Einführung in die Regelungstechnik

Transkript

1 Einführung in die Regelungstechnik von Heinz Mann und Horst Schiffelgen 6., bearbeitete und erweiterte Auflage, mit 349 Bildern Carl Hanser Verlag München Wien

2 Formelzeichen XII Einleitung 1 1 Steuerung und Regelung Regelung Steuerung Die Darstellung von Regelkreisen im Signalflußplan (Blockschaltbild) Untersuchung, Einteilung und Kennzeichnung von Regelkreisgliedern Verschiedenartige Eingangssignale zur Ermittlung des Zeitverhaltens von Regelkreisgliedern Übergangsfunktion Frequenzgang, Ortskurve, Bode-Diagramm und Übertragungsfunktion Berechnung des Frequenzgangs aus der Differentialgleichung Verknüpfung von Regelkreisgliedern Übertragungsfunktion, Frequenzgang und Übergangsfunktion elementarer Übertragungsglieder Proportionalglied ohne Verzögerung (P-Glied) Proportionalglied mit Verzögerung 1. Ordnung (P-T l -Glied) Proportionalglied mit Verzögerung 2. Ordnung (P-T 2 -G\'\ed) Totzeitglied (T t -Glied) Integrationsglied ohne und mit Verzögerung (/-Glied bzw. /-^-Glied) Diff eren,; i a ti ons gli e d ohne und mit Verzögerung (D-Glied bzw. >-7\-Glied) Bode-Diagramme elementarer Übertragungsglieder Mechanische und elektrische Netzwerke 52 3 Regelstrecken Statisches und dynamisches Verhalten von Regelstrecken Regelstrecken ohne Ausgleich Regelstrecken ohne Ausgleich ohne Verzögerung Regelstrecken ohne Ausgleich mit Verzögerung Regelstrecken mit Ausgleich Regelstrecken mit Ausgleich ohne Verzögerung Regelstrecken mit Ausgleich und Verzögerung 1. Ordnung Regelstrecken mit Ausgleich und Verzögerung höherer Ordnung Regelstrecken mit Totzeit Regelbarkeit von Strecken 79

3 4 Regeleinrichtungen Einteilung und Benennung Unstetige Regeleinrichtungen Zweipunktregler Regelkreise mit Zweipunktreglern Zweipunktregler an Regelstrecken mit Ausgleich Zweipunktregler an Regelstrecken ohne Ausgleich Zweipunktregler mit Rückführung Dreipunktregler Dreipunktregler mit Transistor-Schaltverstärker Dreipunktregler mit Rückführung Stetige Regeleinrichtungen Proportional wirkende Regler (P-Regler) Integral wirkende Regler (/-Regler) Proportional-integral wirkende Regler (PZ-Regler) Regler mit Vorhalt {PD- und P/D-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 Stabilitätsfragen Ortskurve von F 0 und Stabilitätsverhalten Negativ-inverser Frequenzgang und Zweiortskurvenverfahren Bode-Diagramm und Stabilitätsverhalten Der Einfluß von Totzeiten auf das Stabilitätsverhalten Logarithmische Ortskurve und Nichols-Diagramm Wurzelortverfahren Algebraische Stabilitätskriterien Die Regelgüte Optimierungskriterien Einstellregeln Korrektur von Regelkreisen Vermaschte Regelkreise Regelkreis mit Störgrößenaufschaltung Regelkreis mit starrer Störgrößenaufschaltung Regelkreis mit nachgebender Störgrößenaufschaltung 185

4 IX Regelkreis mit Hilfsregelgrößen-Aufschaltung Regelkreis mit zwei in Reihe geschalteten Reglern (Kaskaden- Regelung) Regelkreis mit Störgrößenregelung Mehrfachregelungen Regeleinrichtung mit Strukturumschaltung ( Anfahren" von Regelkreisen) Selbsteinstellende (adaptive) Regelungssysteme Simulation von Regelprozessen Entwurfsmethoden für Regelkreise Nichtlinearitäten im Regelkreis Gerätetechnische Ausführung von analogen Regelkreisgliedern Meßeinrichtungen Sensoren Wandler Umformer Vergleicher Fernmessung und Fernübertragung Rechenglieder Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division von Signalen Differentiation und Integration elektrischer Signale Funktionsschaltungen Verstärker und Regler Elektrische Verstärker und Regler Elektrische Verstärker Elektrische Regler Pneumatische Verstärker und Regler Pneumatische Verstärker Pneumatische Regler Hydraulische Verstärker und Regler Hydraulische Verstärker Hydraulische Regler Stellglieder und Stellantriebe Stellglieder Elektrische Stellglieder Stellventile Drosselklappen Stellantriebe Elektrische Stellmotoren Pneumatische Stellmotoren Hydraulische Stellmotoren Kombinierte Stellmotoren 275

5 X Inhaltsverzeichnis 7 Digitaltechnik - Digitale Regelungstechnik Binäre Signale Digitale Signale Zahlensysteme Rechnen mit Dualzahlen Codierung Signalumsetzung Analog-Digital-Umsetzer (ADU) für mechanische Größen ADU für elektrische Größen Sägezahnverfahren Dual-Slope-Verfahren Digital-Analog-Umsetzer (DAU) für elektrische Größen Datenfernübertragung Digitale Schaltungen Logische Grundfunktionen Logische Schaltnetze Codewandler Sequentielle Schaltwerke Digitale Regler Einteilung und Benennung Digital-inkrementale Regler Digital-parallelcodierte Regler Digital-seriellcodierte Regler Digitale Abtastregelung, Rechnerregelung Prozeßsteuerung und -regelung mit dem Prozeßleitsystem Prozeßrechner zur Prozeßsteuerung und -regelung Entwicklungsstufen der Prozeßleittechnik Betriebsarten des Prozeßrechners in der Prozeßdatenverarbeitung (PDV) Prozeßrechner (Realzeitrechner) und periphere Einheiten Speicher für Prozeßrechensysteme Struktur des Prozeßleitsystems (PLS) Prozeßbeschreibung mit Fließbildern Leitebenenmodell Steuerungseinrichtungen Digitales verteiltes Prozeßleitsystem Software der Prozeßrechensysteme Programmierung Programmablaufplan :3 Struktogramm Programmiersprachen Mikrocomputer als Prozeß- (Realzeit-)Rechner Mikroprozessor Bussystem 340

6 XI Ein-/Ausgabe Übertragungsstandards Programmierung DDC-Regelung mit Mikrocomputer (Direct-Digital-Control) PID-Regelalgorithmen Programmablaufplan des Stellungsalgorithmus Assemblerprogramm eines P-Stellungsalgorithmus Assemblerprogrammierung Rechenregeln für Dualzahlen Multiplikation Subtraktion durch Komplementbildung Signal-Ein/-Ausgaben Arbeitsspeicher, Aufteilung und Adressierung Programmablaufplan und Listing des P-Algorithmus DDC Antriebsregelung mit dem Mikrocomputer Adaptive-DDC-Antriebsregelung mit dem Mikrocomputer Technische Regelanlagen Durchflußregelung mit einem thyristorgesteuerten Motorventil Drehzahlregelung einer Verdichter-Antriebsturbine Wasserstandsregelung in einem Trommelkessel Digitale Drehzahlverhältnis-Regelung Anhang Schaltzeichen (Auswahl) Komplexe Rechnung Operatorenrechnung und Laplace- bzw. Carson-Transformation (Kurzeinführung) Schrifttum Fachbücher (Auswahl) Zeitschriften Normung Bezugsquellen Software 404 Sachverzeichnis 407