Praktische Regeltechnik: Anwendungsorientierte Einführung für Maschinenbauer und Elektrotechniker

498 Pages·2008·14.727 MB·German

by  Peter F. Orlowski (auth.)

Praktische Regeltechnik
Peter F. Orlowski
Praktische Regeltechnik
Anwendungsorientierte Einführung für
Maschinenbauer und Elektrotechniker
7., bearbeitete Auflage
123
ProfessorDipl.-Ing.PeterF.Orlowski
FachhochschuleGießen-Friedberg
ElektrischeAntriebe,Regeltechnik,
AngewandteElektronik
Wiesenstr.14
35390Gießen
Deutschland
[email protected]
ISBN978-3-540-68747-4 e-ISBN978-3-540-68759-7
DOI10.1007/978-3-540-68759-7
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wiss e Volle nd ung

ge treu den Wur zeln
Vor wort
Die vor lie gen de siebte Auf la ge des Bu ches ent spricht in we sent li chen Teilen
der sechsten Auf la ge. Es wur den ei ni ge re gel tech ni sche Aspek te und Aufgaben
hin zu ge fügt, welche die weit rei chen de Anw endb ar keit des Werkes für ein
Di plom- oder Ba che lor stu di um un ter strei chen. Au ßer dem wur de das sieb te
Ka pi tel be züg lich der WIND OWS-An wen dun gen neu be ar bei tet.
Die Zu sam men hän ge für die Reg ler op ti mie rung im Bode-Dia gramm und dem
Sym me tr ischen Op ti mum wur den di dak tisch neu auf be rei tet. Die ma the ma ti -
sche Be hand lung von Ope ra tions ver stär ker schal tun gen ist neu ge faßt wor den.
Im 8. Ka pi tel fin den sich zu sätz li ch für Stu die ren de ei ni ge ty pi sche Klau sur -
bei spie le der Re gel tech nik zum ver tief ten Ein üben des Stof fes mit Lösungen.
Das Si mul a tions pro gramm SIM LER-PC liegt in der Ver sion 5.1 vor. Es ist
vier spra chig und lauf fä hig un ter al len WIND OWS-Versionen. Dar in wird der
neue FRt-Reg ler al go rith mus (Wur zel re kur sion) industriebezogen angewendet
und die Op ti mie rungs mög lich kei ten zur Ein stel lung von Re gel krei sen ver bes -
sert.
SIM LER-PC ist in we sent li chen Tei len den An wen dungs mög lich kei ten von
z.B. MAT LAB überl e gen, da es eine adap ti ve On-line-Op ti mier ung der Reg ler-
und Soll wert-Pa ram e ter ent hält.
SIML ER-PC läßt sich in der Vollv ers ion kos tenl os aus dem Int ern et heru nt er-
la den un ter: www.mmew.fh-gies sen.de/dienst lei stun gen/Downlo ad.
Zwei Dat eie n mit den Namen: Siml er-PC*.ZIP und Siml er-PC*.PDF.
Lin den, Sommer 2008 Pe ter F. Orl owski
In halts ver zeich nis
1 Grund be grif fe der Re gel tech nik .................. 1
1.1 Steue rung .............................................................. 1
1.2 Re ge lung ............................................................... 3
1.3 Be grif fe und De fi ni tio nen ....................................... 5
1.4 Wirk schalt plan, Block schaltplan ............................. 7
2 Be rech nung von Re gel krei sen .................... 10
2.1 Sta tio nä res Ver hal ten ............................................. 10
2.1.1 Ver stär kung en .............................................. 10
2.1.2 Stör grö ßen ................................................... 12
2.1.3 Sta ti sche Kenn li nien ..................................... 18
2.2 Dy na mi sches Ver hal ten .......................................... 26
2.2.1 Diff er en ti al glei chun gen ................................. 27
2.2.2 Sprung-, Ramp en- und Fahr kur ven funkt ion ..... 29
2.2.3 Komp le xe Rech nung ..................................... 36
2.2.4 Car son-La pla ce-Trans form at ion .................... 38
2.2.5 Über tra gungs funkt ion und Fre quenz gang ........ 4477
3 Re gel kreis glie der................................... 60
3.1 Li nea re Re gel kreis glie der ..................................... 64
3.1.1 P-Glied ..................................................... 64
3.1.2 I-Glied ....................................................... 67
3.1.3 D-Glied ...................................................... 72
3.1.4 PI-Reg ler ................................................... 73
3.1.5 PD-Regl er ................................................. 78
3.1.6 PID-Regl er ................................................ 82
3.1.7 PT1-Glied ................................................. 87
3.1.8 PT2-Glied und PTn-Glied ............................ 94
3.1.9 PTt-Glied ................................................. 105
3.1.10 PTa-Glied ............................................... 109
X In halts ver zeich nis
3.2 Nicht li nea re Re gel kreis glie der .............................. 120
3.2.1 Li nea ri sie rung ............................................. 120
3.2.2 Bes chrei bungs funkt ion ................................. 123
3.3 Umf orm en von Block schaltplänen .......................... 135
3.3.1 Reg eln für li nea re Re gel kreis glie der ............. 135
3.3.2 Reg eln für nicht li nea re Re gel kreis glie der ...... 136
4 Kom po nen ten der Au to ma ti sie rung ............ 141
4.1 Regl er ................................................................ 141
