Fortgeschrittenenpraktikum Regelschaltungen. Martin Adam Versuchsdatum: Betreuer: DI Bojarski. 3. Januar 2006
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1 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen Martin Adam Versuchsdatum: Betreuer: DI Bojarski 3. Januar 2006 Inhaltsverzeichnis 1 Versuchsbeschreibung Ziel Aufgaben Durchführung Sprungantworten P-Regler I-Regler D-Regler PID-Regler Übertragungsverhalten der Regelstrecke Regelstrecke mit PID-Regler Dimensionierung
2 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen 2 1 Versuchsbeschreibung 1.1 Ziel Kennen lernen stetiger Regler und des Verhaltens von Regelstrecken. 1.2 Aufgaben 1. Ermitteln Sie die Sprungantwort folgender Regler (a) P-Regler (b) I-Regler (c) D-Regler (d) PID-Regler Realisieren Sie die Regler mit Operationsverstärkern. 2. Bestimmen Sie das Übertragungsverhalten der Regelstrecke (Abb.1). 3. Dimensionieren und realisieren Sie für die in Aufgabe 2 untersuchte Regelstrecke einen PID-Regler mit Operationsverstärkern. Optimieren Sie den Regler im geschlossenen Regelkreis und messen Sie die folgenden Größen: (a) Istgröße (b) Störgröße (c) Stellgröße
3 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen 3 2 Durchführung 2.1 Sprungantworten An jeden Regler wurde eine Rechteckspannung an den Eingang gelegt und die Antwort auf diese sprunghafte Änderung dargestellt. In jedem Fall ist der Kanal 1 der Eingang und Kanal 2 der Ausgang P-Regler schnell zur Regelabweichung proportionale Veränderung der Stellgröße bleibende Regelabweichung Der P-Regler antwortet proportional auf die sprunghafte Änderung mittels Sprung I-Regler Regelabweichung 0 sehr langsam Stellgröße fällt/steigt je länger eine Abweichung da ist
4 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen 4 Es ist zu erkennen, dass die Stellgröße umso mehr ansteigt und abfällt, je länger die Regelabweichung besteht D-Regler Die Stellgröße ist abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit der Regelabweichung. Bei konstanter Regelabweichung keine Reaktion allerdings sehr schnell, sprunghafte Änderung der Stellgröße Auch hier sind die Eigenschaften des Reglers gut ersichtlich. Die Antwort des P-Reglers ist sprunghaft und sehr schnell.
5 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen PID-Regler Alle Vorteile der einzelnen Regler werden genutzt. Sehr schnell ohne bleibende Regelabweichung
6 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen Übertragungsverhalten der Regelstrecke Es wurde folgende Regelstrecke aufgebaut: Es wurde an U T r eine Rechteckspannung angelegt und U R Abbildung 1: Regelstrecke oszillografiert. Mittles Wendetangente wurden Verzugszeit T U Anhang): und Übergangszeit T G bestimmt (siehe 2.3 Regelstrecke mit PID-Regler Dimensionierung T U = 260, 7ms T G = 184ms Die aus Aufgabe 2 ermittelten Werte zur Hilfe wurden folgende Werte errechnet: R T V = 100kΩ C T V = 1, 3µF R T n = 150kΩ C T n = 3, 476µF R V p = 7, 4kΩ Diese Werte wurden am PID-Regler eingestellt. Vor dem PID-Regler befindet sich noch ein weiterer Operationsverstärker, er vergleicht und lieferte die Differenz zwischen Soll- und Istwert. Der Sollwert kommt von der Spannungsquelle und der Istwert ist jener der Regelstrecke (U R ). Eine Leuchtdiode, die mit Rechteckspannung gespeist wird, dient als Störquelle. Um äußere Störungen wie z.b. das Flackern des Lichts (50Hz) abzuschirmen, wurde die Regelstrecke mittels Deckel verschlossen. Die zuvor berechneten Werte mussten während der Messung noch etwas angeglichen, um die Regelung zu verbessern. Ohne Regelung ergibt sich am Ausgang eine Rechteckspannung, die die Frequenz der Spannung der Leuchtdiode hat. Diese Größe ist die Störgröße.
7 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen 7 Mit eingeschalteter Regelung ist am Ausgang die erwartete konstante Spannung zu sehen. Der Istwert ist erreicht. Außerdem kann man noch kleine Peaks in der Ausgangsspannung erkennen, die der D-Regler liefert. Das erste Bild ist die Ausgangsspannung mit den errechneten Werten und das zweite nach der Verbesserung.
8 Fortgeschrittenenpraktikum 1 9. Regelschaltungen 8 Die Stellgröße am Ausgang des Reglers reagiert auf das Störsignal mit Spannungspeaks in entgegengesetzter Richtung.
8. Regelschaltungen. Name: Daniel Schick Betreuer: Dipl. Ing. D. Bojarski Versuch ausgeführt: 8. Juni 2006 Protokoll erstellt: 11.
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