Die Selbsttätige Regelung: Theoretische Grundlagen Mit Praktischen Beispielen

ISBN-13: 9783642928413 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 398 str.

A. Leonhard; Adolf Leonhard

Spis treści

A. Grundlagen.- 1. Allgemeines über Regelung.- I. Verschiedene Arten von Regelung. Zweck der Regelung.- II. Grundbegriffe, Aufbau eines einfachen Regelkreises.- III. Vermaschte Regelkreise.- a) Rückführung.- b) Hilfsregelkreise.- c) Reihenschaltung zweier Regelkreise.- IV. Selbstanpassende Regelkreise.- a) Allgemeines.- b) Regelstrecke veränderlich.- c) Regelgröße veränderlich.- d) Verschiedene Beeinflussungsmöglichkeiten der Regelstrecke durch den Regler.- V. Analoge und digitale Regelanordnungen.- a) Analoges und digitales Messen.- b) Analoge und digitale Methoden in der Regelungstechnik.- ?) Digitale Wegregelung.- ?) Digitale Netzregelung.- ?) Digitale Drehzahlregelung.- VI. Das Regelproblem.- VII. Die rechnerische Behandlung von Regelgliedern und ihre Voraussetzungen (Linearisierung und Normierung).- 2. Verhalten von Meßwerken bzw. Reglern ohne Hilfsenergie.- I. Statisches Meßwerk, Proportional-Regler (P-Regler).- a) Grundsätzliches Verhalten.- b) Berechnung.- ?) Ideales statisches Meßwerk bzw. idealer Proportional-Regler (P-Regler).- ?) Massebehaftetes, statisches Meßwerk (P-Regler) ohne Dämpfung.- ?) Massebehaftetes statisches Meßwerk (P-Regler) mit Dämpfung.- c) Meßwerke bzw. Regler mit ähnlichem Verhalten..- II. Astatisches Meßwerk, Integral-Regler (I-Regler).- a) Grundsätzliches Verhalten.- b) Berechnung.- c) Meßwerke mit ähnlichem Verhalten.- III. Astatisches Meßwerk mit vorübergehender Statik, Proportionalintegral-Regler (PI-Regler).- a) Grundsätzliches Verhalten.- b) Berechnung.- c) Meßsysteme mit ähnlichem Verhalten.- IV. Meßwerke bzw. Regler mit Beeinflussung durch die zeitliche Änderung der Eingangsgröße (Regler mit Vorhalt, D-Regler).- a) Grundsätzliches Verhalten des idealen D-Reglers.- b) Beschleunigungspendel.- c) Kondensator-Widerstands-Anordnung.- V. Schaltung von elektronischen Reglern in verschiedenen Kombinationen.- VI. Zusammenstellung der Gleichungen und Kurven für Meßwerke bzw. Regler.- 3. Verhalten von Einzelgliedern (Regelgliedern) des Regelkreises.- I. Einteilung der verschiedenen Regelglieder.- II. Regelglieder mit Beeinflussung nur durch die Stellgröße selbst.- a) Allgemeiner Fall (Schwingung).- b) Weg-Geschwindigkeitssteuerung, Regelglieder mit Ausgleich.- c) Reine Geschwindigkeitssteuerung.- d) Reine Wegsteuerung.- e) Beschleunigungs-Geschwindigkeitssteuerung.- f) Reine Beschleunigungssteuerung.- III. Regelglieder mit Beeinflussung durch die Stellgröße selbst und durch ihre Änderung, Glieder mit D-Einfluß.- a) Drehstromgenerator.- b) Kraftmaschine für Fahrzeugantrieb mit elektrischer Übertragung.- c) Verstellwerk eines mittelbaren Reglers mit nachgiebiger Rückführung.- IV. Regelglieder mit Beeinflussung nur durch die zeitliche Änderung der Stellgröße, reine D-Glieder.- a) Allgemeines.- b) Kraftmaschine mit Synchrongenerator, der auf ein starres Netz arbeitet.- c) Die Steuerung des Momentes bei Motoren.- V. Regelglieder mit Totzeit.- a) Grundsätzliches Verhalten.- b) Berechnung.- VI. Zusammenstellung der Gleichungen und Kurven für Regelglieder.- 4. Versuchstechnische Feststellung des Verhaltens von Einzelglieder des Regelkreises.- B. Ermittlung des Regelvorganges.- 5. Klassisches Verfahren zur Ermittlung des Regelvorganges mit Hilfe der Differentialgleichung.- I. Allgemeines über das Verfahren.- II. Beispiele.- a) Spannungsregelung eines Gleichstromgenerators..- b) Drehzahlregelung eines Dieselmotors.- c) Drehzahlregelung einer Kraftmaschine mit mittelbarem Regler.- d) Druckregelung.- e) Temperaturregelung bei einer Dampf-Warmwasserheizung.- f) Beschleunigungsregelung bei elektrischen Fahrzeugen.- 6. Die Ermittlung des Regelvorganges mit Hilfe der Laplace-Transformation.- I. Kurze Einführung.- II. Die Transformation.- III. Die Rücktransformation.- a) Allgemeines.- b) Rücktransformation mit Hilfe der Partialbruchzerlegung.- c) Rücktransformation mit Hilfe des Heaviside’schen Entwicklungssatzes.- IV. Die Anwendung der Laplace-Transformation auf Regelprobleme.- V. Beispiel.- 7. Ermittlung der charakteristischen Gleichung des Regelvorganges mit Hilfe des Frequenzganges.- I. Der Frequenzgang des Regelkreises.- Die Regelung als Selbsterregungsproblem.- II. Beispiele.- a) Drehzahlregelung einer Kraftmaschine mit indirektem Regler.