Temperaturregelung

System

Die Versuche werden mit Experimentierplatten im Profilrahmen aufgebaut. Mit dem Profi-CASSY werden die Regelstrecke oder der Regelkreis angesteuert und die interessierenden Messwerte aufgenommen.

Lernziele

• Erkennen regelungstechnischer Grundprinzipien 
• Führungs- und Störungsregelung 
• Umgang mit Auswerte- und Simulationssoftware 

Funktion

Die Regelung der Temperatur von Wohngebäuden, Fahrzeugen oder Werkstücken ist das klassische Beispiel für Systeme mit großen Zeitkonstanten. Die Temperaturregelstrecke arbeitet sowohl mit Zweipunktreglern als auch mit PID- und Softwarereglern. Sie verfügt über eine 7-Segmentanzeige für die aktuelle Temperatur. Als Heizquelle dient eine Halogenlampe, die den Aufheizvorgang auch sichtbar macht. Die Temperatur wird mit einem NTC-Widerstand gemessen. Zur Untersuchung des Störverhaltens stehen ein Ventilator und eine verschließbare Klappe im Heizungskanal zur Verfügung. Zwei integrierte Leistungsverstärker (für Heizung und Kühlung) ermöglichen die direkte Ansteuerung mit dem Regler, Stellglieder sind nicht erforderlich. Die Temperaturregelstrecke kann auch mit Fuzzy-Regelung betrieben werden.

Methode

Die Ausstattung ist gleichermaßen geeignet für Demonstration und Schülerversuch. Die Durchführung der Versuche erfolgt mit einem elektronischen Handbuch und den Messdateien für CASSY Lab 2 und WinFACT. Dabei gilt Plug & Play: Die Versuche starten nach Aufruf der Messdatei automatisch.

Zielgruppen

Berufsausbildung Elektrotechnik in Handwerk und Industrie und Studierende der Fachrichtungen Automatisierungstechnik und Mechatronik. Der Kurs bietet sowohl Einstiegsversuche auf einfachem Niveau als auch anspruchsvolle Themen für die Bachelorausbildung.

Ergänzungen

Zur Vertiefung sind folgende Ausstattungen empfehlenswert:

• E6.3.4.1 Regelung elektronischer Strecken 
• E6.3.4.2 Digitale Regelung 
• E6.3.4.3 Fuzzy-Regelung 

Themen

• Kennlinie der Temperaturregelstrecke 
• Aufnahme der Sprungantwort 
• Betragsoptimum, die Ersatzregelstrecke 
• Technische Regler 
• Regler im Grenzbereich 
• Empirische Dimensionierung von Reglern 
• Reglerentwurf bei bekannten Zeitkonstanten der Regelstrecke 
• Reglerentwurf durch Pol-Nullstellenkompensation, KR-Bestimmung im Batch-Lauf 
• Reglerentwurf durch numerische Optimierung 
• Faustformelverfahren 
• Führungs- und Störungsregelung mit elektronischem Regler 
• Temperaturregelung mit Softwareregler 
• Temperaturregelung mit blockorientierter PC-Simulation 
• Temperaturregelung mit Zweipunktregler, Einfluss der Hysterese 
• Zweipunktregler mit verzögerter Rückführung 
• Zweipunktregler mit verzögert nachgebender Rückführung 
• Temperaturregelung mit Dreipunktregler 
• Regelkreismodellierung