Regelung

Grundlagen Regelung

V 1.4d

Überall, wo es auf die genaue Einhaltung von Prozeßbedingungen ankommt, ist es erforderlich den Prozeß zu beobachten, Abweichungen von einem geforderten Verhalten zu registrieren und in geeigneter Art und Weise auf diese Abweichungen zu reagieren, so daß sich das geforderte Verhalten wieder einstellt. Zur Beobachtung müssen Signale gemessen werden, die das Systemverhalten beschreiben bzw. die Informationen über die herrschenden Zustände liefern (z.B. Temperatur, Druck, Stoffgrößen,...). Der Vergleich des gemessenen mit dem geforderten Zustand, sowie die geforderten Eingriffe können entweder von Menschen oder Geräten vorgenommen werden. In beiden Fällen spricht man von Regelung. Sie ist gekennzeichnet durch die Schritte Messen - Vergleichen - Stellen /1/.

Der Regelkreis

Ein Regelkreis (Abb. 1) dient dazu, eine vorgegebene physikalische Größe (Regelgröße x) auf einen gewünschten Wert (Sollwert w) zu bringen und dort zu halten.

Abb1.: Regelkreis

Um die gestellte Aufgabe zu erfüllen (x=w), muß der Wert der Regelgröße - die Istgröße - gemessen werden. Dies geschieht durch die Meßeinrichtung. Tritt zwischen Soll- und Istwert der Regelgröße eine Differenz auf (x<>w, Sollwertabweichung e), so muß dieser durch eine entsprechende Einflußnahme auf die Anlage entgegengewirkt werden. Die Größe, die zu diesem Zweck geändert werden muß, heißt Stellgröße (y) und kann eine beliebige physikalische Größe sein. Sie muß lediglich die Bedingung erfüllen, daß eine Änderung der Stellgröße eine Änderung der Regelgröße nach sich ziehen muß. Im Ergebnis des Entgegenwirkens wird die Abweichung verringert bzw. ganz beseitigt /2/. Das entsprechende Glied im Regelkreis, wird als Stelleinrichtung bezeichnet. Die Stelleinrichtung besteht aus dem Stellantrieb und dem Stellglied.

Ein Regelvorgang wird entweder durch Änderung der Sollgröße oder durch Auftreten einer Störung ausgelöst. Eine Störung kann z.B. eine plötzliche Änderung der Umgebungstemperatur oder eines Volumenstromes sein. Die Größe, die die Störung verursacht, wird als Störgröße (z) bezeichnet. Jede Änderung der Störgröße bewirkt eine Änderung des Istwertes der Regelgröße. Würde sich die Störgröße nicht ändern und wäre keine Änderung des Sollwertes erwünscht, so würde ein einmal in den Sollzustand gebrachtes System in diesem Zustand verharren. Es wäre keine weitere Änderung notwendig.

Ein Glied, das den Vergleich zwischen Ist- und Sollwert durchführt und letztendlich den Wert für die Stelleinrichtung (Steuergröße u=u(t)) vorgibt, wird als Regler bezeichnet.

Ein vereinfachtes Blockschaltbild eines Regelkreises, wie es oft in der Regelungstechnik verwendet wird, ist in Abb. 2 dargestellt.

Abb.2: Regelkreis

Bestandteile eines Regelkreises

Ein Regelkreis besteht aus den beiden Hauptteilen Regelstrecke und Regler.

Regelstrecke:

Der Teil der Anlage, der vom Regler beeinflußt wird. Die Regelstrecke beginnt am Stellort (die Stelle, an der das Stellglied in die Wirkungskette einwirkt) und endet am Meßort (die Stelle, an der die Regelgröße gemessen wird). Das Stellglied (im Versuch die Heizung) zählt zur Regelstrecke.

Regelstrecken werden nach ihrem Zeitverhalten beurteilt. Um die Kenngrößen einer Regelstrecke zu bestimmen (Verstärkungsfaktor, Zeitkonstanten), wird das betrachtete System mit einem definierten Eingangssignal (y=y(t)) beaufschlagt und das Ausgangssignal als Funktion der Zeit aufgenommen (Sprungantwort).

Entsprechend der Antwort eines zuvor in Ruhe befindlichen Systems auf einen Einheitssprung werden Regelstrecken unterteilt in:

	integralwirkende Strecken
	Strecken mit Ausgleich erster Ordnung (Modell und Parameterbestimmung)
	Strecken mit Ausgleich höherer Ordnung (Modell und Parameterbestimmung)

Regler:

Ein Regler verändert das zeitliche Verhalten der Sollwertabweichung e(t) in geeigneter Weise derart, daß der Regelkreis insgesamt das geforderte Verhalten zeigt /3/. Der Regler beginnt am Meßort und endet am Stellort. Damit gehört die Vergleichsstelle, die die Differenz zwischen Ist- und Sollwert bildet (w-x), sowie der Antrieb des Stellgliedes (im Versuch der Heizungssteller) ebenfalls zum Regler.

Oft verwendete Reglertypen sind

	P-Regler	(proportional wirkend)

	PI-Regler	(proportional integral wirkend)

	PID-Regler	(proportional integral differentiell wirkend)

Regler müssen an die Regelstrecke, in der sie eingesetzt werden sollen, angepaßt werden. Hierzu sollten als erstes die Kenngrößen der Regelstrecke ermittelt werden. Auf Grundlage des Wissens über die Art der Regelstrecke und deren Kenngrößen kann dann ein geeigneter Regler gewählt und dessen Parameter (K_R, K_I, K_D) bestimmt werden. Die Reglerparameterbestimmung kann z.B. mit Hilfe geeigneter Einstellregeln erfolgen (Wahl eines geeigneten Reglers und Einstellregeln).

Weitergehende Grundlagen zu Regelstrecke, Regler und Einstellregeln sind in den erweiterten Unterlagen zum Versuch Regelung und in /4/ enthalten.

letzte Aktualisierung: 12. 02. 1999

ITC-Leipzig