Praktische Regeltechnik: Anwendungsorientierte Einführung für Maschinenbauer und Elektrotechniker

499 Pages·2013·30.277 MB·German

by  Peter F. Orlowski (auth.)

Praktische Regeltechnik
Peter F. Orlowski
Praktische Regeltechnik
Anwendungsorientierte Einführung für
Maschinenbauer und Elektrotechniker
10., überarbeitete Aufl age
Peter F. Orlowski
Elektrische Antriebe, Regeltechnik, Angewandte Elektronik
Technische Hochschule Mittelhessen
Gießen, Deutschland
ISBN 978-3-642-41232-5 ISBN 978-3-642-41233-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-41233-2
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wis se Voll en dung

ge treu den Wur zeln
Vor wort
Die vor lie gen de zehn te Auf la ge des be währ ten Bu ches der Re gel tech nik wur de
in ei ni gen Ka pi teln über ar bei tet. Es sind meh re re Auf ga ben mit Lö sun gen
dazu ge kom men.
Wei ter hin steht der kos ten freie Downlo ad des Si mul a tions pro gramms
SIM LER-PC 6.0 und der MAT LAB Si mu link Be nutz er ober flä chen mit PID-
Al go rith men zur Ver fü gung.
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bzw. der Ho me pa ge des Aut or un ter: www.prof-or lowski.jim do.com
Ebenf alls auf der Ho me pa ge des Aut ors find en sich Vi deos mit re gelt ech ni -
schen Auf ga ben stel lun gen.
Lin den, Somm er 2013 Pet er 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 Vers tärk ung en .............................................. 10
2.1.2 Stör grö ßen ................................................... 12
2.1.3 Stat is che Kennl in ien ..................................... 18
2.2 Dy na mi sches Ver hal ten .......................................... 26
2.2.1 Dif fer en ti al glei chun gen ................................. 27
2.2.2 Sprung-, Ramp en- und Fahr kur ven funkt ion ..... 29
2.2.3 Kom ple xe Rech nung ..................................... 36
2.2.4 Car son-La pla ce-Trans for ma tion .................... 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 Inhaltsverzeichnis
3.2 Nicht li nea re Re gel kreis glie der .............................. 120
3.2.1 Lin ear is ier ung ............................................. 120
3.2.2 Bes chrei bungs funkt ion ................................. 123
3.3 Um form 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 Auf bau Wir kungs 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 il e ....................................................... 164
4.3.3 Stell mot o ren und Li ne ar an trie be ................... 167
4.4 Me ß ein rich tun gen, Me ß um for mer .......................... 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 ter i 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 Sym me tri sches Op ti mum ............................. 233
5.5.3 Aufh e bungs komp en sa tion ............................ 240
5.5.4 Störg röß ena ufs chalt ung ............................... 245
5.5.5 Kas ka den re ge lung ....................................... 248
5.5.6 Adapt i ve Re ge lung ...................................... 253
5.5.7 Abt astr eg el ung ............................................ 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 Tem pe 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 Ge schwin dig keits re ge lung für Schacht för de 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 305
6.1.7 Bandd ick enregelung ..................................... 321
6.1.8 Reg e lung für das Streck richten ..................... 328
6.2 Zeit dis kre te Re ge lun gen ......................................... 332
6.2.1 Pie zo elek tri sche Re ge lung ei ner Meß tisch ach se 332
6.2.2 Re ge lung von Ro bo ter an trie ben mit Rech ner.... 336
6.2.3 Pitch-Re ge lung ei ner Wind kraft an la ge ........... 341
6.2.4 Di gi ta le Re ge lung von Fräs ma schi nen mit CNC 346
6.2.5 Po si tions re ge lung mit Li ne ar mo tor ................. 349
6.2.6 pH-Wert-Re ge lung zur Ab was ser-Neu tra li sa tion 351
7 Si mu la tion, Op ti mie rung mit SIM LER-PC..... 354
7.1 Das Pro gramm SIM LER-PC und Re gel al go rith men.... 354
7.1.1 Hard war e und Schnitt stel len .......................... 355
7.1.2 Menü-Füh rung und Pro gramm-Hand ha bung ..... 356
7.1.3 Iden ti fi ka tion und Reg ler-Op ti mie rung ........... 359
7.1.4 Sta bi li täts aus sa ge ......................................... 362
7.2 An wen dun gen ....................................................... 363
7.2.1 Das Bode-Diag ramm ..................................... 363
PID-Regl er und PT1-PT2-PTt-I-Strec ke .......... 363
PID-Regl er mit und ohne Be gren zung ............. 364
7.2 2 Das Nyq uist-Diag ramm ..................................... 366
PID-Regl er und Strec ke 4. Ord nung ................ 367
XII Inhaltsverzeichnis
7.2.3 Über gangs ver hal ten und Reg ler al go rith men.... 369
PID-Regl era lg or ithm en ................................. 370
Sprung ant wort P-, PI- und PID-Reg ler ............ 374
Fahr kur ven ant wort nicht op ti mal er PID-Reg ler 374
Stör sprung nach PT3-Strec ke ......................... 377
Fahr kur ven ant wort + Stö rung bei t=Tst ........... 377
Opt i mier ung All paß-Strec ke mit FRa-Reg ler .... 380
Opt im al e Brück enkranregelung mit FRa-Reg ler 382
Opt i mier ung ei ner Kas ka den re ge lung ............. 384
Eins tellw ert e PID-Regl er im Verg leich ........... 390
Regl era lg or ithm us FRt-Wur zel re kur sion........... 393
Durch fluß-Re ge lung mit Schwe be kör per ......... 396
8 Si mu la tion mit MAT LAB Si mu link ............. 400
8.1 An wen dun gen........................................................ 400
9 Lö sun gen zu Auf ga ben und Klau su ren ......... 405
9.1 Auf ga ben .............................................................. 405
9.2 Klau su ren ............................................................. 463
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