Regeltechnik TG3
Regler, Kennlinien, usw
Regler, Kennlinien, usw
Welches ist die Aufgabe einer Regelung?
Steuerung gibt den Befehl ohne eine Rückmeldung
Hat die Aufgabe einen bestimmten SOLL-Wert zu erreichen
Die Störgrössen sollen möglich gering gehalten werden
Was gehört zur Regeleinrichtung?
Regelgerät (Geschwindigkeit)
Stellmotor
Strecke y
Stellglied
Heizkörper
Raum mit Fühler
Strecke x
Welche Fühler gibt es und was machen diese?
Passiver Fühler:
-PTC (positiver Temp. Coeffizient)
-PT 100, 1000, Ni 100, Ni 1000
(Zahlen bedeuten Wiederstand) bei 0°C
-NTC (negativer Temp. Koeffizient) z. Bsp bei:
Aussenluftfühler
Fühlerelement
Kohle
NTC 575 bei 20°C
Aktiver Fühler:
-Damit kann jede physikalische Grösse gemessen werden
-Speissespannung
-Ausgangssignale: 0 – 10V
2 – 10V*
0 – 20mA
4 – 20mA*
*mit Leitungsüberwachung
Welche Wiederstände / Verluste hat ein Fühler bei langen / kurzen Leitungslängen?
-Kleine Leitungsdistanz = 1 Ohm Wiederstand = 1% Verlust
-Grosse Leitungsdistanz =5Ohm Wiederstand=5% Verlust
(bei Ni1000 ist die Abweichung kleiner)
Zusammenstellung von verschiedenen Antriebssystemen
Was bedeuten die folgenden Bezeichnungen? Nenne die korrekten Buchstaben dazu.
Störgrössen
Regelgrösse
Führungsgrösse
Regelabweichung
Regeldifferenz
Stellgrösse
Stellantrieb
Stellglied
Störgrössen (z):
Sonne, PC, Personen, Maschinen
Regelgrösse (x):
IST-Wert, zu regelnde Grösse
Führungsgrösse (w):
SOLL-Wert, gwünschter Wert der Regelgrösse
Regelabweichung (xw)
Xw= x-w
Regeldifferenz (xd)
Xd= w-x / e= w-x
Stellgrösse (y)
Ausgangstemperatur des Reglers 0 – 100%
Stellantrieb (keine Bez.)
Er führt den Befehl des Reglers aus und gibt Rückmeldung.
Stellglied (keine Bez.)
Wasserdurchflossener Teil
Wie sieht die Festwertregelung schematisch aus und was bedeutet diese?
Die Führungsgrösse w wird als fester Sollwert xs am Sollwertsteller
des Reglers eingestellt
"Bei 20 Grad konstant"
Wie sieht die Folgeregelung aus und was bedeutet Sie?
Fühler --> Heizkennlinie o. Zeitplanregelung -(w)-> Regler --> Stellgrösse (y) <--(x) Regelgrösse
Beispiel:
Die Steilheit der Heizkurve muss erst verstellt werden, wenn die die Aussentemp. 0 Grad erreicht hat und der Raum zu kalt wird.
Wenn der Raum konstant zu kalt ist, muss die ganze Heizkurve nach oben gestellt werden. (Teure Variante)
Programm oder Zeitplanregelung:
Es gibt mindestens 2 SOLL-Werte (w) und einen Regler.
Was sind die Unterschiede zwischen einer Regelung und einer Steuerung?
Steuerung:
- Resultat wird NICHT überprüft
- Fühler steuert nach Vorgabe (OHNE RÜCKMELDUNG)
Regelung:
- Resultat wird überprüft
- Fühler prüft SOLL-Wert gegenüber dem IST-Wert
Was versteht man unter statischem Verhalten?