4.1.1 Aufb au Wirk ungs wei se ................................ 142
4.1.2 Prak ti sche Reg ler ein stel lung ........................ 147
4.2 Soll wert ge ber ...................................................... 154
4.3 Stell ge rä te .......................................................... 159
4.3.1 Stromr ich ter ............................................... 159
4.3.2 Vent i le ....................................................... 164
4.3.3 Stell mot o ren ............................................... 167
4.3.4 Schüt ze, Re lais ........................................... 170
4.4 Me ß ein rich tun gen ................................................ 172
5 Sta bi li täts kri te rien und Op ti mie rung ......... 177
5.1 Sta bi li täts be griff .................................................. 177
5.2 Bode-Dia gramm ................................................... 181
5.3 Ny quist-Kri te ri um ............................................... 196
5.4 Zwei-Orts kur ven-Ver fah ren (Z.O.V.) .................... 211
5.5 Re gel kreis op ti mie rung ......................................... 224
5.5.1 In te gral kri te rien ......................................... 224
5.5.2 Symm et ri sches Op ti mum ............................. 233
5.5.3 Aufh e bungs komp en sa tion ............................ 240
5.5.4 Stör grö ßen aufs chal tung ............................... 245
5.5.5 Kask a den re ge lung ....................................... 248
5.5.6 Adapt i ve Reg e lung ...................................... 253
5.5.7 Abt ast re ge lung ............................................ 257
Inhaltsverzeichnis XI
6 Aus ge wähl te Bei spie le der Re gel tech nik ...... 265
6.1 Kon ti nu ier li che Re ge lun gen .................................... 265
6.1.1 Temp e ra tur re ge lun gen ................................... 265
6.1.2 Stoffg e mischr e ge lun gen ................................ 273
6.1.3 Zwei- und Drei punkt re ge lun gen ..................... 281
6.1.4 Ges chwin dig keits re ge lung für Schacht förd e rer 291
6.1.5 Dreh zahl re ge lung von Asyn chron mas chi ne ..... 298
6.1.6 Reg e lung von Wick elantrieben für Stoffb ah nen ..3..05
6.1.7 Bandd ic kenregelung ..................................... 321
6.1.8 Reg e lung ei ner Streck richteinheit .................. 328
6.2 Zeit dis kre te Re ge lun gen ......................................... 332
6.2.1 Piez oe lekt ri sche Reg el ung ein er Meßt isch achs e 332
6.2.2 Reg e lung von Rob ot er an trie ben mit Rechn er.... 336
6.2.3 Reg e lung von Asyn chron mot o ren mit Rechn er 341
6.2.4 Dig i ta le Re ge lung von Fräs mas chi nen mit CNC 345
6.2.5 pH-Wert-Re ge lung zur Ab wass er-Neu tra li sa tion .3.5. 0
7 Rech ner-Si mu la tion und -Op ti mie rung.......... 354
7.1 Das Pro gramm pa ket SIM LER-PC ............................ 354
7.1.1 Hard war e und Schnitts tel len .......................... 355
7.1.2 Menü-Füh rung und Pro gramm-Hand ha bung ..... 356
7.1.3 Iden ti fik a tion und Reg ler-Op ti mier ung ........... 359
7.1.4 Sta bi li täts aus sa ge ......................................... 362
7.2 An wen dun gen ....................................................... 363
7.2.1 Das Bode-Dia gramm ..................................... 363
7.2 2 Das Nyq uist-Dia gramm ................................. 366
7.2.3 Das Über gangs ver hal ten ................................ 369
8 Lö sun gen zu Auf ga ben und Klau su ren ......... 400
8.1 Auf ga ben .............................................................. 400
8.2 Klau su ren ............................................................. 456
XII Inhaltsverzeichnis
9 Schalt zei chen für Über sichts schalt plä ne ...... 473
10 Li te ra tur ver zeich nis .............................. 476
10.1 Ma the ma ti sche und Elek tro tech ni sche Grund la gen 476
10.2 Büc her zu den Grund la gen der Re gel tech nik .......... 477
10.3 Ver tie fen de Bü cher zur Re gel tech nik .................... 478
10.4 Auf sät ze und Da ten blät ter ................................... 479
10.5 Zum Rech ner ge stütz ten Re gel kreis ent wurf ............ 481
10.6 Klei ne Weg be glei tung ......................................... 482
11 Sach ver zeich nis .................................... 483
1 Grund be grif fe der Re gel tech nik
Die Lö sungs mit tel zur Füh rung in du striel ler Pro zes se bzw. An la gen sind
Steue rungs- und Re gel ein rich tun gen. Bei de un ter schei den sich prin zi piell in
ihrer Wirkungsweise.
1.1 Steue rung
Kennz ei chen der Steue rung ist, daß die Si gnal über tra gung nur in ei ner Rich -
tung er folgt. Man spricht auch von ei nem off en en Wir kungs ab lauf. Die ein zel -
nen Steu er glie der sind hin ter ein an der ge schal tet zu ei ner Steu er ket te. Es er-
folgt kei ne Rückm eldung über den augen blick lichen Zu stand des zu steu ern -
den Proz ess es. Bei jed em Steue rg lied steht die Eing angsg röß e mit der Aus-
Bild 1.1 Schema einer Durchfluß-Steuerung