Einführung in die Regelungstechnik Alexander Schaefer 1
Inhalt Was ist Regelungstechnik? Modellbildung Steuerung Anwendungsbeispiel Regelung Reglertypen 2
Was ist Regelungstechnik? Ingenieurwissenschaft von der gezielten Beeinflussung des Verhaltens technischer Systeme 3
Anwendungsbeispiel: Tempomat Auch: Geschwindigkeitsregelanlage Hält die vorgegebene Geschwindigkeit unabhängig von Störeinflüssen, z. B. Gegenwind, Berg und Talfahrt 4
Schritte zur Lösung der Regelungsaufgabe 1. Modellbildung 2. Steuerung 3. Regelung 4. Steuerung und Regelung 5
Modellbildung Definition: Erstellung eines vereinfachten Abbilds der Realität Modelle in der Regelungstechnik: Blockschaltbilder 6
Tafelanschrieb zur Modellbildung I 7
Tafelanschrieb zur Modellbildung II Symbol u(t) Bezeichnung Strecke Stellgröße Bedeutung im Beispiel Motor und Antriebsstrang Drosselklappenstellung y(t) z(t) Ausgangsgröße Störgröße Fahrzeuggeschwindigkeit Wind, Berg und Talfahrt... 8
Steuerung Generiert aus der Führungsgröße die Stellgröße: w( t) u( t) +Einfache Umsetzung +Gutes Führungsverhalten Keine Berücksichtigung der Störeinflüsse 9
Tafelanschrieb zur Steuerung I 10
Tafelanschrieb zur Steuerung II Symbol u(t) w(t) y(t) z(t) Bezeichnung Strecke Stellgröße Führungsgröße Ausgangsgröße Störgröße Bedeutung im Beispiel Motor und Antriebsstrang Drosselklappenstellung Vorgabegeschwindigkeit Fahrzeuggeschwindigkeit Wind, Berg und Talfahrt... 11
Mechanisch Elektrisch Elektronisch Realisierung der Steuerung Wertetabelle Mathematische Funktion... 12
Regelung Generiert aus der Regelabweichung die Stellgröße: w( t) y( t) e( t) u( t) +Mindert die Störeinflüsse Schlechteres Führungsverhalten Kompliziertere Umsetzung 13
Tafelanschrieb zur Regelung I 14
Tafelanschrieb zur Regelung II Symbol u(t) w(t) y(t) z(t) e(t) Bezeichnung Strecke Stellgröße Führungsgröße Ausgangsgröße Störgröße Regelabweichung Bedeutung im Beispiel Motor und Antriebsstrang Drosselklappenstellung Vorgabegeschwindigkeit Fahrzeuggeschwindigkeit Wind, Berg und Talfahrt... Differenz zwischen Soll und Istgeschwindigkeit 15
Realisierung des Reglers Auswahl des Reglertyps je nach Regelaufgabe: P Regler PI Regler elektrisch / elektronisch PID Regler 16
P Regler Proportionalregler Übergangsverhalten: u(t) = K P e(t) K P... Verstärkung +Gute Dynamik +Einfacher Aufbau Keine stationäre Genauigkeit 17
Tafelanschrieb zum P Regler 18
PI Regler Proportional Integralregler Übergangsverhalten: u( t) K e( t) K e( ) d K P, K I... Verstärkungen +Stationäre Genauigkeit Schlechte Dynamik P I t 0 19
Tafelanschrieb zum PI Regler 20
PID Regler Proportional Integral Differentialregler Übergangsverhalten: u( t) K e( t) K e( ) d K P I e ( t) K P, K I, K D... Verstärkungen + Stationäre Genauigkeit + Hohe Dynamik D Anteil kann Stellgröße in Begrenzung treiben t 0 D 21
Steuerung und Regelung Kombiniert die Vorteile von Steuerung und Regelung: +Gutes Führungsverhalten (Steuerung) +Mindert die Störeinflüsse (Regelung) 22
Tafelanschrieb zu Steuerung und Regelung I 23
Tafelanschrieb zu Steuerung und Regelung II 24