FACHHOCHSCHULE KÖLN FAKULTÄT IME NT BEREICH REGELUNGSTECHNIK PROF. DR. H.M. SCHAEDEL / PROF. DR. R. BARTZ

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1 FACHHOCHSCHULE KÖLN FAKULTÄT IME NT BEREICH REGELUNGSTECHNIK PROF. DR. H.M. SCHAEDEL / PROF. DR. R. BARTZ Gruppe: SR/RT Praktikum Thema des Versuchs : Kennwertermittlung linearer Regelstrecken im Zeitbereich Versuch 2 Laborplatz Nr.: Name : Fachsemester : Vorname : Versuchsdatum : Matr. Nr. : Abgabedatum : Vortestat : Endtestat : Bitte beachten Sie folgende Punkte: Bitte bearbeiten Sie folgende Punkte und legen Sie die Ausarbeitung erneut vor: Einleitung: An elektronischen bzw. elektromechanischen Modellen sowie mittels des CAE-Programms SimTool sollen die Eigenschaften von Strecken mit und ohne Ausgleich im Zeitbereich ermittelt werden. Zur Verfügung stehende Modelle: Ausgleichsstrecken mit Verzögerung 0-ter bis 3-ter Ordnung (elektronisch) Totzeitstrecke (elektronisch) Integralstrecke (elektromechanisch) Dokument : D:\Daten\FH\RT\Prakt\03_04\RT02n.doc zuletzt bearbeitet am : :28 / RBz

2 1. Bestimmung der Zeitkonstanten einer P-T 1 Strecke des elektronischen Modells Nehmen Sie mit den elektronischen Modellen und BORIS die Sprungantworten einer P-T 1 Strecke für die Einstellungen K S = 1, τ 1 = 1s, τ 1 = 2s und τ 1 = 5s auf und bestimmen Sie aus der Messung die Zeitkonstanten. Zeichnen Sie je ein Diagramm mit den Signalverläufen für a) K S = 1, τ 1 = 1s, τ 1 = 2s und b) K S = 1, τ 1 = 1s, τ 1 = 5s τ 1 /s eingestellt τ 1 /s gemessen Leistungslose Reihenschaltung von P-T 1 Gliedern mit gleichen Zeitkonstanten Bestimmen Sie mit SimTool die Sprungantworten der Reihenschaltung von 2 und 3 P-T 1 Strecken mit K S = 1 und τ s = 1s. Für diese beiden Strecken soll überprüft werden, inwieweit ihre Streckenparameter K S und τ s ermittelt werden können, wenn nur die Sprungantworten bekannt sind. Bestimmen Sie dazu aus den Messungen jeweils die Verzugszeit T u und Ausgleichzeit T g. Zur Schätzung der Streckenparameter sind folgende Methoden bekannt: T n T u g Schätzung der Ordnung der Strecke (für 2 n 10 mit n IN) τ sa T u 2 n Schätzung der Ersatzzeitkonstante (Nachbildung A) τ sb 1 0,7Tg n T 1 0,7 T u g 2. Schätzung der Ersatzzeitkonstante (Nachbildung B) (nach Schaedel) Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 2 von 9

3 P-T2 Strecke : K S1, τ s1 K S2, τ s2 P-T3 Strecke : K S1, τ s1 K S2, τ s2 K S3, τ s3 Tragen Sie die Messwerte und berechneten Werte für die Nachbildungen in die Tabelle ein. Messung Ordnung Nachbildung A Nachbildung B Strecke T u /s T g /s n τ sa /s τ sb /s P-T 2 P-T 3 Zeichnen Sie für jede der beiden Regelstrecken die Original-Sprungantwort und die Sprungantworten der beiden Nachbildungen in dasselbe Diagramm und vergleichen Sie die Sprungantworten. Kommentieren Sie schriftlich die Ergebnisse der Nachbildungen: Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 3 von 9

4 3. Sprungantwort einer Totzeitstrecke mit Verzögerung 1. Ordnung Nehmen Sie die Sprungantwort der elektronischen Totzeitstrecke mit Verzögerung 1.Ordnung an der Modellwand mit Hilfe von BORIS auf und bestimmen Sie grafisch aus der Sprungantwort den Übertragungsbeiwert K S, die Totzeit T t und die Verzögerungszeit τ s. K S1 = 1, τ s = 2s K = 1, T t = 2s K S = Messergebnisse: T t = τ s = 4. Sprungantwort einer integralen Regelstrecke Anm.: Stellen Sie zu Anfang jeder Messung den weißen Zeiger des Modells auf ca Nehmen Sie die Sprungantwort der elektromechanischen I-Strecke mit BORIS auf und bestimmen Sie grafisch aus der Sprungantwort den Integrierbeiwert K IS der Strecke. Wie lautet die Formel zur Berechnung von K IS? Ermitteln Sie den Zahlenwert von K IS. K IS = = 4.2 Nehmen Sie die Sprungantwort der Reihenschaltung der I - Strecke nach Punkt 4.1 mit einer Strecke 1. Ordnung mit K S = 1 und τ s = 3s mit BORIS auf. K S1 = 1, τ s = 3s K IS Bestimmen Sie grafisch aus der Sprungantwort die Streckenparameter K IS und τ s. K IS = τ s = Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 4 von 9

