Eine kleine Einführung in die Regelungstechnik - Teil
4
Der Regelkreis
Besondere Eigenschaften dieses 'Gebildes'
Bei meiner Tätigkeit in der Unterrichtung von Studenten auf dem
vorliegenden Gebiet mußte ich feststellen, daß am
allerhäufigsten nicht realisiert wird, daß ein ganz
grundsätzlicher Unterschied besteht zwischen einer Sprungantwort-Anordnung
und einem Regelkreis. Eine Sprungantwort-Anordnung ist sozusagen ein 'offenes'
System, sie dient nur zur Charakterisierung von Übertragungsgliedern und
kann uns 'nicht direkt aufzeigen, wie sich ein solches Objekt im Regelkreis
verhält'. Denn nach erfolgtem Sprung wird dem Objekt ja eine
konstantbleibende 'Inputinformation' übergeben ('vorgegaukelt'). Ein
Regelkreis dagegen ist ein dynamisch rückgekoppeltes System, bei dem
dauernd der 'Inputzustand' abgefragt und bewertet wird und sodann versucht wird
eine Änderung vorzunehmen, deren Auswirkung dann wieder den 'Inputzustand'
ergibt usw. [ Für ganz 'Gefestigte': Wie stehts' mit einer 'Sprunganwort',
bei der auf den Störwert- oder Führungspegel eines 'laufenden'
Regelkreises ein Sprung aufgegeben wird? --> Regelungs-Test. Meine Antwort:
das Übertragungsglied kann bei Sprungantworten im Sonderfall (oder fast
besser gesagt : theoretisch!) auch ein dynamisch rückgekoppeltes
System sein (dies wäre dann aber eine ziemlich komplexe 'Strecke' und
nicht einfach den elementaren Streckentypen zuordenbar - und gleich gar nicht
einfach parametrisierbar!), die Sprungantwort als Vorgang ist aber trotzdem
nicht dynamisch rückgekoppelt. Dynamisch rückgekoppelt ist nur das
Objekt Regelkreis. (Praktische Bedeutung dürfte eine derartige
'Haarspalterei' aber kaum haben, - habe ich gedacht, - bis mir eine
Prüfungsfrage für eine Technikerausbildung untergekommen ist, die
mich eines besseren belehrt hat.)]
Für den Praktiker ist es von größtem Interesse, welchen
Regler er für seine Strecke wählen soll und wie er ihn einstellen
muß, daß das ganze funktioniert.
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Methoden der Anpassung von Regler und Strecke
Sprungantwortmethode
Bei dieser Methode wird die Sprungantwort der Strecke herangezogen, um
den Regler einzustellen. Die Daten sind schon vor Zusammenbau des Regelkreises
verfügbar. Zur Einstellung der Parameter Kp, Tn und Tv von
P-,PI-,PID-Reglern werden - wie bei der Besprechung der Strecken schon gezeigt
- die Ersatzzeitparameter Tu und Tg ermittelt.
Ziegler-Nichols-Methode
Diese Methode arbeitet mit dem fertig aufgebauten Regelkreis. Sie
untersucht das dynamische Schwingverhalten des Regelkreises und ist deshalb
etwas aussagekräftiger als die Sprungantwortmethode, - allerdings auch
weniger einfach durchzuführen. Es wird folgendes Prozedere
durchgeführt: der Regler wird im Regelkreis als reiner P-Regler
eingestellt. Bei niedrigen Kp-Werten ist ('bei leichtem Anschubsen' durch einen
kurzen Störpuls) nach einer kurzen Störung ein gedämptes
Einschwingen des Istwersignals im Regelkreis zu beobachten. Bei hohen Kp-Werten
wird sich der Regelkreis 'aufschaukeln'. Man sucht sukzessiv durch Probieren
den Kp-Wert, bei dem der Regelkreis mit gleichbleibender Amplitude schwingt, -
den kritischen Ziegler-Nichols-Punkt. Die Periodendauer dieser Schwingung
'tau-kritisch' und die Verstärkung Kp-kritisch sind die beiden Parameter,
die bei der vorliegenden Methode zur Auswertung herangezogen werden.
