Versuchsanleitung Zweipunktregelung. Versuch. Zweipunktregelung. Kennenlernen typischer Eigenschaften und Berechnungsmethoden von Zweipunktregelungen

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Volker Böhm
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1 Otto-von-Guericke Universität Magdeburg Fakultät für Elektrotechnik Institut für Automatisierungstechnik Versuch Zweipunktregelung Versuchsziel: Kennenlernen typischer Eigenschaften und Berechnungsmethoden von Zweipunktregelungen 1. Allgemeines Zweipunktregler sind nichtlineare Übertragungsglieder mit folgender statischer Kennlinie: Abbildung 1: statische Kennlinie eines Zweipunktreglers Charakteristisch für den Zweipunktregelkreis ist eine stationäre nichtlineare Schwingung( Pendelung) der Regelgröße. Die Güte der Regelung wird durch folgende Kenndaten bestimmt: A T E, T A Δx B T P - Pendelamplitude - Ein- bzw. Ausschaltzeit - mittlere bleibende Regelabweichung - Pendelperiode Bei der analytischen Untersuchung, insbesondere zur Berechnung der genannten Güteparameter wird i.a. von folgenden Näherungen ausgegangen: - Die i.a. exponentiellen Verläufe x(t) der Pendelbewegung werden durch Geraden ( Anstieg x auf, Abfall x ab im Arbeitspunkt x soll ) genähert. - Die Dynamik der Regelstrecke wird durch eine T t - T Charakteristik ( Totzeit und Verzögerung 1. Ordnung) approximiert. 1

Allgemeines Zweipunktregler sind nichtlineare Übertragungsglieder mit folgender statischer Kennlinie: Abbildung 1: statische Kennlinie eines Zweipunktreglers Charakteristisch für den

2 2. Grafische Darstellung des Regelvorganges/ Güteparameter Ausgehend für die Darstellung des Regelvorganges und die Verläufe der Regelgröße x(t) und der Stellgröße y(t) sei eine P- Regelstrecke mit dem Frequenzgang k jωt F t s = e 1+ jωt und den skizzierten Sprungantworten: Abbildung 2: Sprungantworten der Regelstrecke Der untere Wert x 0 des Regelbereiches ergibt sich aus den Umgebungsbedingungen bzw. durch eine zusätzliche Grundlastaufschaltung. Der Regelbereich Δx und der maximal erreichbare Wert x max der Regelgröße resultiert aus der Schaltleistung P des Reglers und dem Übertragungsfaktor k S der Strecke. Der Regelvorgang ist als Geradenapproximation im nachfolgenden Bild dargestellt. Aus einfachen geometrischen Beziehungen lassen sich die interessierenden Größen ableiten. 2

Umgebungsbedingungen bzw. durch eine zusätzliche Grundlastaufschaltung.

3 Abbildung 3: Verläufe der Regel- und Stellgröße, Regelgüteparameter 3. Versuchsaufbau Der Laborversuch besteht aus einer Temperaturregelstrecke, einem elektronischen Zweipunktregler und einem y-t- Schreiber zur Aufzeichnung der Verläufe von Regelund Stellgröße. Regelstrecke und Regler sind in einem Gefäßsystem untergebracht. Die Frontplatte zeigt das Schema des Regelkreises. 3

Zweipunktregler und einem y-t- Schreiber zur Aufzeichnung der Verläufe von Regelund Stellgröße.

4 Abbildung 4: Schema des Versuchsmodells Die Regelstrecke besteht aus einem Lüfter, einer elektrischen Heizung als Stelleinrichtung, einem Hohlkörper (Volumen 9 Literl) und einem Auslaufrohr mit Messfühler( Widerstandsthermometer Pt100) zur Erfassung der Regelgröße Lufttemperatur. Lüfterstrom und Stellleistung sind in je 5 Stufen einstellbar. Am Regler kann frontseitig der Sollwert w eingestellt und in geringem Umfang die Hysterese H geändert werden. Angezeigt werden die Werte Sollwert, Regelgröße und der Zustand der Stellgröße. 4. Vorbereitung Ableitung der Beziehungen für Pendelamplitude, bleibende Regelabweichung bzw. Ein- und Ausschaltzeit Grafische Darstellung der Funktionen in einem Diagramm ΔxB = f, einmal für ΔxS = 0 sowie für Tt = 0 Δx TE = f Δx TE = f T Δx A Diskussion der Diagramme und erste Aussagen über die optimale Reglerbemessung 4

Am Regler kann frontseitig der Sollwert w eingestellt und in geringem Umfang die Hysterese H geändert werden. Angezeigt werden die Werte Sollwert, Regelgröße und der Zustand der Stellgröße. 4.

5 5. Versuchsdurchführung 5.1 Aufnahme von Sprungantworten Für vorgegebene Einstellwerte( Tabelle liegt am Versuchsplatz aus) sind die Sprungantwortfunktionen der Regelstrecke für den Aufheiz- und den Abkühlvorgang mit einem y-t- Schreiber aufzuzeichnen. 5.2 Untersuchungen am geschlossenen Regelkreis Für vorgegebene Einstellwerte( Tabelle liegt am Versuchsplatz aus) sind Regel- und Stellgrößenverläufe mit einem y-t- Schreiber aufzuzeichnen. 6. Auswertung Auswertung der Sprungantworten der Regelstrecke und Ermittlung approximierter Streckenmodelle Auswertung der Uäntersuchungen am geschlossenen Regelkreis; Ausmessen der Zeitverläufe x(t), Y(t) und Bestimmung von Parametern der Regelgüte Überprüfung und Vergleich der Regelgüte mitttels Rechnung unter Verwendung approximierter Streckenmodelle Diskussion der Ergebnisse 7. Literatur W. Oppelt Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge, Verlag Technik Berlin Mann, et al. Einführung in die Regelungstechnik, Hanser Verlag E. Samal Grundriss der praktischen Regelungstechnik, Band 1, Verlag R. Oldenbourg, München Töpfer, Rudert Einführung in die Automatisierungstechnik, Verlag Technik Berlin G. Hartmann Regelkreise mit Zweipunktreglern (Heft 33 der Reihe Automatisierungstechnik), Verlag Technik Berlin 5

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