Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrungen mit LabVIEW-RealTime Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kutzner FH Hannover, Fachbereich Elektro- und Informationstechnik

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1 Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrungen mit LabVIEW-RealTime Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kutzner FH Hannover, Fachbereich Elektro- und Informationstechnik Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 1

2 Lehrveranstaltung Regelungstechnik Vorlesung & Labor Für alle Studierende der Elektrotechnik Labor Praktische Aufgaben in Kleingruppen Vertiefung der Vorlesungsinhalte (Überwindung häufig auftretender Verständnisschwierigkeiten) Praxisnahe Anwendungen Typ. Aufgaben Typ. Werkzeuge Typ. Lösungen Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 2

auftretender Verständnisschwierigkeiten) Praxisnahe Anwendungen Typ. Aufgaben Typ.

3 Labor Regelungstechnik Lernziele Stationäres Verhalten Dynamik Zeitbereich Frequenzbereich Entwurf linearer Regler Eigenschaften verschiedener Regler Kaskadenregelung Simulation Echtzeitsysteme werden häufig eingesetzt! Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 3

Kaskadenregelung Simulation Echtzeitsysteme werden häufig eingesetzt! Prof.

4 Echtzeitsysteme in der Regelungstechnik Vorgaben Industrielle Standardprodukte Spezielle Anforderungen des Laborbetriebes Didaktische Ziele Einfache Bedienung Ergebnissicherung, Auswertung Kostengünstige Lösungen Produktvielfalt LabVIEW-RealTime Matlab/Simulink dspace VxWorks, Pearl, Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 4

Auswertung Kostengünstige Lösungen Produktvielfalt LabVIEW-RealTime Matlab/Simulink dspace

5 Beispiel: Regelung eines Generators Gleichstromsteller Elektron. Last Asynchronmotor mit Frequenzumrichter Gleichstromgenerator Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 5

6 Blockschaltbild I a U aw - U a Regler U f Generator U a Echtzeitsystem Physikal. Modell Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 6

7 Aufgaben Verhalten der Regelstrecke U a /U f Kennlinie (nichtlinear) Lasteinfluss Drehzahleinfluss Verhalten im geschlossenen Regelkreis P-Regler PI-Regler Stellgrößenbegrenzung Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 7

geschlossenen Regelkreis P-Regler PI-Regler Stellgrößenbegrenzung

8 Systemanforderungen Schnittstelle 2 DAU, 12 bit 3 ADU, 12 bit 1 DO Zykluszeit: max. 5 ms Filter- und Regelalgorithmen online-auswertung Dokumentation Ablaufsteuerung Grafische Benutzeroberfläche Grafische Projektierung statt klassischer Programmierung (Text) Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 8

Grafische Benutzeroberfläche Grafische Projektierung statt klassischer Programmierung

9 Systemkonzept Host-PC Entwicklung Grafische Benutzeroberfläche (MMI) LabVIEW 8 PXI-Target Echtzeitprg. I/O LabVIEW RT 8 Kommunikation über Ethernet Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 9

10 Echtzeitprogramm PID-Regler Initialisierung 2 ms Echtzeitschleife Term. Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 10

11 Bedienoberfläche Generatorregelung Wirkplan der Regelung mit Soll- und Istwerten Tabellarische und grafische Auswertung Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 11

12 Auswertung: U a /U f -Kennlinien U a = 47,2 V U f U a U f = 22,5 V U f = 31,2 V Linearisierung am Arbeitspunkt (U a0, U f0 ): K S = U a / U f Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 12

13 Auswertung: P-Regler U aw = 55 V U a = 47,2 V I a = 5 A K p = 4 V/V U aw U a Generator 55 V 7,8 V 31,2 V 47,2 V - U f U a I a = 5 A Stationärer Zustand: U aw = 55 V, U a = 47,2 V U f = K p * U a = 4 V/V * 7,8 V = 31,2 V Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 13

Zustand: U aw = 55 V, U a = 47,2 V U f = K p * U a = 4 V/V * 7,8 V = 31,2 V

14 Auswertung: PI-Regler U aw = 55 V U aw = 20 V Stationärere Genauigkeit durch I-Anteil Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 14

15 Auswertung: PI-Regler U aw = 55 V, 30 Hz U aw = 20 V, 30 Hz Verringerte induzierte Ankerspannung aufgrund der Drehzahlabsenkung von 50 Hz auf 30 Hz Die Stellgrößenbegrenzung öffnet den Regelkreis Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 15

von 50 Hz auf 30 Hz Die Stellgrößenbegrenzung öffnet den Regelkreis

16 Fazit State-of-the-Art Lösung Praxisnahe Diplomarbeit Moderne, industrielle Werkzeuge und Methoden Grafische Projektierung Übertragbar auf andere Aufgabenstellungen (HIL-Simulator, Prüfstand) Praxisnaher Laborversuch Keine singuläre Lösung, sondern weit verbreitetes System Einfache, intuitive Bedienung (GUI) Regelungstechnische Auswertung Überwiegend sehr positive Rückmeldungen von den Studenten Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 16

singuläre Lösung, sondern weit verbreitetes System Einfache, intuitive Bedienung (GUI) Regelungstechnische Auswertung

17 Ausblick Hervorragend geeignet für Echtzeitanwendungen Erweiterung des Versuchsumfangs Identifikation Simulation Reglerauslegung Übertragbar auf weitere Versuche Prof. Dr. R. Kutzner: Echtzeitsysteme in der Lehre Erfahrung mit LabVIEW-RealTime 17

Reglerauslegung Übertragbar auf weitere Versuche Prof. Dr. R.

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