In der nachfolgenden Zusammenstellung sind die Einstellvorschriften
für PI - und PID-Regler nach den beiden Methoden aufgeführt
<< Bild betrachten (Einstellregeln, ca. 7 kB) >>
Zur Erinnerung: Kp = 1 / Xp!
Beispiel für die Regleranpassung
an eine Streckenserienschaltung aus Totzeit, PT1- und
I-Strecke.
Das vorliegende Beispiel wurde mit Hilfe der Flowlearn-Professional-Software von ehemals
Comtec in Aachen ausgeführt, - eine analoge Vorgehensweise auf anderen
Systemen, wie z.B. Agilent VEE, ist leicht realisierbar, dabei könnten
auch reale Regler verwendet werden, wie z.B. ISM-Moduln mit Anbindung über
die serielle Schnittstelle an Agilent VEE. Durch das serielle
I-Strecken(-teil-)glied wird die Gesamtstrecke zur Strecke ohne Ausgleich. Es
soll gezeigt werden, daß die Anpassung auf eine derartige Strecke genauso
funktioniert, wie das Prozedere bei Strecken mit Ausgleich.
Abb.17 (Abb.-Teil 2) zeigt das Blockschaltbild des Regelkreises. Die
Aufschaltung einer Störung geschieht in einem Addierer, der einen
voreingestellten Störwert nach Zuschalten mit einer 'Relaisschaltstufe'
zum Stellwert hinzufügt. Wenn man in dieser Anordnung den PID-Regler durch
Setzen von Kp = 0 , Tn = 10000 und Tv = 0 'ausschaltet', kann man eine
Streckensprungantwort aufnehmen. Dies ist in Abb.18 (Abb.-Teil 2) gezeigt. Die
Streckenelemente sind folgendermaßen parametrisiert: PTT-Glied: Totzeit =
4 sec ; PT1-Glied: Kp = 1 und tau = 2sec ; I-Glied: Tn = 20 sec. Die
Sprungantwortkurve ergibt nach der Tangentenmethode für Tu = 5,3 sec und
für Tg = 20,3 sec. Man sieht, daß die Wirkung des PT1-Glieds in
einem 'Abrunden' des Übergangs von der reinen Totzeit in das reine
I-Verhalten besteht. Ein Vergleich von Tu und Tg mit den Parametern der
Streckenelemente zeigt, daß die Werte 'vernünftig' sind.
Abb. 19 (Abb.-Teil 2) zeigt den Regelkreis am 'Ziegler-Nichols-Punkt'.
Nach der Ziegler-Nichols-Methode wurden erhalten: Kp(kritisch) = 6,11 ;
tau(kritisch) = 23,6 sec
Die erhaltenen Einstellwerte sind:
| Sprungantwortmethode |
| PI-Regler |
PID-Regler |
| Kp |
3,8 |
Kp |
4,75 |
| Tn |
12,2 |
Tn |
10,6 |
| - |
- |
Tv |
2,2 |
| - |
| Ziegler-Nichols-Methode |
| PI-Regler |
PID-Regler |
| Kp |
2,78 |
Kp |
3,59 |
| Tn |
20,09 |
Tn |
11,82 |
| - |
- |
Tv |
2,84 |
Abb. 20-23 (Abb.-Teil 2) zeigt die Protokolle der Reglertests mit den
erhaltenen Einstellwerten. Abb. 20 zeigt das Protokoll für die Einstellung
eines PI-Reglers nach der Sprungantwortmethode. Der Reglkreis schwingt hier
noch ziemlich stark, der Regler schafft die Beseitigung der Störung erst
nach sehr langer Zeit. Wenn man versucht, nachzuoptimieren, so kann dies sowohl
mit einer Rücknahme des Kp-Wertes bei bleibendem Tn-Wert als auch mit
einer Erhöhung des Tn-Wertes bei bleibendem Kp-Wert erreicht werden. Ganz
allgemein kann beobachtet werden, daß die Einstellwerte für den
PI-Regler nach der Sprungantwortmethode noch nachoptimiert werden müssen.