5 Erläutern Sie Ihre Beobachtungen: 5 Leistungslose Reihenschaltung von P-T 1 Gliedern mit ungleichen Zeitkonstanten Nehmen Sie die Sprungantworten für folgende Anordnungen mit ungleichen Zeitkonstanten mittels des CAE-Programms SimTool auf. P-T2 Strecke : K S1 = 1, τ s1 = 1s K S2 = 1, τ s2 = 5s P-T3 Strecke : K S1 = 1, τ s1 = 1s K S2 = 1, τ s2 = 1s K S3 = 1, τ s3 = 5s P-T4 Strecke : K S1 = 1, τ s1 = 1s K S2 = 1, τ s2 = 1s K S3 = 1, τ s3 = 1s K S4 = 1, τ s4 = 5 Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 5 von 9

6 Für diese Regelstrecken soll überprüft werden, inwieweit sie aus n in Reihe geschalteten Verzögerungsgliedern gleicher Zeitkonstante nachgebildet werden können, wenn nur die Sprungantworten bekannt sind. Bestimmen Sie dazu wie in Punkt 2.1 jeweils n sowie T u und T g und daraus dann die Zeitkonstanten für die beiden Nachbildungen τ sa und τ sb. Messung Ordnung Nachbildung A Nachbildung B Strecke T u /s T g /s n τ sa /s τ sb /s P-T 2 P-T 3 P-T 4 Vergleichen Sie für jede der drei vorgegebenen Strecken die Sprungantwort der Original- Strecke mit der ihrer beiden Nachbildungen (durch Übereinanderzeichnen und anschließendem Ausdruck der Signalverläufe). Kommentieren Sie schriftlich die Unterschiede: Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 6 von 9

7 HINWEISE ZU RT-VERSUCH 2 Allgemeines 1. Bestimmung von Zeitkonstanten bei P-T 1 Strecken: Grundsätzlich gibt es zwei verbreitete Methoden, die Zeitkonstante τ einer P-T 1 Strecke aus ihrer Sprungantwort grafisch zu ermitteln: 100% 63% τ t 0% τ t A: Im Nullpunkt (Zeitpunkt der Sprunganregung) wird eine Tangente an den Kurvenverlauf angelegt. Der Schnittpunkt dieser Tangente mit dem Wert der Sprungantwort für t entspricht der gesuchten Zeitkonstanten τ. B: Wenn der Amplitudenbereich, den die Sprungantwort von t=0s (Zeitpunkt der Sprunganregung) bis t durchläuft mit 100% bezeichnet wird, kann bei ca. 63% die gesuchte Zeitkonstante τ abgelesen werden. Wegen der deutlich höheren Ablesegenauigkeit empfiehlt sich die Verwendung von Methode B. 2. Bestimmung von Verzugs- und Ausgleichzeit bei P-T n Strecken: Aus der Sprungantwort einer P-T n Strecke können die beiden Kennwerte Verzugszeit T u und Ausgleichzeit T g durch Anlegen einer Tangente im Wendepunkt wie folgt grafisch ermittelt werden: t T u T g Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 7 von 9

