Praktikum Grundlagen Regelungstechnik

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1 Praktikum Grundlagen Regelungstechnik Versuch P-GRT 05 Versuchsziel Versuch 5 - Reglerentwurf im Frequenzbereich COM3LAB Veränderung des Streckenfrequenzganges durch einen vorgeschalteten Regler Datum Versuchsdurchführung: Datum Protokoll: Versuchsgruppe: Bearbeiter Matrikel Set Bewertung Kolloquium Bewertung des Protokolls: Datum, Unterschrift

2 1. Vorbetrachtungen 1.1 Einleitung Die Idee des Reglerentwurfs im Frequenzbereich liegt darin, den Frequenzgang F S (j ) der Regelstrecke durch den vorgeschalteten Regler mit dem Frequenzgang F R (j ) so zu verändern, dass der Frequenzgang F 0 (j ) = F R (j ) F S (j ) des offenen Regelkreises zu dem gewünschten Zeitverhalten des geschlossenen Regelkreises (z. B. geringes Überschwingen, schnelle Ausregelung) führt. Zum Entwurf benötigt man dabei charakteristische Kennwerte des Frequenzgangs F 0 (j ) des offenen Kreises, aus denen man Rückschlüsse auf das spätere Zeitverhalten des geschlossenen Regelkreises ziehen kann. Dies sind vor allem die Durchtrittsfrequenz c, die Phasenreserve r und die stationäre Amplitudenverstärkung V Versuchsvorbereitung 1. Wie sieht ein offener Regelkreis schematisch aus? 2. Was ist die Durchtrittsfrequenz eines offenen Regelkreises und wie bestimmt sie die Dynamik der Regelung? 3. Was ist die Phasenreserve eines offenen Regelkreises und welchen Einfluss hat die Phasenreserve auf den geschlossenen Regelkreis? 4. Welchen Einfluss hat die Amplitudenverstärkung V auf den Regelkreis? 5. Was verstehen Sie unter dem Begriff bleibende Regelabweichung und wann tritt diese auf? - 2 -

3 2. Versuchsdurchführung 2.1 PT2-Strecke mit P-Regler Im den folgenden Experimenten soll ein offener Regelkreis untersucht werden, der aus der elektronischen PT2-Strecke mit den Zeitkonstanten T1=0.01s bzw. T1=0.1s und einem P- Regler besteht. Dabei ist der Zusammenhang zwischen den Kenngrößen des Frequenzgangs des offenen Kreises und dem Zeitverhalten des geschlossenen Kreises von Interesse. Zunächst wird ein P-Regler mit K P =2 eingesetzt. Aufgabe 2.1.1: Ermitteln Sie die Parameter der offenen Kette bestehend aus PT2-Stecke und P-Regler K P =2. Durchführung: Bauen Sie die folgende Schaltung auf und ermitteln Sie das Bode- Diagramm des offenen Kreises für 5 < < 100rad/s. Ermitteln Sie anhand des Bode-Diagramms Durchtrittsfrequenz c, Phasenreserve r und stationäre Verstärkung V des offenen Regelkreises und protokollieren Sie diese Werte. Vergleichen Sie die stationäre Verstärkung V mit der Steckenverstärkung KP des P-Gliedes. Aufgabe 2.1.2: Ermitteln Sie die Führungssprungantwort für K P =2 und interpretieren Sie diese. Durchführung: Im nächsten Schritt soll die Führungssprungantwort des zugehörigen geschlossenen Regelkreises ermittelt werden. Dazu wird der offene Regelkreis über den Summenpunkt des Analogreglers (Soll-Istwert- Vergleich) geschlossen. Bauen Sie den geschlossenen Regelkreis auf. Stellen Sie am Sprungantwort-Plotter einen Führungssprung von 0 auf 5V und eine Dauer von 1s ein und starten Sie die Aufnahme. Bestimmen Sie die Führungssprungantwort für eine Reglerverstärkung von K P =