Anders ist es dagegen beim PID-Regler nach der Sprungantwortmethode, vergleiche
hierzu Abb. 21. Hier beseitigt der Regler die Störung nach 61-62 sec. Dies
ist schon bedeutend besser als die Einregelzeit von etwa 102 sec für den
PI-Regler nach der Ziegler-Nichols-Methode, deren Verlauf in Abb. 22 gezeigt
ist. Auch der PID-Regler nach der Ziegler-Nichols-Methode ist mit ca. 65 sec
Einstellzeit, vgl. hierzu Abb.23, nicht besser. Zusammenfassend kann also
festgehalten werden, daß mit beiden Methoden gute Einstellwerte für
PID-Regler erhalten werden und daß bei der Sprungantwortmethode der
PI-Regler nachoptimiert werden muß.
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Literatur:
Samal, Grundriß der praktischen Regelungstechnik, Oldenbourg,
München, 1974.
Röver, Einführung in die selbständige Regelung, Giradet,
Essen.
Oppelt, Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge, Verlag Chemie,
Weinheim, 1972.
Merz Ludwig, Grundkurs der Regelungstechnik, Oldenbourg,
München.
Schlitt Herbert, Regelungstechnik in Verfahrenstechnik und Chemie,
Vogel Verlag, Kamprath-Reihe 78, ISBN 3-8023-0124-2.
Krist Thomas, Meß- Steuerungs- Regelungstechnik, Hoppenstedt
Verlag, 1987.
Paetzold/Habermann, Meß- und Regelungstechnik, Christiani
Schriftenreihe, Konstanz, 1988.
DIN 19226, Regelungstechnik und Steuerungstechnik, Begriffe und
Benennungen.
Gute Bücher finden sich im Bereich der E-Technik-Studienliteratur,
vor allem auch für Fachhochschulen.
Zur Erstellung von PID-Algorithmen auf Digitalsystemen
(Mikroprozessoren):
Hofmann, Digitale Regelung mit Mikroprozessoren, 1983, Vieweg Verlag
Birk, Swik, Mikroprozessoren und Mikrorechner, 1983, 2.Aufl., Oldenbourg Verlag,
S. 190- 252
Tip zum Learning by doing:
Kurs Regelungstechnik in ELRAD 1992, Heft 1-12.
Hierbei wird die Software 'Flowlearn/Flowlearn Professional' von ehemals
Comtec in Aachen verwendet, deren Erwerb sehr empfehlenswert wäre,
- die wahrscheinlich aber nicht mehr oder schwierig erhältlich ist. Grundsätzlich
können die Übungen auch auf anderen Systemen, wie z.B. Agilent VEE (früher HP-VEE) (Meilhaus Electronic)
ausgeführt werden.
Meine speziellen Links zu MSR und Datenverarbeitung:
Meilhaus Electronic
Weiterer Online-Kurs des Autoren:
Was ist 'Chemische Reaktionstechnik'?
Kleine Wärmelehre (Kalorik)
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Regeltechnik-FAQs (frequently asked questions)
- Ich habe ein Gerät mit einem PID-Regler, das hat 3 Drehknöpfe
mit den Aufschriften: Xp, Tn und Tv, -vielleicht noch einen mit Yo. (Grundstellwert).
Diese Knöpfe haben Skalen mit 0-10, 0-100 o.ä. Woher weiß
ich, wie ich diesen Regler für meinen Regelkreis einstellen muß?
Antwort: Falls in Ihrem Handbuch keine Angaben zu den Skalierungen
in % und sec oder min angegeben sind, sind Sie zunächst einmal gezwungen,
den Regler zu kalibrieren. Für Xp(Kp) und Tn können Sie nach dem
im vorliegenden Kurs beschriebenen Sprungantwortverfahren vorgehen. Für
Tv wäre das Verfahren mit einer periodischen Dreieckserregerfunktion
zu empfehlen. Tv können Sie aber am ehesten auch noch ohne Kalibration
mit Probieren im Regelkreis nachoptimieren. Dann müssen Sie die Anpassung
des Reglers auf die Strecke nach den im Kurs geschilderten Methoden vornehmen
und letztendlich dann austesten. Mit Probieren werden Sie ohne Erfahrung sehr
lange brauchen, mit etwas Erfahrung und Gespür haben Sie ein wenig mehr
Chancen.
