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Regelungstechnik - Störgrößen

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Regelungstechnik

Störgrößen

Wichtig

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 $ s_A $ auftreten würde und in eine Versorgungsstellgröße $ z_V $, die in unserem Beispiel durch eine Änderung des Versorgungsdrucks $ p_V $ enstände.

In der nächsten Abbildung sehen Sie die beiden Störgrößen im bereits bekannten Blockschema eingetragen. 

Blockschema einer Steuerung inkl. Störgrößen
Blockschema einer Steuerung inkl. Störgrößen

Oft können beide Störgrößen nicht vermieden werden. Auch in unserem Beispiel ist dies der Fall. Der Arbeiter in der Steuerwarte erhält keine Informationen zu Änderungen der Abflussschieberstellung $ \triangle s_A $ oder zu Änderungen des Versorgungsdrucks $ \triangle p_V $ und würde daher auch nicht entsprechend reagieren.

Merke

Im Umkehrschluss bedeutet dies für unsere Beispiel: Die Stellgröße $ y $ ist allein von der Führungsgröße $ w $ abhängig, aber nicht von den Störgrößen $ z_L $ und $ z_V $.

Um diesem Problem dennoch Herr zu werden, erweitert man die Steuereinrichtung um eine Störgrößenaufschaltung. 

Wie sich dies auswirkt, erfahren Sie im nächsten Abschnitt.

Störgrößenaufschaltung

Kann eine Störgröße $ z $ gemessen werden, so kann der Messwert dieser auch an die Steuereinrichtung weitergeleitet werden. Dort besteht dann die Möglichkeit die Stellgröße so anzupassen, dass die Störwirkung auf die Aufgabengröße $ x_A $ teilweise oder gänzlich eliminiert wird.

In der nächsten Abbildung sehen Sie eine mögliche Realisation.

Schema einer Steuerung mit Störgrößenaufschaltung
Schema einer Steuerung mit Störgrößenaufschaltung

 Mit dieser Installation kann der störende Einfluss einer veränderten Abflussschieberstellung $ s_{Ab} = z_L $ auf den Füllstand behoben werden. In unserem Beispiel wurde ein Hebelgestände installiert, dass bei einer Vergrößerung von $ s_{Ab} $ [Abfluss] eine automatische Vergrößerung von $ s_{Zu} $ [Zufluss] erzeugt wird. Damit dieser Effekt auch eintritt, ist das Gestänge entsprechend gelagert, wie in der nächsten Abbildung dargestellt.

Lagerung
Lagerung

Mit diesen Installationen kann der Sollwert $ h_1 $ wie bisher von außerhalb vorgegeben werden und von innen durch den Arbeiter in der Steuerwarte eingestellt werden. 

Den durch das Hebelgestänge realisierten Einfluss beschreibt man in der Regelungstechnik als zweiten Wirkungsweg ausgehend von Störgröße $ z_L = s_{AB} $ hin zur Aufgabengröße $ x_A = h $.

Dieser Vorgang ist in einem Blockschema nachfolgend visualisiert:

Blockschema einer Steuerung inkl. Störgrößenaufschaltung
Blockschema einer Steuerung inkl. Störgrößenaufschaltung

Merke

Beachten Sie aber, dass ein gleichzeitiges Auftreten der Wirkungen, sowie eine gleichwertige entgegengesetzte Stärke, zu einem Neutralisieren der genannten Größen in Bezug auf den Füllstand $ x_A = h $ führen.

Methode

Spaltet man den Wirkungsweg einer Störgröße $ z $ auf, so kennzeichnet man diese Verzweigungsstelle mit einem deutlichen Punkt.

Punkt bei Störgrößenaufschaltung
Punkt bei Störgrößenaufschaltung

Zudem sollten Sie sich merken, dass unser Blockschema generell nicht einen Wirkungskreis darstellt, sondern stattdessen zwei Wirkungswege der Störgröße $ z_L = s_{AB} $ hin zur Aufgabengröße $ x_A = h $. 

Merke

Diesen gesamten Vorgang, bei dem eine Störgröße zuerst gemessen und anschließend an eine Steuereinrichtung weitergeleitet wird, bezeichnet man als Störgrößenaufschaltung.