Regelsysteme Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung. Xiaojing (George) Zhang HS Institut für Automatik ETH Zürich

Transkript

1 Regelsysteme 1 1. Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Xiaojing (George) Zhang Institut für Automatik ETH Zürich HS 2015 Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS 2015

2 1. Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Gliederung 1.1. Administratives 1.2. Terminologie 1.3. Steuerung vs. Regelung 1.4. Regler-Entwurfsprozess 1.5. Übungsaufgaben Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS 2015

3 1. Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Gliederung 1.1. Administratives 1.2. Terminologie 1.3. Steuerung vs. Regelung 1.4. Regler-Entwurfsprozess 1.5. Übungsaufgaben Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS 2015

4 Administratives Übungen 1 Dienstags 10:15-12:00 Uhr, CHN C14 2 Die ersten 20-45min Tutorium. Danach selbstständiges lösen. 3 Während der Übungsstunden stehen 3 Assistenten für Fragen zur Verfügung. 4 Übungsserien sind spätestens am Tag der Übung online. Und gedruckte Exemplare auch im Übungsraum. 5 Musterlösungen werden im Anschluss an die Übungsstunde online bereitgestellt. Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

5 Administratives Administratives 1 Testat: Seit Herbst 2013, gibt es keine Testatbedingungen mehr. Wir empfehlen aber trotzdem, regelmässig die Übungsserien zu bearbeiten und die Kurztests abzulegen. 2 Kurztests: Während des Semesters finden 3 Kurztests statt. Der erste am Für jeden bestandenen Kurztest erhält man 2 Punkte, die an das Resultat der Sessions-Prüfung angerechnet werden. Ausser Kommunikationsmittel und Laptops sind alle Hilfsmittel erlaubt (d.h. Skript, Taschen-Rechner, Bücher etc.) 3 Control Challenge: Während des Semesters werden vier Wettbewerbsaufgaben auf der Homepage aufgeschaltet. Die Teilnahme ist freiwillig und erfolgt über die Homepage. Am Ende des Semesters werden die Gewinner nach Punkten bestimmt, und man kann einen kleinen Preis gewinnen. Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

6 Administratives Lernziele dieser Übung 1 Einteilen eines Problemes in Regel-Strecke, Ein- und Ausgänge. 2 Unterschied zwischen Steuerung und Regelung. 3 Prinzip der Rückführung. 4 Regler-Entwurfsablauf Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

7 1. Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Gliederung 1.1. Administratives 1.2. Terminologie 1.3. Steuerung vs. Regelung 1.4. Regler-Entwurfsprozess 1.5. Übungsaufgaben Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS 2015

8 Strecke Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Terminologie ( process ) (im Allgemeinen) = Maschine / System + Stelleinrichtung (Stellmotoren, Ventile, etc.) actuators + Messeinrichtung (Fühler, Transmitter, Sensoren etc.) sensors u(t) Eingang Stellgrösse Strecke Ausgang Regelgrösse y(t) Input Output Manipulated Variable (MV) Controlled Variable (CV) Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

9 Beispiel: Gebäudeautomation Terminologie Prozess = Gebäude + HVAC System (Radiatoren, Klimaanlagen,... ) actuators + Messeinrichtung (Thermostat, Bewegungsmelder,... ) sensors u(t) Eingang HVAC System (Heating, Ventilation, Air Conditioning) Strecke Ausgang y(t) Room temperature CO2 concentration Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

10 1. Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Gliederung 1.1. Administratives 1.2. Terminologie 1.3. Steuerung vs. Regelung 1.4. Regler-Entwurfsprozess 1.5. Übungsaufgaben Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS 2015

11 Steuerung vs. Regelung Steuerung (Feedforward Control oder Open-Loop Control) Steuergerät erzeugt u s (t) unabhängig vom aktuellen Verlauf y(t) r(t).. Steuergerat u s(t) Strecke y(t) r(t) = Sollwert ( reference ) Ziel: y(t) r(t) Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

12 Steuerung: Gebäudeautomation Steuerung vs. Regelung Steuergerät erzeugt u s (t) unabhängig vom aktuellen Verlauf y(t) r(t).. Steuergerat u s(t) Strecke y(t) r(t) = 22 C (Sollwert) Ziel: y(t) r(t) (Raumtemperatur) Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

13 Nachteile einer Steuerung? Steuerung vs. Regelung Steuergerät erzeugt u s (t) unabhängig vom aktuellen Verlauf y(t) r(t).. Steuergerat u s(t) + Strecke y(t) Folge: y(t) r(t) Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

14 Steuerung vs. Regelung Regelung (Feedback Control oder Closed-Loop Control) Regler erzeugt u r (t) basierend auf Rückführung des Ist-Wertes der Regelgrösse y(t) und Vergleich mit dem Sollwert r(t), d.h. e(t) := r(t) y(t) r(t) + e(t) Regler u r(t) Strecke y(t) Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

15 Steuerung vs. Regelung Regelung: Gebäudeautomation r(t) + e(t) Regler u (t) r + Strecke y(t) Regelung kompensiert Unsicherheiten und Störungen: Falls zu warm kühlen Falls zu kalt heizen Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

16 Steuerung vs. Regelung Ziele der Regelung: Kompensation von Störgrössen und (Model-)Unsicherheiten = macht System robuster Stabilisierung der Regelstrecken Herausforderung: Fehler müssen vernünftig kompensiert werden = Es darf z.b. nicht zu stark auf die Fehler reagiert werden Gebäude: Es darf nicht zu stark gekühlt werden, falls es zu warm ist. Vorlesung: Wie kann gute Regelqualität erreichen werden? Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

17 1. Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Gliederung 1.1. Administratives 1.2. Terminologie 1.3. Steuerung vs. Regelung 1.4. Regler-Entwurfsprozess 1.5. Übungsaufgaben Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS 2015

18 Regler-Entwurfsprozess Regler-Entwurfsprozess Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS

19 1. Tutorial: Terminologie & Regelung vs. Steuerung Gliederung 1.1. Administratives 1.2. Terminologie 1.3. Steuerung vs. Regelung 1.4. Regler-Entwurfsprozess 1.5. Übungsaufgaben Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS 2015

20 Übungsaufgaben Übungsaufgaben 1 Aufteilen eines geregelten Systems in Prozess, Ein-Ausgänge, etc. Designaufgabe, Lösung nicht immer eindeutig! 2 Sensorwahl 3 Übergang Steuerung zu Regelung 4 Steuerung oder Regelung? Xiaojing (George) Zhang Regelsysteme 1 HS