Zusammenhang zwischen z.Bsp Eingangstemp. Und Ausgangstemp im Ruhezustand
Ruhezustand stellt sich ein, wenn die Eingangstemp. Konstant ist und die Ausgangstemp. Abgewartet wird
Wie funktioniert die Erfassung der statischen Kennlinie?
Motor von Stellglied entfernen
Ventil auf 0
Warten
Temperatur ablesen
Ventil auf …...% einstellen
- Warten
- Temperatur ablesen
Was versteht man unter einem dynamischen Verhalten?
Eingangsgrösse /Ausgangsgrösse ist Zeitabhängig
Z.Bsp Radiatorenventil schnell auf Stufe 6 stellen und warten bis Veränderung stattfindet.
Beschreiben Sie die Mehrspeicherstrecke
Wasser wird langsam erwärmt. Sobald die Temperatur zunimmt, steigt die Kennlinie
Beschreiben Sie die Einspeicherstrecke mit Totzeit:
Wie ensteht die Regelkennlinie?
Welche Regler gibt es und wo werden Sie eingesetzt?
P-Regler (1%) = Wasserreservoir, Spülkasten, Danfossventil
PI-Regler (97%) = genaue Regulierung (schnell und nahe am Soll-Wert)
PID-Regler = lange Totzeiten überwinden, Thermostaten und 2. Punkt Regler
Was versteht man unter dem dynamischen Verhalten einer Strecken?
- zeigt den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgrösse
- verschiedene Möglichkeiten, dieses Zeitverhalten zu erfahren
- Sprungantwort
Was macht der P-Regler? Spülkastenprinzip / Kampfjetbeispiel
Je weiter der Kampfjet von Mitte entfernt ist, desto grösser das Gegensignal.
Verändert Stellgrösse proportional zu Regelgrösse
Reagiert auf schnelle Abweichung
Soll-Wer kann auf Punkt gehalten werden
Bleibende Regelabweichung
Eichpunkt = Soll u. Ist-Wert bei 50% Öffnung des Ablaufes
Was bewirkt das P-Band?
Regeldifferenz die ansteht um die maximale Leistung (Stellgrösse) zu erreichen.
Dynamisches Verhalten kann durch halbierung des P-Bands verändert werden
So wird der Regler sensibler und dadurch die Reaktion (Stellsignal) verdoppelt.
Was macht der I-Regler?
Merkt sich die Veränderung
Wird meistens in Kombination mit P-Regler eingesetzt
Regelt genau, ohne Abweichung
Nachteil: langsam
Was macht das dynamische Verhalten eines I-Reglers?
solange eine Regelabweichung (xw) besteht, erhöht der I-Regler (Schwimmerventil) oder Stellsignal die Leistung auf das max. 100%
Was macht der PI Regler?
geht schnell und nahe an den Soll-Wert
keine Abweichung
Wie verhält sich das dynamische Verhalten eine PI-Reglers?
Die Nachstellzeit ist diejenige, die der I-Regler vorher mit korrigieren beginnen müsste.
Was macht der D-Regler?
- Sprungantwort
Dynamisches Verhalten von D-Regler?
- Bei Soll-Wert Abweichung öffnet der D-Regler kurzzeitig um die Abweichung auszugleichen.
- Je mehr Steigung die Abweichung hat, desto mehr erkennt der D-Regler, wie schnell er in den ungewünschten Bereich kommt. Reagiert allerdings nicht, wenn eine konstante Kennlinie vorhanden ist.
Was macht der PID-Regler?
Aus diesem Vergleich wird klar, warum der PID-Regler so beliebt ist, er vereinigt die Vorzüge aller anderen Regler.
Vorteile:
- Push-Funktion bei SOLL-Wert Abweichung
- je grösser die Abweichung, desto grösser der Push
Nachteile:
- allenfalls teuer
- Softwareregler erst nicht teuer
- schwierig einstellbar
Wo werden die verschiedenen Regler eingesetzt?