- Mein Regelkreis besteht aus einem PID-Regler und einem elektrisch mit
Heizpatronen beheizten Reaktionsapparat, der als Metallblock ausgeführt
ist. Es gelingt mir, die Temperatur im Block auf 1/1000 Grad Celsius
einzuregeln, aber bei einer Störung braucht das System sehr lange, bis es
wieder auf dem gleichen Wert ist, beziehungsweise manchmal geht es nicht mehr
auf den ursprünglichen Wert zurück. Was macht mein Regler in diesem
Fall falsch?
Antwort: Der Regler wahrscheinlich fast gar nichts, aber
Sie dafür umso mehr! Ihre Strecke Metallblock mit Heizpatronen ist eine
träge Strecke mit einer relativ 'steilen Hinstellkraft' (Heizung) und
einer sehr langsamen 'Rückstellkraft' (Abkühlung). Diese Assymmetrie
führt dazu, daß die Strecke sehr starken I-Charakter hat. Wenn Ihr
Regler einen Betriebszustand mit so geringer Schwankung erreicht hat, wie Sie
es schildern, dann haben Sie das sozusagen in einem mehr oder weniger
'steuernden aperiodischen Kriechfall' erreicht und nicht in einem stabil
eingeschwungenen Regelkreis, denn dieser zeichnet sich schon durch
geringfügige Restschwingungen aus, kann aber andererseits auftretende
Störungen auch verlässlich wegregeln. Dazu braucht er allerdings eine
hinreichende Rückstellkraft (Kühlung). Sie müssen also Ihr Sytem
nicht nur mit einer Heiz- sondern auch mit einer Kühlvorrichtung
(Luftkühlung, Wasserkühlung o.Ä.) versehen. Wenn Sie in Ihrem
System wirklich auf eine Temperaturkonstanz von 1/1000 Grad Celsius angeweisen
sind, dann werden Sie bestimmt einen größeren Aufwand betreiben
müssen, um dies zu erreichen (z.B. kaskadierte Thermokonstanz usw.).
Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die Kenntnis der im System maximal zu
erwartenden Wärmeentwicklung (bzw. des max. Verbrauchs), sowie Information
über maximal zu erwartende Störungen.
- Ich habe in einem Flüssigbadthermostaten in einem kleinen
eingehängten Apparat eine geringfügige Wärmeproduktion. Der
Inhalt dieses Apparats soll möglichst gut isotherm gehalten werden. Der
Wärmebadthermostat verfügt über Heizung und Kühlung. Die
vorhandene PID-Regelung erlaubt es, für den Istwert die Temperatur im
Probenvolumen heranzuziehen. Ich weiß nicht, wie ich den Regler
parametrisieren muß. Durch Probieren gelingt es mir nicht gut, die
Wärmeentwicklung wegzuregeln, der Badthermostat kühlt viel zu weit
herunter, bevor er wieder sehr langsam auf Endwert einschwingt.
Antwort:
Es liegen einige Ähnlichkeiten zum vorhergehenden Fall vor. Der erste
Punkt ist, daß hier ein 'ungeschicktes' System gewählt wurde: das
System Wärmebadthermostat hat eine enorme Kapazität, dies führt
zu beträchtlichen Totzeiten im 'Stellsystem'. Grundsätzlich ist
festzuhalten, daß der Wärmeausgleich im 'inneren System' (Proband)
bestimmt ist durch die Güte des Wärmedurchgangs Bad/Proband.
