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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage zur Regelungstechnik


Autor: SyntaxError (Gast)
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Hi,

ich habe mal eine Frage zur Regelungstechnik, es ist nur ein Randfach in 
meinem Studium, und wahrscheinlich ist meine Frage ein bißchen komisch, 
aber vielleicht kann sie mir ja dennoch jemand beantworten und mir damit 
ein für mich geheimnisvolles Mysterium lösen.

Also, ich stelle mir jetzt mal einen Regelkreis vor. Dazu nehm ich 
einfach mal einen Wasserbehälter mit dem Wasserspiegel h und unten einem 
Ausfluss, der immer offen ist. Befüllt wird das Fass durch einen 
Schlauch, der ein Stellventil besitzten soll, das zwischen 0 und 100 
Prozent geöffnet sein kann. Irgendein Sensortyp, egal ob induktiv, 
kapazitiv oder das dritte, ich weis grad nicht, wie das heisst :-), 
misst die Höhe h, beispielsweise ein Drucksensor, die funktionieren 
glaub ich durch einen Quarz und sind somit kapazitiv, oder?

Ziel der Regelung soll ja sein, dass die Massenstroeme von Ablauf und 
Zulauf gleich sind, bzw. dass ein gleicher Druck durch den Drucksensor 
erhalten bleibt. Jetzt gibt es ja verschiedene Regler, P-Regler, 
PI-Regler, PT1-PT2-Regler ..., und die unterschiedlichen Reglertypen 
haben ja verschiedene Eigenschaften, manche summieren Fehler auf...

Meine Frage dazu ist ja folgende - wenn ich jetzt verschiedene 
Reglertypen durchgerechnet hab und beispielsweise für mein Problem eien 
PI-Regler verwenden möchte, dann muss ich ja irgendwie den Regler 
nachbauen.

Es gibt ja die unterschiedlichsten Schaltungen - zB. mit den 
Operationsverstärkern, dort gibt es integrierende Schaltungen, 
differenzierende Schaltungen ... Wenn ich also jetzt den entworfenen 
Regler, den ich ja erstmal nur theoretisch fertig auf dem Papier habe 
mit seinen Werten - nachbauen wollte - mache ich dann das so, dass ich 
versuche, das Regelglied so z.B. durch die verschiedenen Schaltungen mit 
den OP´s versuche, so gut wie möglich nachzubauen, in dem ich dann den 
richtigen OP auswähle und die richtigen Widerstände, Kondensatoren (und 
ggf. Spulen) in einem elektrischen Schaltkreis zusammenfüge und dann die 
Eingangsspannung die Spannung des Drucksensors wäre und die 
Ausgangsspannung die Spannung, die dann zu dem Stellmotor des Ventils 
geht und es entsprechend mehr oder weniger öffnet?

Wenn ich ja jetzt das ganze per Computer mache, dann ist es ja 
einfacher, dann kann ich ja theoretisch einfach das Eingangssignal mit 
einer Messkarte messen und es softwaremässig verarbeiten, in dem ich die 
einzelnen Rechenoperationen durchführe, z.B. Integrationen mache, 
Verstärkungsfaktoren einbaue ... und bekomme dann eine softwaremässig 
errechnete Ausgangsspannung, die müsste ich dann über eine andere Karte 
senden, die das digitale Signal in eine analoge Spannung dann umwandelt, 
oder? Und diese theoretischen Rechenschritte, die müsste ich doch dann 
mit Hilfe der elektronischen Grundschaltungen versuchen, nachzubauen, 
wenn ich den Regler eben nicht im Computer haben will, sondern in Form 
einer Elektronic auf einer Platine? Habe ich das so richtig verstanden?

Als ich diese Frage so versuchte gegenüber dem Prof. zu stellen, da hat 
er mich nicht richtig verstanden, weil ich es nicht gut erklären kann, 
auch hier ist meine Wortwahl leider ein bißchen ungeschickt, aber ich 
hoffe, man weis, was meinen Verständnisproblem da ist.

Autor: Schrotty (Gast)
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Hallo!

Prinzipiell hast du das richtig verstanden, auch wenn es ein wenig 
umständlich formuliert war.

Der Regelkreis setzt sich aus einer Regelstrecke und einem Regler 
zusammen. Näheres hierzu z.B. unter 
http://de.wikipedia.org/wiki/Regelkreis

Der Regler, um dem es dir hier geht, führt eine mathematische Funktion 
durch, indem er aus der Regelabweichung eine neue Stellgröße errechnet.
Der grundlegende Zusammenhang zwischen Regelabweichung und Stellgröße 
ist über die Art des Reglers festgelegt (P, PI, PID- Regler...) Die 
Auswahl des Regelalgorithmus ergibt sich aus den Anforderungen an das 
Verhalten der gesamten Regelstrecke.

Die Durchführung der Berechnung kann auf vielerlei Arten erfolgen. z.B. 
Operationsverstärkerschaltungen oder Controller oder PC oder sogar durch 
ein mechanisches System.
Wie die Umsetzung der Übertragungsfunktion erfolgt, ist sekundär. 
Wichtig ist, dass der Regler eben genau die gewünschten Zusammenhänge 
zwischen Regelabweichung und Stellgröße wiedergibt.

Ich hoffe, es ist dir etwas klarer geworden.

Autor: Michael Rathmair (dj_motionx)
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Hmm verstehe auch nicht eindeutig was deine Frage dahinter sein sollte. 
Ich würd mal sagen Ja "priniziell" stimmt das alles was du da oben 
geschrieben hast.

Wenn du deinen Regler am Papier fertig entworfen hast und die 
Relungsparameter richtig bestimmt hast is das Bsp. theoretisch gelöst. 
Wie dein Regler dann in der Praxis aussieht ind realisiert ist, ist eine 
andere Geschichte. Auf analogem Wege kann man eben eine OPV Schaltung 
verwenden und wie schon richrig genannt bestimmen dann die Werte der 
Widerstände und Kondensatoren dine Regelerparameter. Wie man von den 
Paramatern auf dem Papier auf die Werte der Bauteile kommt ist durch 
einfache mathematik zu bewerkstelligen. Eventuell müssen aber die 
Ausgangs und Eingangssignale in iheren Pegeln umgewandelt und angepasst 
werden.

2.Vorschlag ist auch richtig. Du kannst das ganze auch digital mit einem 
Rechner oder Mikrcontroller realisieren. Wobei ich aber nicht gerade 
sagen würde dass das einfacher ist. Du musst ja dabei auch so sachen wie 
Abtastung und Digital zu Analogwandlung beachten. Aber auch hier ist es 
möglich diene Papierlösung eindeutig in Einstellungsparameter für 
digitale Relgealgorithmen umzurechnen. Bei komplexeren Systemen und vor 
allem wenn Flexibilität gefragt ist ist die digitale Variante sicher zu 
bevorzugen.

Ich hoffe ich konnte dir ein wenig helfen.
Wenn du noch konkrete fragen hast nur zu.

L.g.

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