P, PI, PID-Regler werden als Temp. / Feuchte / Druckregler eingesetzt
Führung des Soll-Werts
Kombination von Regelkreisen u. Steuerungen (z.Bsp. Heizung)
- Kaskadenregelung
Beschreibe den Zweipunkte-Regler:
- Funktion als Thermostat wie bei Boiler
- schaltet von selbst aus, falls ein Leck in Patrone entsteht
Wie funktioniert der quasi-stetige Dreipunkt-Regler mit Rükführung?
- Von Neutralstellung öffnet / schliesst das Ventil kurz und korrigiert allenfalls weiter.
- Bei genügend Ausdehnung geht er wieder zu
- in Heizungsanlagen sehr verbreitet
Vorteile und Nachteile quasi-stetige Dreipunkt-Regler mit Rükführung?
Vorteile:
- preiswert
-Quasi stetige Erhöhung
Nachteile:
Regler weiss nicht in welcher Stellung das Ventil ist
Satz zur Erklärung des Regelkreis? (Prüfungsrelevant)
Unterkritisch gedämpftes Einschwingverhalten
- max. 20% Überschwingen des IST-Wert erlaubt
- nicht akzeptabel wenn Druck SOLL Wert einer WP nahe bei max. Druck liegt.
Erkläre die Anstiegsantwort (Vorhaltezeit) des PD-Reglers:
- Anstiegsfunktion besser zur Beschreibung des PD-Reglers als die Sprungantwort
- Im Bild zeigt die gestrichelte Linie die Reaktion eines reinen P-Reglers auf die Anstiegsfunktion
Beim PD-Regler hingegen wird bei
- Beginn der Anstiegsfunktion eine der Änderungsgeschwindigkeit vx entsprechende proportionale Verstellung _yD des Stellgliedes bewirkt.
- Nachher verläuft die Stellgrösse entsprechend dem proportionalen Anteil, also parallel zur gestrichelt gezeichneten Gerade des P-Reglers, da ja die Änderungsgeschwindigkeit vx der Regelgrösse nun konstant ist.
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Flashcards
Welches ist die Aufgabe einer Regelung?
Steuerung gibt den Befehl ohne eine Rückmeldung
Hat die Aufgabe einen bestimmten SOLL-Wert zu erreichen
Die Störgrössen sollen möglich gering gehalten werden
Was gehört zur Regeleinrichtung?
Regelgerät (Geschwindigkeit)
Stellmotor
Strecke y
Stellglied
Heizkörper
Raum mit Fühler
Strecke x
Welche Fühler gibt es und was machen diese?
Passiver Fühler:
-PTC (positiver Temp. Coeffizient)
-PT 100, 1000, Ni 100, Ni 1000
(Zahlen bedeuten Wiederstand) bei 0°C
-NTC (negativer Temp. Koeffizient) z. Bsp bei:
Aussenluftfühler
Fühlerelement
Kohle
NTC 575 bei 20°C
Aktiver Fühler:
-Damit kann jede physikalische Grösse gemessen werden
-Speissespannung
-Ausgangssignale: 0 – 10V
2 – 10V*
0 – 20mA
4 – 20mA*
*mit Leitungsüberwachung
Welche Wiederstände / Verluste hat ein Fühler bei langen / kurzen Leitungslängen?
-Kleine Leitungsdistanz = 1 Ohm Wiederstand = 1% Verlust
-Grosse Leitungsdistanz =5Ohm Wiederstand=5% Verlust
(bei Ni1000 ist die Abweichung kleiner)
Zusammenstellung von verschiedenen Antriebssystemen
Was bedeuten die folgenden Bezeichnungen? Nenne die korrekten Buchstaben dazu.