Selbstverständlich besteht eine Möglichkeit der Verbesserung in einem
Erhöhen des Temperaturgradienten (Außentemperatur erniedrigen), doch
besteht hier das Problem, diesen Gradienten sehr kurzfristig und 'wohldosiert'
zu verändern. Ich persönlich würde den Wärmedurchgang mit
anderen Mitteln optimieren (z.B. Durchmischung) und dann eine klassische
Badthermostatisierung mit konstanter Badtemperatur vornehmen, so wie es in der
Labortechnik seit Urzeiten gemacht wird. Denn eines bleibt festzuhalten:
In einer rückgekoppelten Regelung kann niemals ein schnellerer
Ausgleich erreicht werden als die Summme von Totzeiten und Eigenzeiten des
Systems vorgeben, dieses Limit möchten gerne 'viele Obergescheiten
ausdrucksen', das geht nur mit einer feedforward-Regelung, diese wird dann in
der Regel Rechenzeit + Sytemanpassungszeit (Totzeiten+Eigenzeiten) als
Optimum für die Einregelzeit erreichen! Also nochmals: Eine
Störung, deren sofortige Beseitigung apparativ bedingt z.B. 50 sec
benötigt, kann nicht in 20 sec weggeregelt werden! Für den
Fall, daß auf einen feedback-PID-Regler nicht verzichtet werden soll,
muß dafür gesorgt werden, daß das 'Stellsystem'
trägheitsfreier arbeitet, dies könnte beispielsweise in einer
Minimierung des Thermostatbadvolumens bestehen. Die im Betrieb gemachte
Beobachtung des zu weiten Abkühlens der Badtemperatur dürfte auf
einen zu großen Integralanteil bei der Reglereinstellung (zu kleines Tn)
zurückzuführen sein. (Aussehen wie I-Teil einer
Reglersprungantwort!). Die restlichen Fragen der Reglerkalibration und
Streckenanpassung sind, falls überhaupt noch relevant, wie in der
vorhergehenden Frage zu beantworten.
- Bei meinem Prozeß-Steuerungs/Regelungs-Ablauf unter Windows
wird der Echtzeitablauf erkennbar langsamer, wenn ich die Maus bewege. Woher
kommt das?
Antwort: Informieren Sie sich über die
Echtzeit-Multitasking-Fähigkeit von Betriebssystemen und
Nutzeroberflächen, über das Shannon-Theorem und die Verfahren der
Zeitabtastung digitaler Systeme und über Interrupt-Prioritäten in
Prozessor-Systemen. Ihre Windows-Nutzeroberfläche ist nur in begrenztem
Maße echtzeit-multitaskingfähig, sie ist bei weitem kein
Echtzeitmultitasking-Betriebssystem. Die Mausbewegung löst vereinfacht
ausgedrückt einen Interrupt mit höherer Priorität als Ihr
Prozeßsteuerungsprogramm aus und dieses wird um die
Mausbewegungs-Ausführungszeit 'verlängert'. Vermeiden Sie zu kurze
Abtastzeitschleifen in ihren Programmen. Packen Sie keine zeitaufwendigen
Operationen, wie z.B. komplette Regelalgorithmen, in Ihre Programme, sondern
führen Sie diese disloziert und standalone in den Subsystemen aus.
Schreiben Sie laufend entstehende Meßdaten zur Protokollierung nicht in
ein geöffnetes Plattenfile sondern in ein Array und speichern Sie dieses
später ab. In den Handbüchern und Tutorials zu den
DAQ-Software-Systemen finden Sie viele Tricks und Vorschläge für
Laufzeitoptimierungen.
- Ich habe einen elektronischen Temperaturregler erworben, der als
'stetiger PID-Regler angepriesen' wurde. Jetzt habe ich am Stellwertausgang
festgestellt, daß dieser nur als Schaltausgang ausgeführt ist (als
Neutralkontakt oder Ein/Aus-Stromquelle mit festem Pegel). Dieser Regler hat ja
gar keinen stetigen Stellwertausgang (4-20 mA oder 0 bis 10 V)!
Antwort:
Richtig! Der Stellwertausgang ist hier mit großer Sicherheit in
Pulsweitenmodulation ausgeführt und eigentlich nur 'pseudostetig', eine
Stetigkeit im Stellsystem wird hier nur durch die Dämpfung des
elektrischen Heizsystems und der Strecke erreicht. Bei der Regelung anderer
Größen ist die Pulsweitenmodulation nicht immer geeignet, derartige
Regler sind nicht sehr universell einsetzbar. Andererseits kann bei der
Regelung von elektrischen Heizvorgängen im vorliegenden Fall die
elektrische Beschaltung sehr schnell vorgenommen werden, wenn man ein
sogenanntes Solidstate-Relais, eine optokopplergesteuerte Triac-Schaltstufe,
als Stellglied einsetzt.
- Wie funktioniert die Pulsweitenmodulation als
Stellwertausgabe?
