Hz$.In der Elektrotechnik beispielsweise 0V $\leftrightarrow$ 24V.In der Computersprache beispielsweise Binärcode 0 $\leftrightarrow$1.In der Maschinenlehre ...
Regelung

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung

Im Gegensatz zur Steuerung wird bei der Regelung eine Größe dadurch beeinflusst, indem eine Rückwirkung verwendet wird, die Abweichungen von Sollwerten und Führungsgrößen kompensieren soll. Dabei soll die Ursache keine Relevanz besitzen. Damit Du den Unterschied zwischen einer Steuerung und einer Regelung besser nachvollziehen kannst, greifen wir erneut das Beispiel mit der Steuerwarte zu Beginn des Kurses wieder auf. Die Strecke ist ähnlich der Strecke ...
Realisierungsvarianten und Regelungsgrößen

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Realisierungsvarianten und Regelungsgrößen

Damit eine Regelung auch funktionieren kann, muss ein bestimmter Wirkungsablauf berücksichtigt werden. RealisationsvariantenWie dabei die Regelung erfolgt, ist aus physikalischer Sicht frei gestaltbar, so könnenelektrischehydraulischethermischeoptischepneumatischeakustischeBaueinheiten eingesetzt werden oder eine Kombination aus den genannten.RegelungsgrößenAls Regelungsgrößen können unterschiedliche physikalische Variablen erfasst werden. Beispiele für ...
Definition der Regelung

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Definition der Regelung

Obwohl wir bereits den Begriff Regelung größtenteils definiert haben, werden wir nochmals eine Definition der Regelung selbst und der zugehörigen Größen vornehmen.Den Beginn macht die Definition Regelung nach DIN 19226 Teil 1:Definition Regelung nach DIN 19226 Teil 1Das Regeln/die Regelung ist ein Vorgang bei dem eine Größe, die zu regelnde Größe (Regelgröße), fortlaufend erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße ...
Zweipunktregler, Dreipunktregler und Hysterese

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Reglertypen > Zweipunktregler, Dreipunktregler und Hysterese

In diesem Kapitel erläutern wir dir ausführlich die unterschiedlichen Typen von Reglern. Wir beginnen dabei mit dem Zweipunktregler und dem Dreipunktregler.ZweipunktreglerEinen Zweipunktregler kennzeichnet, dass er lediglich zwei Zustände annehmen kann. Die Regelung AN und AUS ist äußerst einfach weshalb sie den simpelsten Reglertyp darstellt. Man spricht von einer diskreten Regelung. Der Zweipunktregler kommt immer dann zum Einsatz, wenn die Regelung ...
Stetige Regler

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Reglertypen > Stetige Regler

Anders als die diskreten Regler, die in ihrer Funktionsweise einfach gestaltet und zugleich günstig sind, haben stetige Regler den Vorteil, dass sie Lastspitzen beim Anfahren von Motoren oder Kühlaggregaten besser verarbeiten können. Anstelle des reinen Ein- und Ausschalten erlauben stetige Regler Zustände wie Vollast, Teillast und Grundlast des Stellers, bzw. Stellgliedes. Beispiel: Verbrennungsmotor in einem PkwDer Verbrennungsmotor in einem Pkw, bzw. Drehzahl, muss derart ...
Proportionalregler, P-Regler

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Reglertypen > Stetige Regler > Proportionalregler, P-Regler

Den Proportionalregler, kurz P-Regler, kennzeichnet, dass die Reglerausgangsgröße proportional zur Regeldifferenz ist. Liegt eine momentane Regeldifferenz $D $ und eine Reglerausgangsgröße $ U_{PR} $ vor, so ist es erforderlich einen Startwert $ U_0 $ und einen Proportionalitätsfaktor $ V_P $ festzulegen. Formal äußert sich das dann wie folgt:Reglerausgangsgröße P-Regler: $ U_{PR} = - V_P \cdot D + U_0 $ Wie dir vielleicht aufgefallen ist, ...
Integralregler, I-Regler

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Reglertypen > Stetige Regler > Integralregler, I-Regler

Den Integralregler, kurz I-Regler, kennzeichnet, dass es einen Vorfaktor $ V_i $ festzulegen gilt. Aus formaler Sicht definiert sich die Gleichung zur Bestimmung der Reglerausgangsgröße wie folgt:Reglerausgangsgröße I-Regler: $ U_{IR} = - V_i \cdot \int D \cdot dt $Die Gleichung verrät es bereits. Es wird die Regelabweichung integriert und anschließend daraus die Reglerausgangsgröße bestimmt. Der Zeitraum der Integration beträgt $ t - \Delta t ...
Differentialregler, D-Regler

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Reglertypen > Stetige Regler > Differentialregler, D-Regler

Als letzten stetigen Regler thematisieren wir nun den Differentialregler, kurz D-Regler. Dieser dient zur Optimierung des bereits bestehenden PI-Reglers hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit. Beziehen wir uns erneut auf das Beispiel Störfall im Atomkraftwerk aus dem vorherigen Kurstext, so dient der D-Regler dazu möglichst schnell auf plötzliche Änderungen der Regelabweichung zu reagieren und das unabhängig vom absoluten Wert ...
PID-Regler

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Reglertypen > Stetige Regler > PID-Regler

Nun thematisieren wir den PID-Regler, welcher eine Kombination aus P-, I- und D-Regler darstellt. Diese Kombination ist nur zulässig, da die drei stetigen Regler zu unterschiedlichen Zeiten nach Eintritt der Reglerabweichung wirken. Somit ist ausgeschlossen, dass sich die Regler untereinander behindern. Aus formaler Sicht kombiniert man Gleichungen für die einzelnen Reglerausgangsgrößen $ U $ zu einer Gesamtgleichung für den PID-Regler indem man die Terme addiert:Reglerausgangsgröße ...
Digitale-Regler

Einführung in die Regelungstechnik > Regelung > Reglertypen > Digitale-Regler

In unserer bisherigen Betrachtung sind wir immer von analogen Reglern ausgegangen. Nun wollen wir jedoch dem Wirkprinzip von digitalen Reglern auf die Spur gehen. Wir erinnern uns:Das Wirkprinzip von analogen Reglern sieht vor, aus einem analogen Wert (vorliegende Regeldifferenz) auf analoge Weise die Reglerausgangsgröße zu bestimmen. Das entsprechende Regelkreisschema siehst du nachfolgend:Regelkreis mit analoger RegelungDass diese Variante funktioniert ist ja nicht bestreitbar, ...
Unterscheidung von Steuerung und Regelung

Einführung in die Regelungstechnik > Unterscheidung von Steuerung und Regelung

In diesem Kurstext werden wir Dir kurz die bereits bekannten und weiteren Eigenschaften von Steuerung und Regelung aufführen und gegenüberstellen.Tabellarischer Vergleich von Steuerung und Regelung$\underline{Eigenschaften:} $$\underline{Steuerung} $$\underline{Regelung} $WirkungswegSteuerkette (offen)Regelkreis (geschlossen)Mess- und Vergleichsartzu steuernde Größe wird nicht gemessen und verglichenzu regelnde Größe wird gemessen und verglichenReaktion auf StörungenReaktion ...