Störgrössen
Regelgrösse
Führungsgrösse
Regelabweichung
Regeldifferenz
Stellgrösse
Stellantrieb
Stellglied
Störgrössen (z):
Sonne, PC, Personen, Maschinen
Regelgrösse (x):
IST-Wert, zu regelnde Grösse
Führungsgrösse (w):
SOLL-Wert, gwünschter Wert der Regelgrösse
Regelabweichung (xw)
Xw= x-w
Regeldifferenz (xd)
Xd= w-x / e= w-x
Stellgrösse (y)
Ausgangstemperatur des Reglers 0 – 100%
Stellantrieb (keine Bez.)
Er führt den Befehl des Reglers aus und gibt Rückmeldung.
Stellglied (keine Bez.)
Wasserdurchflossener Teil
Wie sieht die Festwertregelung schematisch aus und was bedeutet diese?
Die Führungsgrösse w wird als fester Sollwert xs am Sollwertsteller
des Reglers eingestellt
"Bei 20 Grad konstant"
Wie sieht die Folgeregelung aus und was bedeutet Sie?
Fühler --> Heizkennlinie o. Zeitplanregelung -(w)-> Regler --> Stellgrösse (y) <--(x) Regelgrösse
Beispiel:
Die Steilheit der Heizkurve muss erst verstellt werden, wenn die die Aussentemp. 0 Grad erreicht hat und der Raum zu kalt wird.
Wenn der Raum konstant zu kalt ist, muss die ganze Heizkurve nach oben gestellt werden. (Teure Variante)
Programm oder Zeitplanregelung:
Es gibt mindestens 2 SOLL-Werte (w) und einen Regler.
Was sind die Unterschiede zwischen einer Regelung und einer Steuerung?
Steuerung:
- Resultat wird NICHT überprüft
- Fühler steuert nach Vorgabe (OHNE RÜCKMELDUNG)
Regelung:
- Resultat wird überprüft
- Fühler prüft SOLL-Wert gegenüber dem IST-Wert
Was versteht man unter statischem Verhalten?
Zusammenhang zwischen z.Bsp Eingangstemp. Und Ausgangstemp im Ruhezustand
Ruhezustand stellt sich ein, wenn die Eingangstemp. Konstant ist und die Ausgangstemp. Abgewartet wird
Wie funktioniert die Erfassung der statischen Kennlinie?
Motor von Stellglied entfernen
Ventil auf 0
Warten
Temperatur ablesen
Ventil auf …...% einstellen
- Warten
- Temperatur ablesen
Was versteht man unter einem dynamischen Verhalten?
Eingangsgrösse /Ausgangsgrösse ist Zeitabhängig
Z.Bsp Radiatorenventil schnell auf Stufe 6 stellen und warten bis Veränderung stattfindet.
Beschreiben Sie die Mehrspeicherstrecke
Wasser wird langsam erwärmt. Sobald die Temperatur zunimmt, steigt die Kennlinie
Beschreiben Sie die Einspeicherstrecke mit Totzeit:
Wie ensteht die Regelkennlinie?
Welche Regler gibt es und wo werden Sie eingesetzt?
P-Regler (1%) = Wasserreservoir, Spülkasten, Danfossventil
PI-Regler (97%) = genaue Regulierung (schnell und nahe am Soll-Wert)
PID-Regler = lange Totzeiten überwinden, Thermostaten und 2. Punkt Regler
Was versteht man unter dem dynamischen Verhalten einer Strecken?
- zeigt den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgrösse
- verschiedene Möglichkeiten, dieses Zeitverhalten zu erfahren
- Sprungantwort
Was macht der P-Regler? Spülkastenprinzip / Kampfjetbeispiel
Je weiter der Kampfjet von Mitte entfernt ist, desto grösser das Gegensignal.
Verändert Stellgrösse proportional zu Regelgrösse
Reagiert auf schnelle Abweichung
Soll-Wer kann auf Punkt gehalten werden
Bleibende Regelabweichung
Eichpunkt = Soll u. Ist-Wert bei 50% Öffnung des Ablaufes
Was bewirkt das P-Band?
Regeldifferenz die ansteht um die maximale Leistung (Stellgrösse) zu erreichen.
