Vorwort zur 14. Auflage 14 Vorwort zur 13. Auflage 14

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1 Inhaltsverzeichnis Vorwort zur 14. Auflage 14 Vorwort zur 13. Auflage 14 I. Analoge Regelungstechnik Teil 1. Grundbegriffe 1.1 Einleitung Benennungen und Begriffe Aufgabe der Regelung Die Regelstrecke Das Stellglied und der Stellantrieb Hand-Regelung Selbsttätige Regelung Der Regler Die Meßeinrichtung * Der Regelkreis Das Verhalten der Regelgröße bei Störung und Führung Das Störverhalten Führungsverhalten Andere Verfahren zum Konstanthalten von Größen Konstanthalten durch Ausnutzung physikalischer Effekte Konstanthalten einer Größe durch konstruktive Maßnahmen Konstanthalten durch Steuern Anwendungsschwerpunkte der Regelungstechnik Aufgabe des Regelungstechniken Die mathematische Theorie der Regelung Regelungstechnische Begriffe zu Teil

2 4 Inhaltsverzeichnis Teil 2. Die Regelstrecke 2.1 Stell- und Stör-Sprungantworten der Regelstrecke Regelstrecken mit Ausgleich Verzögerungsarme Regelstrecken Regelstrecken mit einer Verzögerung (1. Ordnung) Regelstrecken mit zwei Verzögerungen (2. Ordnung) Regelstrecken mit schwingendem Verhalten Regelstrecken nur mit Totzeit Regelstrecken mit vielen Verzögerungen (Regelstrecken höherer Ordnung) Regelstrecken ohne Ausgleich Kennwerte von Regelstrecken Kennlinien von Regelstrecken Lineare Kennlinien Nichtlineare Kennlinien Aufnahme der Sprungantwort Atlas von Sprungantworten idealer Regelstrecken Grenzen in der Anwendung der Sprungantworten Regelstrecken mit mehreren in Reihe geschalteten, verzögerungsbehafteten Gliedern Regelungstechnische Begriffe zu Teil Teil 3. Stetige Regler (P- und I-Regler) 3.1 Einteilung der Regler Hilfsenergie Allgemeines zu den verschiedenen Reglerbauarten Der P-Regler (Proportionaler Regler) Der klassische Drehzahlregler als Beispiel eines stetigen Reglers Der Proportionalbereich Beispiele von P-Reglern ohne und mit Hilfsenergie Kennlinie des P-Reglers Gleichung des P-Reglers 149

3 Inhaltsverzeichnis S Die bleibende Regeldifferenz Sprungantwort des P-Reglers Der I-Regler (Integraler Regler) Regler mit Steuerkolben als Beispiel eines I-Reglers mit Hilfsenergie Weitere Beispiele von I-Reglern Kennlinie des I-Reglers Sprungantwort des I-Reglers Gleichung des I-Reglers Gegenüberstellung von P-und I-Regler Regelungstechnische Begriffe zu Teil Teil 4. Stetige Regler (PI- und PID-Regler) 4.1 DerPI-Regler Sprungantwort des PI-Reglers Gleichung des PI-Reglers Erzeugen des Pl-Verhaltens durch 171 a) Überlagerung der Verstellungen eines P-und eines I-Reglers 171 b) Zähe Dämpfung 173 c) Rückführung Starre Rückführung. \ Nachgebende Rückführung PI- und PID-Regler mit sehr großen Proportionalbereichen Der PD- und PID-Regler Anstiegsantwort des PD- und PID-Reglers Erzeugen des D-Verhaltens 210 a) Bildung der Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße b) Verzögerte Rückführung Vorhaltverstärkung, Vorhaltüberhöhung Gegenüberstellung von P-, I-, PI- und PID-Regler Regelungstechnische Begriffe zu Teil 4 225