Antwort: bei der Pulsweitenmodulation
wird bei gleichbleibender Zeitbasis eines Rechteckpuls-Ausganges das
'Tastverhältnis', d.h. das Einschalt/Pause-Verhältnis variiert, siehe
folgende Abbildung:
<< Bild betrachten (Pulsweitenmodulierte Signalausgabe (PWM), ca. 223 kB) >>
- Prüfungsfrage für eine Technikerausbildung:
Abgebildet
ist ein Behälter,der mit einem Schwimmer-Regler (z.B.
WC-Zeitspülkasten!) befüllt wird. Frage 'Um was für einen
Streckentyp handelt es sich hier'?
Richtige Antwort nach Lösungsangaben:
Strecke 1. Ordnung!
Das ist auf jeden Fall falsch, weil
umgangssprachlich mit 'eine Strecke 1.Ordnung' eine Strecke mit Ausgleich von
1. Ordnung = PT1-Strecke gemeint ist!! Erstens ist das ein
Regelkreis und keine Strecke. Wenn man das Objekt aber wirklich als Strecke
definieren will, dann ist es eine komlexe Rückkopplungsstrecke, deren
Regleranpassung sehr schwierig wird (ein Regler soll einen Regelkreis
regeln! kein klassischer Streckengrundtyp!). Ist aber nur der
Behälter als Strecke gemeint, dann ist es - die typische
Füllstandsstrecke - eine Strecke ohne Ausgleich (Integrale Strecke) vom
I0-Typ.
- Sehr viele Anfragen erhalte ich gerade zur im vorigen Punkt
besprochenen Frage der Regelung von Füllständen. Wie bereits
erwähnt, sind Füllstandsstrecken in der Regel Integrale Strecken.
Dies wäre für sich gesehen noch gar nicht so problematisch. Das
Problem bei den meisten realen Füllstandsstrecken ist, daß die
Anordnung keine vernünftigen Stelloperationen des (der) verwendeten
Stellglieds(glieder) zuläßt. Denken Sie z.B. an die
Schwimmerregelung eines WC-Zeitspülkastens: Das Stellglied kann hier nur
den Zulauf öffnen und schließen, aber es kann eine
Überfüllung nicht rückstellen!! Nachregeln kann das Ding ja
nur, wenn abgelassen wird - und in der Regel ist das dann gleich der
Spülvorgang, der eine dramatische Störung darstellt. Ich nenne dies
eine 'extreme Assymetrie im Stellverhalten', - denn wie soll der Regler eine
Überfüllung beseitigen, wenn er das mit seinem Stellglied gar nicht
hinkriegt? Zwischen diesem Verhalten und dem Verhalten, daß ein
Stellorgan gleichwertig füllen und ablassen kann oder daß zwei
verschaltete Stellorgane das bewältigen - also der 'vollsymmetrische Fall'
im Stellverhalten - liegen Anordnungen mit beispielsweise einem schwachen
konstanten Ablauf als 'Dauerrückstellkraft' und viele andere 'Creationen'
(regeltechnisch sorgloser Zeitgenossen). Also: erste Regel: Analysieren Sie
genau, was Ihre Füllstandsstrecke inklusive Stellorganen eigentlich macht
und damit auch kann!!! Denken Sie auch an technische 'Nachbesserungen' (an
Strecke+Stellglied)!! Beim klassischen Feedback-Regler brauchen Sie da erst gar
nicht herumsuchen, denn Regler können in Ihrem (heute meist elektrischen)
Stellsignalausgang entweder stetig bipolar analog oder unipolar analog um einen
Nullstellpunkt herum alles ausgeben 'was das Herz begehrt', - nur es muß
auch geschehen was sie wollen.
Nun erhebt sich die Frage, wie
parametrisiere ich eine Füllstandsstrecke nach der
Streckensprungantwortmethode? Die Regeln wurde erwähnt und sind
gültig.Bei realen Strecken wird fast immer bei der Anwendung der
graphischen Tangentenmethode eine - zumindest kleine - Verzögerungszeit
Tu zu finden sein. Schwierig wird die Frage, was den
'Einheitssprung' darstellt, also die Höhe in der Y-Achse, die bei Strecken
mit Ausgleich erreicht wird, wenn die Sprungantwort die Höhe des
angelegten Sprungs erreicht hat (diese Höhe kann bei Strecken mit
Ausgleich dem Graphen entnommen werden, bei integralen Strecken jedoch nicht!).
