Bericht
Regelungstechnik (RTE)
Labor
WiSe 22/23
Gruppe
Versuchsdatum:
Abgabedatum
Dozent:
Labor für den Entwurf
und die Modellierung
von Systemen (ELEM)
Inhalt
,Versuch 1: Zweipunktregler (Temperatur).................................................................................3
Einleitung...................................................................................................................................3
Theoretische Grundlagen Zweipunktregler................................................................................3
Versuchsvorbereitung / Simulationsversuch..............................................................................3
Praxisversuch............................................................................................................................12
Versuchsvorbereitung...........................................................................................................12
Versuchsdurchführung und Auswertung..............................................................................13
Zusammenfassung und Fazit....................................................................................................17
Geräteliste.................................................................................................................................17
Versuch 2: PID-Regler mit PT2-Strecke..................................................................................18
Einleitung.................................................................................................................................18
Theoretische Grundlagen.........................................................................................................18
Versuchsdurchführung.............................................................................................................19
Simulation...........................................................................................................................19
Praktischer Versuch..............................................................................................................21
Auswertung und Beurteilung der Ergebnisse...........................................................................23
Simulation............................................................................................................................23
Praktischer Versuch..............................................................................................................24
Zusammenfassung und Fazit....................................................................................................28
Geräteliste.................................................................................................................................29
Versuch 3: PI(D)-Regler mit Regelstrecke..............................................................................30
Einleitung.................................................................................................................................30
Glieder der PID-Regler............................................................................................................30
Simulation................................................................................................................................32
Aufgabe1..............................................................................................................................33
Aufgabe 2.............................................................................................................................34
Aufgabe 3.............................................................................................................................36
Praxisversuch............................................................................................................................38
Versuchsaufbau........................................................................................................................39
Versuchsdurchführung.............................................................................................................39
Zusammenfassung und Fazit....................................................................................................41
Abbildungsverzeichnis.............................................................................................................42
,Versuch 1: Zweipunktregler (Temperatur)
Einleitung
In diesem Versuch wurde das Verhalten eines Zweipunktreglers untersucht. Der
Zweipunktregler ist ein Regler aus der Reglungstechnik. Die Anwendungsbereiche eines
Zweipunktreglers sind Kühlaggregate oder auch Heizungen (z.B. Fußbodenheizung).
In diesem Laborbericht wird ein Zweipunktregler anhand einer Simulation und eines realen
Experiments untersucht. Die Ergebnisse werden dann gegenübergestellt. Als
Simulationsumgebung wurde MatLab Simulink verwendet. Die Regelstrecke war ein RC-
Tiefpass mit zwei verschiedenen Bauteilparametern.
Im Experiment wurde ein Heizelement geregelt. Es bestand aus thermisch gekoppelten
Widerständen und wurde elektronisch geregelt.
Theoretische Grundlagen Zweipunktregler
Der Zweipunktregler ist ein unstetiger Regler. Er hat nur zwei Stellgrößen (wie der Name
aussagt). Typischerweise schwankt der Istwert um den Sollwert. Durch eine Hysterese kann
eine Toleranz gegenüber Abweichungen eingestellt werden.
Ein Vorteil von Zweipunktreglern ist, dass der Aufbau sehr einfach ist. Ein Nachteil
hingegen, dass durch eine schlechte Hysterese möglicherweise die Schaltfrequenz sehr hoch
ist, da es Sollwert ständig den Istwert unter- bzw. überschreitet. Dadurch kann es zu einer
geringeren Lebensdauer der Bauteil kommen, bzw. der Verschleiß ist durch das ständige
Schalten hoch.
Versuchsvorbereitung / Simulationsversuch
Als Vorbereitung diente ein Simulationsversuch mit MatLab Simulink. Das Modell wurde
bereits aufgebaut vorgegeben. Dazu wurde die Simscape Toolbox verwendet. Das Modell ist
folgendermaßen aufgebaut: Eine Konstante dient zur Vorgabe des Sollwertes. Diese führt in
einen Soll-Istwert Vergleich bei dem der Sollwert addiert und die Ausgangsgröße subtrahiert
wird. Daraus bildet sich die Regeldifferenz. Diese führt zu dem Zweipunktregler. Dessen
Ausgang, der Regelausgang führt in eine regelbare Spannungsquelle. Die Strecke besteht aus
einem RC-Tiefpass 1.Ordnung. Dies entspricht einem PT1-Glied. Die Ausgangsgröße wird
von einem Spannungssensor erfasst und zurückgeführt, sowie in einem Oszilloskop
angezeigt.
, Abbildung 1 Simulink Modell
Veränderung des Sollwertes
Im Simulationsversuch wurden zunächst Kurvenverläufe der Ausgangsgröße zur
Veränderung des Sollwertes aufgenommen. Der Sollwert lag bei 1 V, 7,5 V und 10 V.
Dies wurde (wie der gesamte Simulationsversuch) für zwei verschiedene Sets an Bauteilen, R
und C, durchgeführt.