4 6 Inhaltsverzeichnis Teil 5. Regelkreise mit stetigen Reglern 5.1 Allgemeines zur Arbeitsweise von Regelkreisen mit stetigen Reglern Das Anfahren des Regelkreises Stabiles und instabiles Verhalten des Regelkreises Das Störverhalten des Regelkreises Das Führungsverhalten des Regelkreises Das rechnerische Einschleusen der Störgrößen in den Regelkreis Der Angriffspunkt der Störgrößen Umrechnen der Störgrößen auf die Stellgröße Einfluß nichtidealer Regelstrecken-Kennlinien Die Trennstellen zwischen Regelstrecke und Regler Das statische Verhalten des Regelkreises Ermittlung des statischen Verhaltens mit Hilfe der Kennlinien Regelstrecke mit Ausgleich, P-oder PD-Regler Regelstrecke mit Ausgleich, I-, PI- oder PID-Regler Regelstrecke ohne Ausgleich und mit P-, PD-, PI- oder PID- Regler Berechnung der bleibenden Regeldifferenz (P- oder PD- Regler) Zusammenhang zwischen Proportionalbereich und Kreisverstärkung Das dynamische Verhalten des Regelkreises Das dynamische Verhalten bei P-Reglern Verzögerungsfreie Regelstrecke Regelstrecke mit einer Verzögerung Regelstrecke mit zwei oder mehreren Verzögerungen Regelstrecke mit Verzugszeit und Ausgleichszeit Regelstrecke mit Totzeit Regelstrecke ohne Ausgleich Das dynamische Verhalten bei I-Reglern Verzögerungsfreie Regelstrecke 270

5 Inhaltsverzeichnis Regelstrecke mit einer Verzögerung Regelstrecke mit Verzugs- und Ausgleichszeit Regelstrecke nur mit Totzeit Regelstrecke ohne Ausgleich Das dynamische Verhalten bei PI-und PID-Reglern Welcher Regler paßt zu welcher Regelstrecke? Optimale Reglereinstellung Die Regler-Parameter Die Stabilitätsgrenze als Grenze der Regeleinstellung Gibt es eine allgemeingültige, optimale Reglereinstellung? Maßstäbe für die Regelgüte bei einer sprungweisen Störung bzw. Führungsgrößenänderung Die verschiedenartigen Anforderungen an die Regelgüte Die wichtigsten Methoden für die optimale Reglereinstellung bei einer sprungweisen Störung 297 a) Einstellen nach den Kenngrößen der Sprungantwort b) Einstellen nach der Stabilitätsgrenze 299 c) Einstellen nach dem Verlauf der Regelgröße bei einer Störung Gründe, warum in der Praxis die optimale Reglereinstellung oft ziemlich unscharf ist Die im einschleifigen Regelkreis erzielbare Regelgüte Erhöhung der Regelgüte Regelungstechnische Begriffe zu Teil 5. ' Teil 6. Unstetige Regler ohne Rückführung 6.1 Vergleich zwischen stetigen und unstetigen Reglern Zweipunktregler ohne Hilfsenergie Sprungschaltung, Schaltdifferenz Kennlinie des Zweipunktreglers Dreipunktregler ohne Hilfsenergie Kennlinie des Dreipunktreglers Zwei- und Dreipunktregler mit Hilfsenergie Regelungstechnische Begriffe zu Teil 6 334

6 8 Inhaltsverzeichnis Teil 7. Regelkreise mit unstetigen Reglern ohne Rückführung 7.1 Verlauf der Regelgröße nach Schließen des Regelkreises Regelstrecken mit einer Verzögerung (1. Ordnung) Regelstrecken mit vielen Verzögerungen (höherer Ordnung) Der Einfluß des Stellbereiches Regelstrecken ohne Ausgleich Maßnahmen zum Verkleinern der Schwankungsbreite Verringern der Schaltdifferenz Verkleinern der Verzugszeit und Totzeit Vergrößern der Ausgleichszeit Herabsetzen des Leistungsüberschusses Grundlast Dreipunktregler Rückführung Das Stör- und Führungsverhalten des Regelkreises Störverhalten Störgröße ist Massendurchfluß Störgröße ist Leistungszufuhr zur Regelstrecke (Versorgungsstörungen) Sonstige Störgrößen Führungsverhalten i Regelungstechnische Begriffe zu Teil Teil 8: Regelkreise mit unstetigen Reglern mit Rückführung (quasistetiges Verhalten) 8.1 Vor- und Nachteile des Zweipunktreglers ohne Rückführung Die schubweise Energiezufuhr als Ursache der Schwankungsbreite Zweipunktregler mit verzögerter, einseitiger Rückführung (PD- Verhalten) 385