Dieser 'Level' ist aber wichtig, weil er mit seinem Schnittpunkt mit der
integralen Anstiegskurve die Zeit Ti bestimmt. Ti ist
dann übrigens mit der Anstiegszeit (Eigenzeit, Steilheit, Verzugszeit)
TG gleichzusetzen, - damit hätten wir auch die beiden
'Ersatzzeitparameter' für die Reglereinstellung (TU und
TG). Nehmen wir nun als ersten Fall den extremen
'WC-Schwimmer-Fall', also: gar keine wirkende Rückstellkraft vorhanden.
Der Regler muß 'nur' durch Nachfüllen Ablaßstörungen
beseitigen. Na ja, das könnte er nur im aperiodischen Kriechfall , - aber
klar ist: eine Überfüllung kriegt der partout nicht weg, - da
können Sie sich auf den Kopf stellen und mit den Füßen
wackeln!! Parametrisieren wir aber auf den aperiodischen Kriechfall, dann wird
der Regler bei Störung so 'lahm' reagieren, daß Sie über das
'Nachfüllen' verzweifeln. Wenn Sie eine geringe Überfüllung
akkzeptieren, die der Regler beim Einschwingen produziert, dann würde ich
Ihnen vorschlagen, auf beliebige Weise (auch mit dem Stellglied, wenn es das
mengenmäßig ermöglicht) einen 'realistischen' Zulaufsprung zu
erzeugen, der von einem Punkt unterhalb des Sollwerts bis zu einem von Ihnen
gewählten Höchststand geht. Als Punkt unterhalb des Sollwerts
würde ich einen Punkt wählen, den ich nach Anlegen einer zu
erwartenden Ablaßstörung in der zu erwartenden Wirkzeit so in etwa
erhalte. Dann würde ich nur den reinen Ablaß-Sprung bei Störung
ausgehend vom Sollwertlevel in gleicher Weise unter realistischen
Randbedigungen vornehmen. Für beide Fälle können Sie dann einen
Regler-Test mit den erhaltenen Parametern durchführen. Dann müssen
Sie sich für eine Kompromißlösung entscheiden. Dabei
können Sie ja Prioritäten setzen. Warum das Ganze? Mit den
vorgeschlagenen Prozeduren erhalten Sie wirklich charakteristische
'Ersatzzeitinformationen' vom Streckensystem. Ich bin der festen
Überzeugung, daß Sie so schon einmal keinen größeren
Crash mehr produzieren. Ob Sie einen PI- oder einen PID-Regler nehmen,
müssen Sie auch ausprobieren, ich persönlich würde entgegen den
Ratschlägen in der Literatur sogar eher einen PID-Regler bevorzugen, weil
das D-Glied eine schnellere Einstellung auf 'zu' bei Überfüllung
bewirken dürfte, aber das hängt von den Zielen der Regelung ab. Bei
zunehmend symmetrischer Stellgliedwirkung (oder z. B. konstanter
Rückstellkraft 'Abfluß') würde ich genauso verfahren, wobei zu
erwarten ist, daß die Zeitparameter dann immer ähnlicher werden. Sie
sehen also: das ganze geht gar nicht so einfach. Wenn ein Entwickler Erfahrung
mit moderneren KI-Algorithmen hat, sollte er hier nicht zögern, deren von
der klassischen Regelungstechik immer noch unterschätzten Vorteile unter
Beweis zu stellen.
Sehr nützlich wäre es auch wenn Sie Ihre
Strecke auf einem Rechner mit Schnittstellenkarte echtzeitsimulieren und mit
dem Regler von extern beregeln könnten. Sie können die Strecke
entweder durch mathematische Modellierung (z. B. auch einfach nur 'Totzeit plus
linearer Anstieg') oder einen Meßdaten/Zeit - Satz simulieren.
Nützliche Software ist hierbei z. B. Agilent VEE.
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Wird, wenn es die Zeit erlaubt, fortgesetzt! Geplant ist u.a. ein Regeltechnik-Praktikum
mit auf Agilent VEE simulierten Reglern und Strecken, teilweise mit 'reaktionstechnischen
Strecken' aus der Techn.Chemie.
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