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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 Sie den Unterschied zwischen einer Steuerung und einer Regelung besser nachvollziehen können, greifen wir erneut das Beispiel mit der Steuerwarte zu Beginn des Kurses wieder auf. 

Die Strecke ist ähnlich der Strecke im vorangegangenen Beispiel, mit dem Unterschied, dass nun eine Regelstrecke und keine Steuerstrecke mehr vorliegt und eine Rückwirkung besteht. 

Blockschema einer Regelung inkl. Störgrößen
Blockschema einer Regelung inkl. Störgrößen

Neu ist zudem ein Hebelgestänge, dass den Zuflussschieber ZuS mit einem Schwimmer $ S $ verbindet. Letzterer befindet sich auf der Wasseroberfläche im Tank. Eine Steuerwarte existiert in diesem Beispiel nicht mehr. 

Schema einer Regelung
Schema einer Regelung

In der Abbildung gehen wir davon aus, dass sich das System im Gleichgewicht befindet. Alle Größen sind also konstant. In Unserem Beispiel sind dann die Störgrößen $ p_V $ und $ s_{Ab} $ konstant und der Zufluss $ s_{Zu} $ so eingestellt, dass er genau dem Abfluss $ s_{Ab} $ entspricht, womit der Füllstand $ h $ auch dem Sollfüllstand $ h_1 $ entspricht. 

Die Stange des Schwimmers $ St $ ist in einer Längsführung $ Lf $ an der gezeigten Stelle befestigt.

Wird nun der Abflussschieber $AbS$ weiter geöffnet so fließt auch mehr Wasser ab, $ s_{Ab} \uparrow $. Dadurch sinkt im ersten Schritt der Füllstand $ h_0 $ unterhalb des vorgesehenen Sollfüllstandes $ h_1 $. Weil das Gestänge aber den Schwimmer direkt mit dem Zuflussschieber verbindet, bewirkt ein paralleles Absinken von $ h_0 $ ein Absinken des Schwimmers und damit, dass am linken Hebelarm gezogen wird, wobei der rechte Hebelarm den Zuflussschieber $ZuS$ automatisch weiter öffnet. 

Somit fließt auch mehr Wasser zu $ s_{Zu} \uparrow $. Dies bewirkt zwar einen Anstieg von Füllstand $ h_0 $, jedoch kann der Sollwert $ h_1 $ nicht wieder erreicht werden, wenn die Störung $ s_{Ab} $, also die vom Gleichgewichtszustand abweichende Stellung des Abflussschiebers bestehen bleibt.

Merke

Der Schwimmer, als Block, steht für eine rückwirkungsfreie Beeinflussung der Position $ h_M $ des linken Hebelarms durch den Füllstand. 

Regeldifferenz

Die Regeldifferenz ergibt sich aus Sollfüllstand und Position des linken Hebelarms infolge des Füllstandes.

Methode

Regeldifferenz: $ e = h_1 - h_M $.

 
Im Blockschema wir diese Additionstella durch einen kleinen Kreis mit entsprechenden Vorzeichen dargestellt. 

Merke

Alle Wirkungen erfolgen auf diesem geschlossenen Wirkungsweg ohne zeitliche Unterbrechung. Daher spricht man bei diesem geschlossenen und kontinuierlichen Wirkungsablauf von einem Regelkreis

 Definition Regelung

Merke

1. Bei einer Regelung beeinflusst man den Istwert kontinuierlich so, dass seine Abweichung von einem Sollwert verringert oder gänzlich behoben wird. Weshalb die Abweichung auftritt ist dabei nicht von Belang.

2. Die Regelung unterstützt also die gezielte Beeinflussung einer Größe, indem sie jeder auftretenden Abweichung vom vorgegebenen Sollwert entwirkt und dies unabhängig davon, ob es sich um eine Störgrößenänderung oder eine Führungsgrößenänderung handelt. 

Überträgt man diese Definition auf unser obiges Beispiel, so wird die Zuflussschieberstellung $ s_{Zu} $ in Abhängigkeit von den Füllstandsabweichungen $ e = h_1 - h_0 $ verstellt, unabhängig davon ob diese von der Führungsgröße $h_1$ oder einer Störgröße verursacht wurde. Der Begriff Störgrößen selbst umfasst dabei auch Faktoren wie Leckagen, Verdunstungen und ungewollte Flüssigkeitszufuhren, wie z.B. Regen.

Bei einer Konstruktion, wie der obigen, sollten Sie auch immer auf den Wirkungssinn im geschlossenen Wirkungsablauf achten. Hier liegt ein umgekehrter Wirkungssinn vor, dh. fließt mehr Wasser ab, so muss auch mehr Wasser zufließen, also ($h$ fallend führt zu $h$ steigend). Läge eine Gestänge mit gleichem Wirkungssinn in unserem Beispiel vor, so würde das abfließende Wasser ein weiteres Abfließen zur Folge haben  ($h$ fallend führt zu $h$ fallend), ein Erhöhen der Abflussschieberöffnung würde also automatisch eine Verkleinerung der Zuflussschieberöffnung bewirken. Die unerwünschte Folge wäre dann kein Wasser im Tank.

Merke

Funktioniert ein Wirkungsablauf nicht, weil beispielsweise der Wirkungsinn falsch bedacht ist, so spricht man von einem instabilen Verhalten der Regelung.

Beispiel: 

Beispiel

Der Spülkasten einer Toilettenspülung verfährt nach einem ähnlichen Prinzip, wie im Beispiel oben. Nur dass keine kontinuierliche Regelung stattfindet.

Badezimmer
Badezimmer


Wird die Toilettenspülung gedrückt, so entleert sich der gesamte Spülkasten in die Toilettenschüssel. Kurz danach beginnt der Wasserzufluss in den noch leeren Spülkasten. Der Schieber am Wasserzufluss ist durch ein kleines Gestänge mit einem Schwimmer, meist aus Styropor, verbunden. So lange ein bestimmter Füllstand und somit eine bestimmte Position des Schwimmers noch nicht erreicht ist, fließt Wasser nach. Erst wenn die Position erreicht ist, schließt der Schieber am Wasserzufluss und der Ausgangsfüllstand vor dem Spülvorgang ist erreicht.