Labor für Regelungstechnik
Ziele
Das Grundlagenpraktikum vermittelt Bachelorstudierenden der Elektrotechnik und Mechatronik die Grundlagen der Regelungstechnik und dynamischer Systeme. Die in der Vorlesung behandelten Methoden werden experimentell, simulativ und an realen Versuchsaufbauten angewendet.
Die Studierenden lernen insbesondere:
- dynamische Strecken experimentell zu untersuchen, zu modellieren und durch Übertragungsfunktionen zu beschreiben,
- P-, PI-, PD- und PID-Regler mit unterschiedlichen Verfahren auszulegen und deren Parameter zu optimieren,
- analoge und echtzeitfähige Regelkreise aufzubauen und in Betrieb zu nehmen,
- Strom-, Drehzahl- und Winkelregelungen sowie kaskadierte Regelungsstrukturen zu realisieren,
- Messdaten auszuwerten und Mess-, Modell- und Simulationsergebnisse miteinander zu vergleichen,
- Versuche im Team strukturiert durchzuführen und die Ergebnisse in einem technischen Protokoll zu dokumentieren.
Veranstaltungen
Modul Regelungstechnik
Das Praktikum ist Bestandteil des Moduls Regelungstechnik in den Bachelorstudiengängen Elektrotechnik und Mechatronik. Das Modul wird im Winter- und Sommersemester angeboten und umfasst die Vorlesung Regelungstechnik mit vier Semesterwochenstunden, eine 90-minütige Klausur sowie das begleitende Grundlagenpraktikum. Vorlesung, Klausur und Praktikum bilden gemeinsam das vollständige Modul.
Grundlagenpraktikum Regelungstechnik und dynamische Systeme
Das Praktikum umfasst fünf Versuchstage mit jeweils gut drei Stunden Bearbeitungszeit. An jedem Arbeitsplatz arbeiten zwei bis drei Studierende zusammen.
Versuchstage 1 und 2: Analoge Streckenmodelle und Echtzeitregelung
- Analoge Streckenmodelle auf Basis von Operationsverstärker-Schaltungen
- Verknüpfung von bis zu drei PT1-Gliedern
- Analoger PID-Regler mit über Potentiometer einstellbaren Parametern
- Umsetzung von Reglern auf einem Rechner mit Simulink Real-Time
- Verbindung der Versuchsaufbauten über analoge Ein- und Ausgänge einer Echtzeitschnittstelle
- Messdatenerfassung und Datenanalyse in einem vorkonfigurierten Simulink-Modell mit einer Abtastzeit von 5 ms
Versuchstage 3 bis 5: Regelung eines Gleichstrommotors
- Untersuchung und Regelung eines physisch vorhandenen Gleichstrommotors an jedem Arbeitsplatz
- Stromregelung, Drehzahlregelung und Winkelregelung
- Kaskadierte Regelungsstrukturen bis zur Dreifachkaskade aus innerem Stromregelkreis, Drehzahlregelkreis und äußerem Winkelregelkreis
- Auslegung und Optimierung von P-, PI-, PD- und PID-Reglern
- Anwendung unter anderem des Ziegler-Nichols-Verfahrens, des Wendetangentenverfahrens und des Verfahrens nach dem Betragsminimum
- Messdatenbasierte Identifikation des Übertragungsverhaltens des Gleichstrommotors mit der System Identification Toolbox
- Reglerauslegung und -optimierung mit dem Control System Designer beziehungsweise dem SISO-Tool von MATLAB
- Applikation der Regler am realen Gleichstrommotor sowie Vergleich der gemessenen und simulierten Verläufe
Leistungsnachweis
Über alle fünf Versuchstage ist ein gemeinsames Praktikumsprotokoll anzufertigen und abzugeben. Das Praktikum wird mit „bestanden“ oder „nicht bestanden“ bewertet und ist zusammen mit Vorlesung und Klausur Bestandteil des Moduls Regelungstechnik.
Ausstattung
Versuchsarbeitsplätze für Gruppen von jeweils zwei bis drei Studierenden
Analoge Streckenmodelle in Form von Operationsverstärker-Schaltungen
Je Arbeitsplatz bis zu drei miteinander kombinierbare PT1-Glieder
Analog einstellbare PID-Regler mit Potentiometern
Echtzeitschnittstellen mit analogen Ein- und Ausgängen
Rechner mit Simulink Real-Time und vorkonfigurierten Simulink-Modellen zur Messdatenerfassung und -analyse
Messdatenerfassung mit einer Abtastzeit von 5 ms
Physischer Gleichstrommotor an jedem Arbeitsplatz
MATLAB und Simulink einschließlich Control System Designer und System Identification Toolbox
Projekte
Projekte im Control & Automation Module