Grundlagen Regelungstechnik

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 12.0 vom 24.02.2023

11B0197

Fundamentals Close Loop Control Systems

• Elektrotechnik (B.Sc.)
• Mechatronik (B.Sc.)
• Lehramt an berufsbildenden Schulen - Teilstudiengang Elektrotechnik (M.Ed.)
• Elektrotechnik im Praxisverbund (B.Sc.)

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Das Fach baut auf Grundlagen der Mathematik, der Physik, der Elektrotechnik und auf Kenntnissen von Signalen und Systemen auf. Das Lernziel ist das strukturierte Analyse von technischen Prozessen und das Design von Regelkreisen. Die Lernprozesse werden durch Vorlesungen, Übungen und Praktika unterstützt. Die Studierenden erhalten Grundlagen in der Systemtechnik von Regelkreisen (Closed Loop Control)

• 1. Grundbegriffe der Regelungstechnik
• 1.1. Allgemeine Bemerkungen
• 1.2. Steuerung
• 1.3. Regelung
• 1.4. Haupanwendungsgebiete
• 1.5. Statische Kennlinienfelder und Linearisierung
• 1.6. Lineare Übertragungssysteme
• 1.7. Festwert- und Führungsgrößenregelung
• 1.8. Normierung
• 2. Dynamisches Verhalten von Regelstrecken
• 2.1. Proportionale Systeme- Systeme mit Ausgleich
• 2.2. Systeme ohne Ausgleich
• 2.3. Differenzierende Systeme
• 2.4. Systeme nur mit Totzeit
• 2.5. Zusammenstellung typischer Systeme
• 3. Der Regelkreis
• 3.1. Verhalten mit P-Regler
• 3.2. Verhalten mit I-Regler
• 3.3. Gegenüberstellung von P- un I-Reglern bei P-Strecken
• 3.4. Regelkreis mit I-Regler und I-Strecke
• 3.5. Zusammengesetzte Regler
• 4. Grundprinzipien zur Zustandsraumdarstellung
• 5. Vermaschte Regelkreise
• 5.1. Unterlagerte Regelkreise - Kaskadenregelung
  5.2 Störgrößenaufschaltung
• 5.3. Hilfsstellgröße
• 6. Optimale Einstellung von Regelkreisen im Zeitbereich
• 6.1. Integralkriterien
• 6.2. Einstellregeln nach Ziegler-Nichols
• 6.3. Einstellregeln nach Chien-Hrones-Reswich
• 6.4. Allgemeine Bemerkungen zum Anwendungsprofil der Verfahren
• 7. Komplexe Übertragungsfunktion
• 7.1. Erläuterungen
• 7.2. Zusammenstellung von wesentlichen Systemtypen
• 7.3. Eigenschaften der Übertragungsfunktionen
• 7.4. Umformung von Strukturbildern
• 8. Aufbau von Reglern
• 8.1. Prinzipieller Aufbau mit analogem Verfahren
• 8.2. Realisierung mit Operationsverstärkern
• 8.3. Prinzipieller Aufbau mit digitalem Verfahren
• 9. Eiführung in die Frequenzgänge
• 9.1. Definition
  9.2 Wesentliche Systemtypen
  9.2.1. Ortskurve
  9.2.2. Bodediagramm
  
  Praktika.
• 1. Grundversuch eines linearen Regelkreises
• 2. Temperaturregelkreis
• 3. Grundversuch mit digitalem Regler

Wissensverbreiterung
Die Studierenden verstehen die Grundlagen der Regelungstechnik für die Analyse- und Designphase. Die unterschiedlichen Strukturkonzepte und die Auswahl und Dimensionierung von Reglern verstehen sie. Anhand von praktischen Beispielen je nach Studiengang aus der Mechatronik oder Elektrotechnik werden die theoretischen Kenntnisse angewendet.
Wissensvertiefung
Die Studierenden kennen die Stärken und Schwächen der einzelnen Regelkonzepten im Hinblick auf die technische Anwendung in der Mechatronik oder Elektrotechnik entsprechend des Studienganges
Können - instrumentale Kompetenz
Analysen im Zeit- und Frequenzbereich können sie durchführen und zugehörige Simulationswerkzeuge sinnvoll in der Mechatronik bzw. Elektrotechnik entsprechend dem Studiengang einsetzen.
Können - kommunikative Kompetenz
Einfachere technische Prozesse aus der Mechatronik oder Elektrotechnik entsprechend des Studienganges können die Studierenden zerlegen und in ein Regelkonzept integrieren.
Können - systemische Kompetenz
Sie können die Entwicklung der Regelungstechnik für mechatronische bzw. elektrotechnische Prozesse beurteilen und nachvollziehen

Vorlesung, Übungen, Praktika

Kenntnisse aus den vorhergehenden Vorlesungen Mathematik, Physik, Elektrotechnik

Rehm, Ansgar

• Rehm, Ansgar
• Lampe, Siegmar

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siehe Skript

Klausur 2-stündig

Experimentelle Arbeit

Vertiefte Grundkenntnisse der linearen Systembeschreibung im Zeit- und Frequenzbereich, Grundkenntnisse zur Stabilität und Auslegung von Regelkreisen

1 Semester

Wintersemester und Sommersemester

Deutsch