Steuerungs- und Regelungstechnik

Schnelle Übersicht:

• Grundbegriffe: Steuern - Regeln
• Sensoren - eine Kurzübersicht
• Prinzip des Regelkreises
• Regelstrecke: Arten. Kennwerte:
  P, I, T, PTn, ...
• Reglertypen und Kennwerte:
  P, P, D, PD, PID
• Reglereinstellung, Optimierung
• Simulationsprogramm BORIS

Grundbegriffe zu Steuerungen, binäre Verknüpfungen

Kurzübersicht: Sensoren - Typen und Eigenschaften

Sensoren haben die grundlegende Aufgabe, physikalische Größen am Eingang in elektrische Größen am Ausgang umzuwandeln. Dabei kann es sich Eingangsseitig sowohl bereits um elektrische Größen (U, I, P, ...) als auch um nichtelektrische Größen wie z.B. Druck, Temperatur, ... handeln.
Grundlegend können

• von der Funktionsweise her aktive und passive, sowie
• von den Ausgangssignalen her analoge, binäre und digitale Sensoren

unterschieden werden. Mehr dazu in folgenden Arbeitsblatt.

Regelungstechnik im Alltag.
Da das Thema Regelungstechnik recht theorielastig ist und uns mit vielen neuen Begriffen konfrontiert, ist der folgende Text der Versuch, die Zusammenhänge im Überblick anhand einer Alltagssituation darzustellen:
Der Unterricht - Schüler und Lehrer als geregeltes System betrachtet ;-).

Die folgende Unterlage behandelt eigentlich alles - von den Begriffen bis zur Reglereinstellung. Sie orientiert sich in vielen  Beispielen am hier eingeführten Fachkundebuch des Europa-Verlages, dem auch einige Bilder entnommen sind.

Die Fragenkärtchen sind als Partnerinterview gedacht. Jeder hat 12 Fragen samt Antworten,die jeweils dem Banknachbarn gestellt werden sollen, aber auch als Wiederholungsfragen "solo" verwendet werden können.

Das Stellglied ist eine wichtige Komponente in Regelungen oder Steuerungen.
Am Beispiel der Phasenanschnit /abschnitt- und Schwingungspaketsteuerung wird eine wichtige Funktionsgruppe näher betrachtet. Gleichzeitig werden ein paar Grundlagen wiederholt - kann ja nie schaden ;-).

Anlage zur obigen Aufgabe (Firmenunterlage)

Ein Standard-Aufgabentyp in der GAP ist die grafische Ermittlung der Kenngrößen einer  Regelstrecke. Hier kommt es nicht auf die Genauigkeit der 3. Kommastelle, sondern auf die Anwendung des grundlegenden Verfahrens sowie die Größenordnung der Faktoren an.
Hier ein "klassisches" Beispiel einer derartigen Aufgabenstellung:

Eine weitere Aufgabe vom gleichen Typ:

Wie besprochen, wird grundsätzlich zwischen

• unstetigen (Zwei- / Dreipunktregler) und
• stetigen (P, I, D, PI, ...)

Reglertypen unterschieden.

Die folgenden Quellen bieten einen guten Einstieg in das Verständnis der grundlegenden Reglertypen bzw. sind auch gut als Wiederholung geeignet.
Wichtiger Hinweis:
Alle Darstellungen der Sprungantworten beziehen sich auf den Regler allein, ohne Regelkreis! Die Darstellung des Verhaltens der Regelgröße im Gesamtsystem (Strecke und Regler) hängt ja vom Zeitverhalten sowohl des Reglers als auch der Strecke ab und sieht daher ganz anders aus!

Allgemeine Einführung zum Thema Zweipunktregler:

Passende Prüfungsaufgabe zum Thema Zweipunktregler:
Sommer 2022, BT 2 Aufgabe FS 7

Und hier die beliebte Badewanne zum Thema P-Regler ;-) :

Beispiel für eine Regelung, die fast jeder nutzt: ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm)

In diesem Video von BOSCH werden die wesentlichen Komponenten und die Funktion des ESP anschualich erklärt. Wie man siht, funktionert das alles aufgrund des Zusammenspiels von

• Sensoren
• Auswerteelektronik (Prozessoren
• Aktoren (Bremsenkomponenten)

Reglereinstellung
Als Schlussthema werden hier nun noch zwei gängige Verfahren zur Regleroptimierung (Reglereinstellung) vorgestellt:

Simulationsprogramm BORIS

Nachdem wir nun - zumindest theoretisch - alle Themen fertig behandelt haben, soll die folgende Simulationsaufgabe das Verständnis weiter unterstützen.
Dazu bitte das Programm herunterladen und installieren. Es sollte selbst auf WIN10 noch gut laufen.
Danach bitte die Seiten im Dokument "Aufgaben mit dem Simulationsprogramm BORIS" bis S. 18 bearbeiten.