8 Simulations-Software (SimTool) In Unterpunkt 2 und 5 wird die Simulations-Software SimTool eingesetzt. Sie wird unter dem Icon SimTool 5.88s vom Desktop aus gestartet (und läuft in einem DOS-Fenster). Zur Bedienung von SimTool sollten Sie folgende Hinweise beachten: 1. Verwenden Sie bitte nur die folgenden Einstellungen ( Einstellungen Zeit-, Frequenzbereich ): Abtastzeit = 0,05s 2. Verwenden Sie bitte eine Standard-Regelkreis Anordnung ( Auswahl Standard- Regelkreis 1 ). 3. Klicken Sie den sogenannten Slot S0 mit der Maus an und wählen Sie dort ein geeignetes Modul aus (Für diesen Versuch: Modulauswahl Strecke P-T4 (1) ). Es erscheint eine Dialogbox mit den Parametern einer P-T4-Strecke. Nur diese Strecke sollten Sie verwenden! 4. Mit der <Tab>-Taste oder der Maus erreichen Sie die Eingabefelder. Nach Eingabe der Parameter (0 ist zulässig ) klicken Sie auf den Button OK. 5. Mit dem Button Messpunkte können Sie selektieren, welche Signalverläufe Sie in der Grafik-Darstellung sehen wollen; wählen Sie hier lediglich das Signal x. 6. Die Simulation im Zeitbereich wird durch Betätigen des Buttons Grafik zeigen gestartet. 7. Klicken Sie nun das Grafikfenster an. Eine Wendetangente wird mit der Tastenkombination <Alt > + <Pos1> gezeichnet. Die Kennwerte Tu und Tg werden automatisch berechnet und angezeigt. 8. Zum Übereinanderzeichnen der originalen und der nachgebildeten Streckenantworten wählen Sie in der Menüzeile am oberen Bildschirmrand den Eintrag Grafik Funktionenzuordnung. Hier klicken Sie auf Hinzufügen. Um evtl. den letzten hinzugefügten Signalverlauf zu löschen, wählen Sie Grafik löschen. 9. Gehen Sie nun mit dem Mauszeiger zur Statuszeile am unteren Bildschirmrand und klicken Sie den Eintrag Wirk.plan an. Es erscheint wieder der Signalflussplan. Sie können nun analog zu Punkt 1 und 2 die Parameter der Regelkreiselemente verändern und wie unter Punkt 3 beschrieben eine weitere Simulation starten. 10. Werden Signalverläufe übereinandergezeichnet, so verwendet SimTool eine bestimmte Farbreihenfolge: gelb, blau, rot, grün usw. 11. Der Ausdruck der Grafik erfolgt mit der Tastenkombination <Strg> + <Druck>. Während des Ausdrucks müssen Sie im DOS-Fenster bleiben; ein Wechsel in eine andere Windows-Anwendung kann den weiteren Ausdruck ggf. blockieren. Eine Demo-Version von SimTool kann über die Internet-Homepage des Instituts ( heruntergeladen werden. Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 8 von 9

9 Modellwand und Datenerfassungs-Software (Boris) Von der Modellwand werden in diesem Versuch verwendet: Sprunggenerator; er sollte auf eine Sprunghöhe im Bereich 1..2V eingestellt sein. Totzeitglied Proportional-Regelstrecke Integrale Strecke Die Verkabelung der Modellwand ist vorbereitet. Sie sollten sich bei Beginn des Versuches ein Bild vom Versuchsaufbau machen und diesen überprüfen. Vor jeder Messung ist ein RESET durchzuführen. Aufzeichnungs-Software (BORIS) Die Aufzeichnung der Signale von der Modellwand erfolgt PC-gestützt mittels einer Analog-I/O Karte und der Software BORIS. Über einen analogen Ausgang kann an der Modellwand ein Sprung der Führungsgröße ausgelöst werden. Über zwei analoge Eingänge können Sprungantwort (Eingang 1) Führungsgröße (Eingang 2) aufgezeichnet werden. BORIS wird vom Desktop aus mittels des Icon Boris Identifikation P_Strecke aufgerufen. Die Funktionsweise von BORIS ist frei definierbar, für diesen Versuch aber bereits vorbereitet. Zur Bedienung von BORIS sollten Sie folgende Hinweise beachten: 1. Ein Sprung mit Aufzeichnung der Signale wird durch das Start-Icon unterhalb der Menü-Leiste von BORIS ausgelöst. 2. Sie können die Skalierung des Diagramms an die aktuellen Signalverläufe anpassen, indem Sie im Diagramm-Fenster das Icon Automatisch skalieren aktivieren (ganz rechts). 3. Sie können zu einem Diagramm (mit Signalverläufen einer Messung) die Signalverläufe der folgenden Messung hinzufügen, indem Sie im Diagramm-Fenster das Icon Kurven einfrieren aktivieren (ganz rechts). Die Signalverläufe der jeweils älteren Messung werden gestrichelt dargestellt. Ein erneutes Betätigen des Icon macht diese Funktion rückgängig. 4. Ein Ausdruck der Diagramme erfolgt über einen entsprechenden Menüpunkt des Diagramm-Fensters. 5. Eine genaue Vermessung der Signalverläufe kann mittels Cursoren vorgenommen werden, indem im Diagramm-Fenster das Icon Messmodus ein/aus aktiviert wird. Praktikum : RT2 - Kennwertermittlung im Zeitbereich Seite 9 von 9