Grundlagen der Regelungstechnik: Konzepte und Design moderner Regelsysteme

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Recherche und Erarbeitung der Grundlagen der Regelungstechnik. Die Arbeit soll als Basis dienen für eine Bachelorarbeit, in der ein einschleifiger Temperaturregler entworfen und umgesetzt wird. Hierzu wurde in Lehrbüchern und wissenschaftlichen Artikeln recherchiert, um anschließend die mathematischen Grundlagen und Grundbegriffe der Regelungstechnik, sowie die Herangehensweisen bei Regelungsaufgaben festzuhalten. Um ein Dynamisches System zu beschreiben, müssen die physikalischen Eigenschaften des Systems in Form von Gleichungen aufgestellt werden, die dann in einer Differentialgleichung zusammengefasst werden können. Es wird daher näher auf gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen und die Lösung dieser eingegangen. Das Ziel bei der Regelung liegt darin, die Regelgröße, der Führungsgröße so nachzuführen, dass die Differenz beider Größen zu allen Zeitpunkten minimal ist. Dies wird erreicht durch die Entgegenwirkung der Störgröße durch die Steuerung der Stellgröße mithilfe des Stellgliedes. Das übergeordnete Ziel des Reglerentwurfes ist das Aufstellen des Reglergesetzes, welches hier anhand eines Beispiels beschrieben werden soll. Das Reglergesetz legt fest, wie die Stellgröße berechnet wird, um die Regelgröße, gemäß der Führungsgröße, zu kontrollieren. Abschließend wird auf die Herangehensweise bei Regelungsaufgaben eingegangen und es wird ein Überblick gegeben über das modellbasierte Verfahren und das prozessbasierte Verfahren zum Lösen von Regelungsaufgaben. Das modellbasierte Verfahren zum Lösen von Regelungsaufgaben liefert generell bessere Lösungen. Zur Verwendung des prozessbasierten Verfahrens muss das System außerdem durch eine aperiodische Übergangsfunktion beschrieben werden können.