4 Aufgabe 2.1.3: Ermitteln Sie die Parameter der offenen Kette bestehend aus PT2-Stecke und P-Regler mit K P =10. Durchführung: Statt des P-Reglers mit einer Verstärkung von K P =2 wird nun ein P-Regler mit K P =10 eingesetzt. Zunächst wird wieder der Frequenzgang des offenen Regelkreises analysiert. Bauen Sie die dargestellte Versuchsschaltung auf und ermitteln Sie das Bode-Diagramm des offenen Kreises für 5 < < 100rad/s. Aufgabe 2.1.4: Ermitteln Sie die Führungssprungantwort für K P =10 und interpretieren Sie diese. Durchführung: Es soll nun abschließend wieder die Sprungantwort des zugehörigen geschlossenen Regelkreis ermittelt werden. Bauen Sie den geschlossenen Regelkreis auf. Stellen Sie am Sprungantwort-Plotter einen Führungssprung von 0 auf 5V und eine Dauer von 1s ein und starten Sie die Aufnahme

5 2.2 PI-geregelte PT 2 -Strecke Im folgenden Experiment soll nun für die zuvor bereits P-geregelte PT2-Strecke ein PI-Regler mit Hilfe der Frequenzkennlinien entworfen werden. Dazu wird zunächst der Frequenzgang der Strecke selbst ermittelt. Im Anschluss daran wird dieser dann durch den PI-Regler so modifiziert, dass der Regelkreis das gewünschte Verhalten aufweist. Aufgabe 2.2.1: Ermitteln Sie die Parameter der offenen Kette bestehend aus PT2-Stecke und PI-Regler. Durchführung: Bauen Sie obige Versuchsschaltung auf und ermitteln Sie den Frequenzgang der PT2-Strecke für 10< <500rad/s. Öffnen Sie nun den PID-Frequenzgang-Plotter und konfigurieren Sie den Regler als PI- Regler. Stellen Sie einen Proportionalbeiwert von K P =2 ein. Versuchen Sie nun durch Variation der Nachstellzeit T n des PI-Reglers zu erreichen, dass die Phasenreserve r des offenen Kreises bei etwa 100º liegt. Aufgabe 2.2.2: Ermitteln Sie die Führungssprungantwort und Interpretieren Sie diese. Durchführung: Es soll nun abschließend wieder das Zeitverhalten des geschlossenen Regelkreises analysiert werden. Als PI-Regler wird der Com3Lab-Digitalregler eingesetzt. Bauen Sie den dargestellten Regelkreis auf und konfigurieren Sie den Digitalregler als technische PI-Regler. Übertragen Sie die im vorangegangenen Experiment ermittelten Parameter K P und T n. Stellen Sie im Sprungantwort-Plotter einen Führungsgrößensprung von 0 auf 1V und eine Dauer von 1s ein und starten Sie die Aufnahme

6 2.3 Auswertung Aufgabe 2.3.1: Vergleichen Sie die Führungssprungantworten von K P = 2 und K P = 10 Aufgabe 2.3.2: Vergleichen Sie das Regelverhalten des PI-Reglers mit dem Verhalten des P-Reglers (K P = 2). Aufgabe 2.3.3: Vergleichen Sie das Regelverhalten des PI-Reglers mit dem Verhalten des P-Reglers (K P = 10). Aufgabe 2.3.4: Notieren Sie systematische und zufällige Fehler der Messanordnung. 3 Literatur Taschenbuch der Regelungstechnik: Verlag: Deutsch (Harri); Auflage: 7., ergänzte Auflage. (1. Juli 2007) ISBN-10: ISBN-13: Einführung in die Regelungstechnik Verlag: Hanser Fachbuchverlag; Auflage: 10., neu bearb. A. (1. September 2005) ISBN-10: ISBN-13: Grundkurs der Regelungstechnik Verlag: Vieweg+Teubner; Auflage: 12., korrigierte und erweiterte Auflage. (27. Mai 2008) ISBN-10: X ISBN-13: Regelungstechnik 1 Taschenbuch: 389 Seiten Verlag: Vieweg Friedr. + Sohn Ver; Auflage: 14., verb. u. aktualis. A. (März 2007) ISBN-10: ISBN-13: Übungsbuch Regelungstechnik: Klassische, modell- und wissensbasierte Verfahren Verlag: Vieweg+Teubner; Auflage: 3., überarb. u. erw. A. (Januar 2007) ISBN-10: ISBN-13:

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