- b) Spannungsregelung eines Drehstromgenerators mit Erregermaschine durch einen Röhrenfeinregler mit Stromtor-Endstufe.- 8. Ermittlung des Regelvorganges mit Hilfe des Frequenzganges.- I. Der Frequenzgang der Regelung. Die Regelung als Fremderregungsproblem.- II. Graphisches Näherungsverfahren für die Ermittlung des Regelvorganges (Übergangsfunktion) aus dem Frequenzgang.- III. Rechnerisches Verfahren für die Ermittlung des Regelvorganges (Übergangsfunktion) aus dem Frequenzgang. Zusammenhang zwischen Frequenzgang und Laplace-Transformation.- IV. Zeitlicher Verlauf der Regelgröße bei beliebigem zeitlichen Verlauf der Störgröße.- V. Näherungsverfahren.- VI. Mehrfachregelung.- VII. Beispiele.- a) Drehzahlregelung einer Kraftmaschine mit indirektem Regler.- b) Spannungsregelung eines Drehstromgenerators mit Erregermaschine durch einen elektromagnetischen Spannungsregler.- c) Spannungsregelung mit Angriff der Störgröße über ein fremdes, außerhalb des Regelkreises liegendes Glied.- d) Drehzahlregelung eines Dieselmotors mit Gleichstromgenerator mit Angriff der Störgröße über ein fremdes, außerhalb des Regelkreises liegendes Glied.- e) Näherungsverfahren bei einer Temperaturregelung.- f) Drehzahlregelung eines Dieselmotors bei zunächst linear ansteigender und dann konstant bleibender Belastung.- g) Netzregelung als Beispiel einer Zweifachregelung.- h) Näherungsverfahren bei einer Temperaturregelung mit Totzeit im Regelkreis.- i) Näherungsverfahren bei einer Temperaturregelung mit mehreren Totzeit-Gliedern.- k) Folgeregelung.- 9. Ermittlung des Regelvorganges bei nichtlinearen Regelgliedern.- I. Allgemeines über die Zweckmäßigkeit rechnerischer und graphischer Methoden.- II. Indirekter Regler mit konstanter Verstellgeschwindigkeit.- III. Temperaturregelung eines Warmwasserbehälters.- IV. Temperaturregelung bei Warmwasserheizung.- V. Schrittweise Ermittlung des Regelvorganges bei Totzeitglied im Regelkreis mit Hilfe des Frequenzganges.- VI. Regelung mit Schrittregler.- a) Allgemeines über Schrittregler.- b) Regelstrecke mit einem Verzögerungsglied.- c) Regelstrecke mit 2 Verzögerungsgliedern.- d) Schrittregler mit Beeinflussung durch Differenzen.- C. Die Stabilität der Regelung.- 10. Stabilitätsuntersuchungen linearer Regelkreise.- I. Allgemeines.- II. Das Hurwitz-Kriterium.- III. Mathematisch-graphische Lösung.- a) Stabilität.- b) Stabilitätsgüte.- IV. Methode der selbsterregten Schwingungen (Nyquist-Bode-Ver-fahren).- a) Stabilität.- b) Stabilitätsgüte.- c) Beispiele.- V. Ermittlung der Stabilität bzw. Stabilitätsgüte aus den Teilfrequenzgängen von Regelstrecke und Regler.- a) Allgemeines über das Verfahren.- b) Beispiel für die Kontrolle der Stabilität.- c) Beispiel für die Kontrolle der Stabilitätsgüte bzw. für die Bestimmung der Reglerkonstanten.- 11. Stabilität von Regelkreisen mit nichtlinearen Gliedern.- I. Allgemeines.- II. Beschreibungsfunktion.- a) Die Methode.- b) Integralregler mit nichtlinearer Kennlinie.- c) Proportionalregler mit Reibung oder Lose.- III. Phasenebene.- a) Lineares System.- b) Nichtlineares System.- 12. Verbesserung der Stabilität.- I. Allgemeine Maßnahmen.- II. Beeinflussung des Regelkreises durch zeitliche Ableitungen der Regelgröße.- a) Der frei schwebende Körper.- b) Winkelgetreue Gleich-laufschaltung.- c) Stabilisierung der Querlage eines Flugzeuges.- III. Beeinflussung des Regelkreises durch nichtlineare Glieder.- D. Synthese des Regelkreises.- 13. Verschiedene Methoden für die zweckmäßige Bestimmung des Reglers bzw. der Regelkonstanten.- I. Anforderungen an die Regelung.- II. Festlegung der Struktur des Reglers und seiner Konstanten.- III. Angleichung der Abklingzeitkonstanten der verschiedenen Teilvorgänge.- IV. Die lineare Regelfläche.- a) Allgemeines.- b) Berechnung der linearen Regelfläche.- c) Minimum der Regelfläche bei vorgeschriebener relativer Dämpfung.- d) Minimum der Regelfläche bei gleichzeitiger Angleichung der Abklingzeitkonstanten verschiedener Teilvorgänge.- V. Die Bestimmung der Regelkonstanten aus dem Frequenzgang der Regelung.- a) Praktisches Optimum, „Betragsanschmiegung“.- b) Betragsoptimierung.- VI. Die Wurzelortskurven-Methode (Root-Locus-Method).- VII. Bestimmung der Konstanten aus den Teilfrequenzgängen von Regelstrecke und Regler nach der Wurzelortskurven-Methode.- VIII. Optimierung von nichtlinearen Regelkreisen.- IX. Optimierung mit Hilfe von Regelmodellen (Analogrechner).