Peter F. Orlowski. Praktische Regeltechnik

Transkript

1 Peter F. Orlowski Praktische Regeltechnik

2 Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH

3 Peter F. Orlowski Praktische Regeltechnik Anwendungsorientierte Einführung für Maschinenbauer und Elektrotechniker Fünfte überarbeitete Auflage mit 306 Abbildungen, 77 Beispielen und 40 Aufgaben samt Lösungen i Springer

4 Prof. Dipl.-Ing. Peter F. Orlowski Fachhochschule Gießen-Friedberg Wiesenstraße 14 D Gießen Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Orlowski, Peter F.: Praktische Regeltechnik: anwendungsorientierte Einführung fur Maschinenbauer und Elektrotechniker I Peter F. Orlowski. 5., Uberarb. Aufl. - Berlin.. Heidelberg.. New York.. Barcelona.. Hongkong.. London.. Mailand.. Paris.. Singapur.. Tokio : Springer, 1999 Additional material to tbis book can be downloaded from bttp:/lextras.springer.com ISBN DOI / ISBN (ebook) Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigungdieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur inden Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergutllngspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag BerlinHeidelberg 1999 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werkdirekt oder indirekt auf Gesetze, V<;>rschriften oder Richtlinien (z.b. D1N, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr fur Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Umschlaggestaltung: Struve und Partner; Heidelberg Satz: Reproduktionsfertige Vorlagen des Autors SPIN: / I 0 - Gedruckt auf säurefreiem Papier

5 geh nichts ersehnend hin und sage ja

6 Vorwort Die vorliegende fünfte Auflage des Buches ist eine Überarbeitung und Ergänzung der vierten Auflage. Einige Aspekte regeltechnischer Entwicklung sind hinzugekommen. Hier ist der vom Autor zum ersten mal angegebene FRt-Regelalgorithmus zu nennen, der in weiten Teilen dem bekannten PID -Regler überlegen ist und keinerlei Reglerparameter benötigt, selbstanpassend wirkt. Das Programm SIMLER-PC, welches sich in Praxis und Lehre sehr bewährt hat, liegt nun in der Version 5.0 auf CD-ROM vor (in Deutsch, Englisch, Französisch, Spanisch; lauffähig unter DOS 6.x, WINDOWS 3.x, sowie WINDOWS 95 und WINDOWS NT). Es ist diesem Buch als Demo Programm beigelegt. Linden, Sommer 1998 Peter F. Orlowski

7 Inhaltsverzeichnis 1 Grundbegriffe der Regeltechnik Steuerung Regelung Begriffe und Definitionen Wirkschaltplan, Blockschaltplan Berechnung von Regelkreisen Stationäres Verhalten Verstärkungen Störgrößen Statische Kennlinien Dynamisches Verhalten Differentialgleichungen Sprung-, Rampen- und Fahrkurvenfunktion Komplexe Rechnung..., Carson-Laplace-Transformation Übertragungsfunktion und Frequenzgang Regelkreisglieder und ihr Aufbau Lineare Regelkreisglieder P-Glied I-Glied D-G lied PI-Regler PD-Regler PID-Regler PTI-Glied PT2-Glied und PTn-Glied PTt-Glied PTa-Glied Nichtlineare Regelkreisglieder Linearisierung

8 x Beschreibungsfunktion Umformen von Blockschaltplänen Regeln für lineare Regelkreisglieder Regeln für nichtlineare Regelkreisglieder Komponenten der Automatisierung Regler Aufbau Wirkungsweise Praktische RegiereinsteIlung Sollwertgeber Stellgeräte Stromrichter Ventile Stellmotoren Schütze, Relais Meßeinrichtungen Stabilitätskriterien und Optimierung Stabilitätsbegriff Bode-Diagramm Nyquist-Kriterium Zwei-Ortskurven-Verfahren (Z.O.V.) Optimierung von Regelkreisen Integralkriterien Symmetrisches Optimum Aufhebungskompensation Störgrößenaufschaltung Kaskadenregelung Adaptive Regelung Abtastregelung Ausgewählte Beispiele der Regeltechnik Kontinuierliche Regelungen Temperaturregelungen Stoffgemischregelungen Zwei- und Dreipunktregelungen

9 XI Geschwindigkeitsregelung eines Schachtförderers Drehzahlregelung von Asynchronmaschinen Regelung von Wickel antrieben für Stoffbahnen Banddickenregelung Regelung einer Streckrichteinheit Zeitdiskrete Regelungen Piezoelektrische Regelung einer Meßtischachse Regelung von Roboterantrieben mit Rechner Regelung von Asynchronmotoren mit Mikrorechner Digitale Regelung von Fräsmaschinen mit CNC ph-wert-regelung zur Abwasser-Neutralisation Rechner-Simulation und -Optimierung Das Programmpaket SIMLER-PC ; Hardware und Schnittstellen Menü-Führung und Programm-Handhabung Strecken-Identifikation und Regler-Optimierung Stabilitätsaussage Anwendungen Das Bode-Diagramm Das Nyquist-Diagramm Das Übergangsverhalten Lösungen zu den Aufgaben Schaltzeichen für Übersichts schaltpläne Li t e rat u r ver z e ich n i s Mathematische und Elektrotechnische Grundlagen Bücher zu den Grundlagen der Regeltechnik Vertiefende Bücher zur Regeltechnik Aufsätze und Datenblätter Zum Rechnergestützten Regelkreisentwurf S ach ver z e ich n i s

10 Markierung wichtiger Tabellen Tabelle 2.2 Korrespondenztabelle der Carson-Laplace-Transformation Tabelle 3.1 Zusammenfassung der wichtigsten linearen Regelkreisglieder Tabelle 3.2 Hinweise zur Abschätzung von Strecken-Zeitkonstanten Tabelle 3.3 Beispiele industrieller Regelstrecken in Kurzform Tabelle 3.4 Zusammenfassung der wichtigsten nichtlinearen Regelkreisglieder.. 121