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Digitale Regelungstechnik für Dummies. Ein Überblick. Ziele der Regelungstechnik Das Standard-Modell Ideales Führungsverhalten Der übliche Umgang mit Fehlern Äpfel und Birnen Von der Analyse zur Synthese Quasistetige- versus Deadbeat -Regler Stolpersteine Ein Realisierungsbeispiel - PowerPoint PPT Presentation
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Digitale Regelungstechnikfür Dummies
Ein Überblick• Ziele der Regelungstechnik• Das Standard-Modell• Ideales Führungsverhalten• Der übliche Umgang mit Fehlern• Äpfel und Birnen• Von der Analyse zur Synthese• Quasistetige- versus Deadbeat-Regler• Stolpersteine• Ein Realisierungsbeispiel• Sinnvolle Nebenbeschäftigung• Aufbau einer Modell-Maschine
Ziele der Regelungstechnik• ?• …etwas trotz Störeinflüssen mit geringem
Aufwand schnell und genau einstellen• Realisierungen: – elektronisch• analog (noch?)• digital
– mit Mikrokontroller
Das Standard-Modell
W(s) Sollwert,FührungsgrößeE(s) Fehler, RegelabweichungU(s) StellgrößeZ(s) StörgrößeY(s) Istwert, Streckenwert
Übertragungsfunktion der Führungsgröße,Geschlossener Regelkreis:
W(s)E(s) U(s)
Z(s)
Y(s)D(s) G(s)+-
+
Regler Regelstrecke
Ideales Führungsverhalten
Übertragungsfunktion:
aberG(s)-1 … nicht kausal, daher Verzögerung Tv abspalten und G‘(s)-1 realisieren
führt zur Übertragungsfunktion
W(s)U(s)
Y(s)G(s)-1 G(s)
„Regler” Regelstrecke
Umgang mit Fehlern
Hier soll nur die Regelabweichung E(s) gebildet werden
W(s)
E(s)
U(s)
Z(s)
Y(s)G´(s) G(s)+
+ -
+
Regler Regelstrecke
-1
Umgang mit Fehlern
Vergleich: (zeitlich) Äpfel mit Birnen
W(s)
E(s)
U(s)
Z(s)
Y(s)G´(s) G(s)+
+ -
+
Regler Regelstrecke
-1
Der Istwert Y(s) ist ja die Reaktion auf den um Tv älteren Sollwert W(s)
Laufzeitkorrektur
W(s)
E(s)
U(s)
Z(s)
Y(s)G´(s) G(s)+
+ -
+
Regler Regelstrecke
-1
Jetzt werden zeitlich zusammenpassende Signale verglichen
Laufzeitkorrektur
Fehlerwert muss zwischengespeichert werden, da bei erfolgreicher Korrektur kein Fehlersignal gebildet wird. Dies erfordert aber eine getaktete Signalverarbeitung
W(s)
E(s)
U(s)
Z(s)
Y(s)G´(s) G(s)+
+
+ -
+
Regler Regelstrecke
-1
Allgemeine Blockstruktur
W(s) U(s)
Z(s)
Y(s)D (s)CD (s)A
D (s)B
G(s)+
+
Regler Regelstrecke
Die linearen Übertragungsblöcke können zusammengefasst werden..
Allgemeine Blockstruktur
Die linearen Übertragungsblöcke können zusammengefasst werden,wobei einer der Blöcke redundant ist
W(s) U(s)
Z(s)
Y(s)D (s)CD (s)A G(s)+
+
Regelstrecke
Regler mit Vorfilter
Der erste Block wird dann als Vorfilter bezeichnet.
W(s) U(s)
Z(s)
Y(s)D(s)D (s)V G(s)+ +
RegelstreckeRegelerVorfilter -
Auswirkung des Vorfilters• Führungsverhalten:
• Störverhalten:
• Durch den Freiheitsgrad der zusätzlichen Übertragungsfunktion des Vorfilters Dv(s) kann die Führungsübertragungsfunktion Gw(s) angepasst werden, während die Störungsübertragungsfunktion Gz(s) unverändert bleibt.
Von der Analyse zur Synthese• Bei einer gegebenen Strecke lässt sich ein dazu passendes
(kausales) Führungsverhalten definieren. Möglichst kurze Reaktionszeiten führen aber zu großen Amplituden der Stellgröße (Windup).
• Genügt das sich daraus ergebende Störverhalten den Ansprüchen, kann das Vorfilter weggelassen werden; wenn nicht, wird ein Teil der Übertragungsfunktion in das Vorfilter verlagert
Digitale Realisierungen• Die Strecken sind fast immer analog, die Regelung soll digital
ausgeführt werden: