Grundlagen der Regelungstechnik

Diese Veranstaltung wird mit Bezug auf Beispiele aus der Elektrotechnik, des Maschinenbaus und der Prozesstechnik in die (in jeder Hinsicht) komplexe Welt der Prozessanalyse und -beschreibung, Regelung und Steuerung einführen. Sie dient u.a. als solide Basis für weiterführende Veranstaltungen, z.B. in der Mechatronik, im Schwerpunkt AAT der Elektrotechnik sowie im Wahlpflichtfachkatalog.

Die Veranstaltung besteht aus Vorlesung und 14-tägigen, 2-stündigen Übungen. Um Ihnen die Thematik auch praktisch greifbar und anschaulich näher zu bringen, werden unter der Rubrik "Simulationen" Beispiele eingestellt werden, die Ihnen das Probieren auf dem eigenen Rechner ermöglichen. 

Details entnehmen Sie bitte der Modulbeschreibung.

Für Fragen, Anregungen, Sprechstundentermine usw. erreichen Sie mich am besten per Mail unter u.hoffmann@FH-aachen.de

Vorlesung

Vorlesung | Grundlagen der Regelungstechnik

Das Skript ist als Leitfaden gedacht und ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Es ist an der Praxis ingenieurmäßiger Arbeiten orientiert und gibt einen Überblick. Sie können es zweckmäßig begleitend zur Vorlesung nutzen. Zur Vertiefung verweise ich auf weiterführende Literatur (siehe Rubrik "Literatur").

Die Downloads zur Vorlesung sind in ILIAS verfügbar. 

Übungen

Übungen | Grundlagen der Regelungstechnik

Die Übung der Gruppe 1 beginnt nach der 1. Vorlesung ab 10:15 Uhr.  Die Übungen sind zweistündig und finden für jede Gruppe vierzehntägig statt. Die Gruppe 2 beginnt entsprechend eine Woche später. In der Übung werden die Inhalte und Methoden der vorangegangenen Vorlesungen aufgegriffen und mittels Beispielaufgaben, Demonstrationen und Fragen vertieft und verständlich gemacht.

Die Aufgaben sollen von Ihnen zumindest im Ansatz bearbeitet werden. Die Lösung und Ergänzendes werden anschliessend vorgestellt.

Die Übungsaufgaben werde ich mit hinreichendem Vorlauf in ILIAS als Download einstellen.

Klausuren

Klausuren | Grundlagen der Regelungstechnik

Aufgrund der Nachfrage der Studierenden habe ich seit 2009 eine Sammlung von Aufgaben zur Klausurvorbereitung zum Download in ILIAS eingestellt. Die Sammlung gibt einen inhaltlichen Überblick und stellt etwa die redaktionelle Form der Aufgaben dar. Sie ist aus Klausuren vergleichbarer Veranstaltungen erstellt. Deshalb können ggf. Bezeichnungen etwas anders sein, aber auch Inhalte erscheinen, die Ihnen unbekannt oder unklar sind. In den Vorlesungs- und Übungsblöcken bis zum Semesterende sollen diese Inhalte noch behandelt werden. Wie umfangreich und wie tief hängt jedoch von der verfügbaren Zeit ab.

In der Klausur selbst können Sie alle Unterlagen (handschriftliche Aufzeichnungen, Übungen, Skripte, Literatur) verwenden. Insofern ist es ratsam, bei der Bearbeitung der Aufgaben diese Hilfen zu nutzen. Musterlösungen dazu stelle ich nicht zur Verfügung. In den Sprechstunden (Vereinbarung per Mail) oder in der Rechenübung zur Klausur gebe ich gerne Auskunft zu Ihren Fragen.

Downloads der Klausurnoten und der Sammlung zur Klausurvorbereitung sind in ILIAS verfügbar.

Simulation

Simulation | Grundlagen d. Regelungstechnik

Die Veranstaltung läßt i. R. von Vorlesung und Übung nur eingeschränkt den Bezug zur Praxis zu. Deshalb werde ich in ILIAS - in Form von simulierten Prozessen und deren Regelungen - Downloads verfügbar machen, die Sie auch auf Ihren Rechnern anwenden können: 

Es handelt sich meist um in Excel oder LabVIEW realisierte Prozessabbilder und Bedienoberflächen, anhand derer Sie die Eigenschaften technischer Prozesse und die Wirkungweise von deren Regelungen erproben können. Dies mag helfen, das Verständnis stationärer, ggf. nichtlinearer und dynamischer Vorgänge zu fördern. 

Bei den Excel-Beispielen stehen entsprechende Arbeitsblätter zur Verfügung.

Für die Simulationsbeispiele in LabVIEW benötigen Sie (einmalig) die unten aufgeführte Runtime Engine, die Sie hier vom LabVIEW-Hersteller National Instruments unter Download the LabVIEW Runtime Engine herunterladen können. Folgen Sie dabei den Anweisungen des Herstellers. 

