Einführung in die Regelungstechnik

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1 Einführung in die Regelungstechnik von Dipl.-Ing. Heinz Mann und Dr.-Ing. Horst Schiffelgen 2., überarbeitete und erweiterte Auflage, mit 283 Bildern \\ Carl Hanser Verlag München 1972

2 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen 12 Einleitung Steuerung und Regelung Regelung Steuerung Die Darstellung von Regelkreisen im Blockschaltbild Untersuchung, Einteilung und Kennzeichnung топ Regelkreisgliedern Verschiedenartige Eingangssignale zur Ermittlung des Zeitverhaltens von Regelkreisgliedern Die Übergangsfunktion Frequenzgang, Ortskurve und Bode-Diagramm Berechnung des Frequenzgangs aus der Differentialgleichung Verknüpfung von Regelkreisgliedern Übergangsfunktion und Frequenzgang elementarer Übertragungsglieder Proportionalglied ohne Verzögerung (P 0 -Glied) Proportionalglied mit Verzögerung 1. Ordnung (Pj-Glied) Proportionalglied mit Verzögerung 2. Ordnung (P s -Glied) Totzeitglied (Tt-Glied) Integrationsglied ohne Verzögerung (/ -Glied) Differentiationsglied ohne Verzögerung (D 0 -Glied) Bode-Diagramme elementarer Übertragungsglieder Regelstrecken Statisches und dynamisches Verhalten von Regelstrecken Regelstrecken ohne Ausgleich Verzögerungsarme Regelstrecken ohne Ausgleich Regelstrecken ohne Ausgleich mit Verzögerung Regelstrecken mit Ausgleich Verzögerungsarme Regelstrecken mit Ausgleich Regelstrecken mit Ausgleich und Verzögerung 1. Ordnung Regelstrecken mit Ausgleich und Verzögerung höherer Ordnung Regelstrecken mit Totzeit Regelbarkeit von Strecken 85

3 8 Inhaltsverzeichnis 4. Regeleinrichtungen Einteilung und Benennung Unstetige Regeleinrichtungen Zweipunktregler Technische Ausführung von Zweipunktreglern Meßwerkregler mit mechanischer Abtastung (Fallbügelregler) Meßwerkregler mit induktiver Abtastung Meßwerkregler mit fotoelektriseher Abtastung Regelkreise mit Zweipunktreglern Zweipunktregler an Regelstrecken mit Ausgleich Zweipunktregler an Regelstrecken ohne Ausgleich Zweipunktregler mit Rückführung Dreipunktregler Technische Ausführung eines Dreipunktreglers mit Transistor- Schaltverstärker Dreipunktregler mit Rückführung Stetige Regeleinrichtungen Proportional wirkende Regler (P-Regler) Integral wirkende Regler (/-Regler) Proportional-integral wirkende Regler (PJ-Regler) Regler mit Vorhalt (PD- und PID-Regler) Übertragungsfunktion stetiger Regler Stetige Regeleinrichtungen mit Rückführung Stetige Regler mit starrer Rückführung Stetige Regler mit nachgebender Rückführung Stetige Regler mit verzögerter Rückführung Stetige Regler mit verzögerter und nachgebender Rückführung Der Regelkreis Das Verhalten des Regelkreises bei Führung und Störung Der Frequenzgang des aufgeschnittenen Regelkreises Stabilitätsfragen Ortskurvendarstellung und Stabilitätsverhalten Der negativ-inverse Frequenzgang Stabffitätsreserve (Amplituden- und Phasenrand) Die Stabilität von Regelkreisen mit Totzeiten Bode-Diagramm und Stabilitätsverhalten Algebraisehe Stabilitätskriterien Die Regelgüte Optimierungskriterien Einstellregeln Korrektur von Regelkreisen 166

4 Inhaltsverzeichnis Vermaschte Regelkreise Regelkreis mit Störgrößenaufsohaltung Regelkreis mit starrer Störgrößenaufsohaltung Regelkreis mit nachgebender Störgrößenaufsohaltung Regelkreis mit Hilfsregelgrößen-Aufschaltung Regelkreis mit zwei in Reihe geschalteten Reglern Regelkreis mit Störgrößenregelung Mehrfachregelungen Regeleinrichtungen mit Strukturumschaltung ( Anfahren" von Regelkreisen) Modellregelkreise Gerätetecbnische Ausführung von Regelkreisgliedem Meßeinrichtungen Analog-Wandler Pneumatischer Absolutdruek-Meßwandler Pneumatischer Differenzdruek-Meßwandler Analog-Umformer Pneumatisch-elektrischer Meßumformer Pneumatischer Flüssigkeitsstand-Meßumformer Elektrisch-pneumatiseher Meßumformer Analog/Digital-Umsetzer Binäre Signale Zahlensysteme Codierung Analog/Digital-Umsetzer für mechanische Größen Analog/Digital-Umsetzer für elektrische Größen Digital/Analog-Umsetzer für elektrische Größen Vergleicher Fernmessung und Fernübertragung Pneumatische Fernübertragung Elektrische Fernübertragung Rechenglieder Analoge Additions-und Subtraktionsschaltungen Potentiometerschaltung Verstärkerschaltung Analoge Multiplikations- und Divisionsschaltungen Gleichstrombrückenschaltung Potentiometerschaltung zur Produktbildung Potentiometerschaltung zur Quotientenbildung Differentiation und Integration mit elektrischen passiven Bauelementen RC-Differenzierschaltung RC-Integrierschaltung 212

5 10 Inhaltsverzeichnis Fvmktionsschaltungen Digitale Rechenschaltungen Logische Grundfunktionen Schaltbeispiele mit logischen Grundfunktionen Sequentielle logische Schaltungen Schaltbeispiele mit Speichergliedern Decodierer und TJmcodierer Regelverstärker Elektrische Verstärker Differenzverstärker als Signalverstärker Wechselspannungsverstärker mit phasenempfmdliohem Gleichrichter Operationsverstärker ais Signalverstärker Leistungsverstärkung mit Thyristoren 229 Zündmethoden 232 Triac als Wechselstromsteller 237 Thyristor als Gleichstromsteller Hydraulisehe Verstärker Strahlrohr als Kraftschalter Folgekolben als Kraftschalter Pneumatische Verstärker Membran-Verstärker Stellglieder und Stellantriebe Stellglieder Elektrische Stellglieder Stellventile Drosselklappen Stellantriebe Elektrische Stellmotoren Pneumatische Stellmotoren Hydraulische Stellmotoren Kombinierte Stellmotoren Neuere Methoden der Regelungstechnik Digitale Regelungstechnik Ausführungsmöglichkeiten digitaler Regelungen Digitalregler Prozeßsteuerung Betriebsarten des Prozeßrechners Aufbau des Digitalrechners Speicher für digitale Informationen Prozeßleitsystem Gliederung des Prozeßrechnersystems Prozeßseite des Systems Benutzerseite des Systems 282

6 Inhaltsverzeichnis Programmierung Programmablaufpläne Programmsprachen Technische Regelanlagen Durchflußregelung mit einem thyristorgesteuerten Motorventil Drehzahlregelung einer Verdichter-Antriebsturbine Wasserstandsregelung in einem Trommelkessel Drehzahlregelung eines Tonmotors Anhang Schaltzeichen der Regelungstechnik Komplexe Rechnung Operatorenrechnung und Laplaee-Transformation (Kurzeinführung) Schrifttum 318 Sachverzeichnis 322

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