Dynamisches Verhalten kann durch halbierung des P-Bands verändert werden
So wird der Regler sensibler und dadurch die Reaktion (Stellsignal) verdoppelt.
Was macht der I-Regler?
Merkt sich die Veränderung
Wird meistens in Kombination mit P-Regler eingesetzt
Regelt genau, ohne Abweichung
Nachteil: langsam
Was macht das dynamische Verhalten eines I-Reglers?
solange eine Regelabweichung (xw) besteht, erhöht der I-Regler (Schwimmerventil) oder Stellsignal die Leistung auf das max. 100%
Was macht der PI Regler?
geht schnell und nahe an den Soll-Wert
keine Abweichung
Wie verhält sich das dynamische Verhalten eine PI-Reglers?
Die Nachstellzeit ist diejenige, die der I-Regler vorher mit korrigieren beginnen müsste.
Was macht der D-Regler?
- Sprungantwort
Dynamisches Verhalten von D-Regler?
- Bei Soll-Wert Abweichung öffnet der D-Regler kurzzeitig um die Abweichung auszugleichen.
- Je mehr Steigung die Abweichung hat, desto mehr erkennt der D-Regler, wie schnell er in den ungewünschten Bereich kommt. Reagiert allerdings nicht, wenn eine konstante Kennlinie vorhanden ist.
Was macht der PID-Regler?
Aus diesem Vergleich wird klar, warum der PID-Regler so beliebt ist, er vereinigt die Vorzüge aller anderen Regler.
Vorteile:
- Push-Funktion bei SOLL-Wert Abweichung
- je grösser die Abweichung, desto grösser der Push
Nachteile:
- allenfalls teuer
- Softwareregler erst nicht teuer
- schwierig einstellbar
Wo werden die verschiedenen Regler eingesetzt?
P, PI, PID-Regler werden als Temp. / Feuchte / Druckregler eingesetzt
Führung des Soll-Werts
Kombination von Regelkreisen u. Steuerungen (z.Bsp. Heizung)
- Kaskadenregelung
Beschreibe den Zweipunkte-Regler:
- Funktion als Thermostat wie bei Boiler
- schaltet von selbst aus, falls ein Leck in Patrone entsteht
Wie funktioniert der quasi-stetige Dreipunkt-Regler mit Rükführung?
- Von Neutralstellung öffnet / schliesst das Ventil kurz und korrigiert allenfalls weiter.
- Bei genügend Ausdehnung geht er wieder zu
- in Heizungsanlagen sehr verbreitet
Vorteile und Nachteile quasi-stetige Dreipunkt-Regler mit Rükführung?
Vorteile:
- preiswert
-Quasi stetige Erhöhung
Nachteile:
Regler weiss nicht in welcher Stellung das Ventil ist
Satz zur Erklärung des Regelkreis? (Prüfungsrelevant)
Unterkritisch gedämpftes Einschwingverhalten
- max. 20% Überschwingen des IST-Wert erlaubt
- nicht akzeptabel wenn Druck SOLL Wert einer WP nahe bei max. Druck liegt.
Erkläre die Anstiegsantwort (Vorhaltezeit) des PD-Reglers:
- Anstiegsfunktion besser zur Beschreibung des PD-Reglers als die Sprungantwort
- Im Bild zeigt die gestrichelte Linie die Reaktion eines reinen P-Reglers auf die Anstiegsfunktion
Beim PD-Regler hingegen wird bei
- Beginn der Anstiegsfunktion eine der Änderungsgeschwindigkeit vx entsprechende proportionale Verstellung _yD des Stellgliedes bewirkt.
- Nachher verläuft die Stellgrösse entsprechend dem proportionalen Anteil, also parallel zur gestrichelt gezeichneten Gerade des P-Reglers, da ja die Änderungsgeschwindigkeit vx der Regelgrösse nun konstant ist.