Die unten gelisteten Simulationen erfordern den Download (in ILIAS) der *.exe-Datei ( ggf. auch der *.aliases- und *.ini-Dateien). Legen Sie diese Datei(en) zusammen in einem Ordner auf Ihrem Rechner ab und starten Sie die *.exe-Datei. Hinweise zur Nutzung und zum Umgang sind unten gegeben.
Stationäres Kennlinienfeld

Stationäres Kennlinienfeld
Ein Füllstandsprozess, bestehend aus einem Behälter konstanten Querschnitts, einem Zulauf über eine Ventil-Pumpensatz und einem Ablauf über ein Ventil wird durch sein nichtlineares Kennlinienfeld beschrieben.

Ein P-Regler, dessen Proportionalbeiwert KR und die Basisstellgröße Y0 (Manual Reset) einstellbar sind, kann bei Sollwertänderungen (Füllstandshöhe) oder Störungen  (Hub des Ablauf-Ventils) in verschiedenen Arbeitspunkten erprobt werden.

Der zeitliche Verlauf von Sollwert, Istwert und Stellgröße sind dargestellt sowie die Bewegung des Arbeispunktes im Kennlinienfeld der Strecke. Die Reglerkennlinie in diesem Diagramm verdeutlicht die Eigenschaften des P-Reglers.

In ILIAS stehen folgende Downloads für Sie bereit:

  • Tank_Tube_P_Control_081203.exe
  • Tank_Tube_P_Control_081203.ini
  • Tank_Tube_P_Control_081203.aliases

Literatur

Literatur | Grundlagen d. Regelungstechnik

Die weiterführende Literatur hilft, das in den Veranstaltungen Vermittelte zu vertiefen und vielleicht besser zu verstehen. Die Markierung in der Spalte "Empfehlung" gilt nur im Kontext meiner Veranstaltung und ist keine Aussage zur Qualität der Literatur.

Regelungstechnik

Dorf, Bishop | Moderne Regelungssysteme    
Pearson Verlag, 10. Auflage, 2006    
Bemerkung: gut aufgebaut, sehr anspruchsvoll

Gassmann | Regelungstechnik    
Harri Deutsch Verlag, 2004
Bemerkung: das ideale Buch für Einsteiger, gut geschrieben, anschaulich, umfangreich

Gassmann | Theorie der Regelungstechnik
Harri Deutsch Verlag, 2003
Bemerkung: zur Vertiefung geeignet, anspruchsvoll

Horn, Dourdoumas | Regelungstechnik
Pearson Verlag, 1. Auflage, 2004    
Bemerkung: gut aufgebaut, sehr mathematisch

Kaspers/Küfner | Messen - Steuern - Regeln
Vieweg Verlag, 6. Auflage, 2002
Bemerkung: ergänzt gut alle drei Gebiete

Große, Schorn | Taschenbuch der prakt. Regelungstechnik
Fachbuchverlag Leipzig, 1. Auflage, 2006
Bemerkung: Nachschlagewerk

Langmann | Taschenbuch der Automatisierung
Fachbuchverlag Leipzig, 1. Auflage, 2004
Bemerkung: Nachschlagewerk

Philippsen | Einstieg in die Regelungstechnik
Fachbuchverlag Leipzig, 1. Auflage, 2004
Bemerkung: klare Darstellung, bietet gute Übersicht, Nachschlagewerk

Bergmann | Automatisierungs- u. Prozessleittechnik
Fachbuchverlag Leipzig, 1. Auflage, 1999
Bemerkung: z.T. gut ergänzend

Unger | Einführung in die Regelungstechnik
Teubner Verlag, 3. Auflage, 2004
Bemerkung: wirkt zwar in der Darstellung veraltet, ist aber inhaltlich sehr hilfreich für Einsteiger

Steuerungstechnik

Wellenreuther, Zastrow | Automatisieren mit SPS - Theorie u. Praxis
Vieweg Verlag, 2. Auflage, 2002
Bemerkung: umfachreich, sehr gut ergänzend

Wellenreuther, Zastrow | Automatisieren mit SPS, Übersichten u. Übungsaufgaben
Vieweg Verlag, 3. Auflage, 2007
Bemerkung: z.T. gut geeignet, enthält viel mehr

Seitz | Speicherprorammierbare Steuerungen
Fachbuchverlag Leipzig, 2. Auflage, 2008   
Bemerkung: ideal für den SPS-Programmierer, sehr gut als Lernhilfe

Lepers | SPS-Programmierung nach IEC 61131-3
Franzis Verlag, 2007
Bemerkung: hervorragende Programmier-Unterstützung mit vielen praktischen Beispielen

Krätzig | Speicherprogrammierb. Steuerungen
Hanser Verlag, 1. Auflage, 1992
Bemerkung: z.T. sehr gut ergänzend

Auer | SPS - Aufbau und Programmierung
Hüthig Verlag, 4. Auflage, 1991
Bemerkung: zwar alt, aber gut brauchbar