Die Bauteilparameter betrugen:
Set 1: R = 5 kΩ, C= 1 μF
Set 2: R = 10 kΩ, C= 8 μF
Abbildung 2 Sollwert 1V Set 1
Regelungstechnik (RTE)
Labor
WiSe 22/23
Gruppe
Versuchsdatum:
Abgabedatum
Dozent:
Labor für den Entwurf
und die Modellierung
von Systemen (ELEM)
Inhalt
,Versuch 1: Zweipunktregler (Temperatur).................................................................................3
Einleitung...................................................................................................................................3
Theoretische Grundlagen Zweipunktregler................................................................................3
Versuchsvorbereitung / Simulationsversuch..............................................................................3
Praxisversuch............................................................................................................................12
Versuchsvorbereitung...........................................................................................................12
Versuchsdurchführung und Auswertung..............................................................................13
Zusammenfassung und Fazit....................................................................................................17
Geräteliste.................................................................................................................................17
Versuch 2: PID-Regler mit PT2-Strecke..................................................................................18
Einleitung.................................................................................................................................18
Theoretische Grundlagen.........................................................................................................18
Versuchsdurchführung.............................................................................................................19
Simulation...........................................................................................................................19
Praktischer Versuch..............................................................................................................21
Auswertung und Beurteilung der Ergebnisse...........................................................................23
Simulation............................................................................................................................23
Praktischer Versuch..............................................................................................................24
Zusammenfassung und Fazit....................................................................................................28
Geräteliste.................................................................................................................................29
Versuch 3: PI(D)-Regler mit Regelstrecke..............................................................................30
Einleitung.................................................................................................................................30
Glieder der PID-Regler............................................................................................................30
Simulation................................................................................................................................32
Aufgabe1..............................................................................................................................33
Aufgabe 2.............................................................................................................................34
Aufgabe 3.............................................................................................................................36
Praxisversuch............................................................................................................................38
Versuchsaufbau........................................................................................................................39
Versuchsdurchführung.............................................................................................................39
Zusammenfassung und Fazit....................................................................................................41
Abbildungsverzeichnis.............................................................................................................42
,Versuch 1: Zweipunktregler (Temperatur)
Einleitung
In diesem Versuch wurde das Verhalten eines Zweipunktreglers untersucht. Der
Zweipunktregler ist ein Regler aus der Reglungstechnik. Die Anwendungsbereiche eines
Zweipunktreglers sind Kühlaggregate oder auch Heizungen (z.B. Fußbodenheizung).
In diesem Laborbericht wird ein Zweipunktregler anhand einer Simulation und eines realen
Experiments untersucht. Die Ergebnisse werden dann gegenübergestellt. Als
Simulationsumgebung wurde MatLab Simulink verwendet. Die Regelstrecke war ein RC-
Tiefpass mit zwei verschiedenen Bauteilparametern.
Im Experiment wurde ein Heizelement geregelt. Es bestand aus thermisch gekoppelten
Widerständen und wurde elektronisch geregelt.
Theoretische Grundlagen Zweipunktregler
Der Zweipunktregler ist ein unstetiger Regler. Er hat nur zwei Stellgrößen (wie der Name
aussagt). Typischerweise schwankt der Istwert um den Sollwert. Durch eine Hysterese kann
eine Toleranz gegenüber Abweichungen eingestellt werden.
Ein Vorteil von Zweipunktreglern ist, dass der Aufbau sehr einfach ist. Ein Nachteil
hingegen, dass durch eine schlechte Hysterese möglicherweise die Schaltfrequenz sehr hoch
ist, da es Sollwert ständig den Istwert unter- bzw. überschreitet. Dadurch kann es zu einer
geringeren Lebensdauer der Bauteil kommen, bzw. der Verschleiß ist durch das ständige
Schalten hoch.
Versuchsvorbereitung / Simulationsversuch
Als Vorbereitung diente ein Simulationsversuch mit MatLab Simulink. Das Modell wurde
bereits aufgebaut vorgegeben. Dazu wurde die Simscape Toolbox verwendet. Das Modell ist
folgendermaßen aufgebaut: Eine Konstante dient zur Vorgabe des Sollwertes. Diese führt in
einen Soll-Istwert Vergleich bei dem der Sollwert addiert und die Ausgangsgröße subtrahiert
wird. Daraus bildet sich die Regeldifferenz. Diese führt zu dem Zweipunktregler. Dessen
Ausgang, der Regelausgang führt in eine regelbare Spannungsquelle. Die Strecke besteht aus
einem RC-Tiefpass 1.Ordnung. Dies entspricht einem PT1-Glied. Die Ausgangsgröße wird
von einem Spannungssensor erfasst und zurückgeführt, sowie in einem Oszilloskop
angezeigt.
, Abbildung 1 Simulink Modell
Veränderung des Sollwertes
Im Simulationsversuch wurden zunächst Kurvenverläufe der Ausgangsgröße zur
Veränderung des Sollwertes aufgenommen. Der Sollwert lag bei 1 V, 7,5 V und 10 V.
Dies wurde (wie der gesamte Simulationsversuch) für zwei verschiedene Sets an Bauteilen, R
und C, durchgeführt.
Die Bauteilparameter betrugen:
Set 1: R = 5 kΩ, C= 1 μF
Set 2: R = 10 kΩ, C= 8 μF
Abbildung 2 Sollwert 1V Set 1