7 Inhaltsverzeichnis Zweipunktregler mit verzögerter, doppelseitiger Rückführung (PD-Verhalten) Der Einfluß der Rückführspannung auf Schwankungsbreite, bleibende Regelabweichung, Anfahrverhalten und Schalthäufigkeit Zweipunktregler mit verzögerter, nachgebender Rückführung (PID-Verhalten) Regelungstechnische Begriffe zu Teil Teil 9. Dreipunktregler mit quasi-stetigem Verhalten 9.1 Gründe, warum Elektromotoren als Stellantriebe an vielen Stellen bevorzugt werden Grenzwerteinheit Grenzwertregler (I-Verhalten) Schrittregler (Pl-Verhalten) Regelungstechnische Begriffe zu Teil Teil 10. Mehrschleifige Regelkreise zum Verbessern der Regelgüte 10.1 Arbeitsweise und Blockschemata der wichtigsten mehrschleifigen Regelkreise Beispiele von mehrschleifigen Regelkreisen 423 Teil 11. Regler mit veränderlicher Führungsgröße 11.1 Zeitplan-Regelung Hinweise, die bei der Projektierung von Zeitplanregelungen beachtet werden müssen Kaskaden-Regelung Folgeregelung Steuern und Regeln Regelungstechnische Begriffe zu Teil

8 10 Inhaltsverzeichnis II. Digitale Regelungstechnik 1. Vorbemerkung Der digitale Regelkreis Warum digitale Regelung? Analoge und digitale Signale Analoge Signale Digitale Signale Zahlensysteme Zehnersystem oder Dezimalsystem Zweiersystem oder Dualsystem Technische Darstellung der Zahlen 0" und 1" des Dualsystems Die wichtigsten digitalen Signalformen Parallele Signale Analog-Digital-Umsetzer mit Parallelausgabe Serielle Signale Umsetzer für serielle Ausgabe Inkrementeile Signale Analog-Digital-Umsetzer mit inkrementeiler Ausgabe Das Bit" i Die Genauigkeit digitaler Regelgrößenerfassung Linearisierung Code, Codierung Digitale Grundglieder Das UND-Glied Das ODER-Glied Das NICHT-Glied " NAND-und NOR-Glieder Speicher-Glied für 1 Bit Realisierung der Grundglieder mittels Transistoren 489

9 Inhaltsverzeichnis Digitale Baugruppen Das taktzustandgesteuerte Speicherglied; vorbereitende Eingänge Das taktflankengesteuerte Speicherglied; dynamische Eingänge Taktsignal, Taktsignalgeber Register Das Schieberegister Umwandlung einer Serienzahl in eine Parallelzähl Umwandlung einer Parallelzahl in eine Serienzahl Digitale Zähler Impulsformer oder Schmitt-Trigger Das Zählglied Zählkette als Dualzähler Vorwärts-Rückwärts-Zähler Zählung während einer Zeitbasis Start-Stop-Zähler Zeitbasiserzeuger Analog-Digital-Umsetzer als Spannungs-Umsetzer Digital-Analog-Umsetzer als Spannungsumsetzer Duale Rechenwerke Regler-Rechenwerke ; Vergleicher für Parallel-Signale Sollwerteinsteller für Parallelsignale Vergleicher für Inkrement-Signale Sollwerteinsteller für Inkrementsignale /21.Digitale Stelleinrichtungen Stellventil mit Digital-Antrieb Schrittmotor Beispiele digitaler Regelkreise Durchflußregelung Durchfluß Verhältnis-Regelung 528

10 12 Inhaltsverzeichnis 22.3 Analoger Drehzahlregelkreis mit digitaler Sollwertkorrektur Schnelle Lageregelung Regelung mit dem Prozeßrechner Der Prozeß Prozeßrechnersystem Mikrocomputer als Prozeßrechner Der Prozeßrechner als Abtastregier Der Regelalgorithmus eines Abtastreglers Arbeitsweise eines programmierbaren Digitalrechners Rechenwerk Steuerwerk Speicher Ein/Ausgabewerk Halteglied Das Programm Das Programmieren, Programmiersprachen Hardware - Software 548 Schlußbemerkung 550 Normen, Richtlinien 551 Stichwortverzeichnis 554