Verzeichnis meiner Lehrveranstaltungen

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Regelungstechnik

Die Regelungstechnik ist ein Teilgebiet der Automatisierungstechnik. Die Aufgabenstellung der Regelungstechnik besteht darin, eine physikalische Größe entweder auf einem möglichst konstanten Wert zu halten oder einem vorgegeben zeitlichen Profil folgen zu lassen.

Diese physikalischen Größen werden in der Regelung als wertkontinuierliche Signale behandelt. Theoretische Grundlage der Regelungstechnik ist die Theorie dynamischer Systeme. Als Modellbeschreibung werden allerdings selten Differentialgleichungen sondern meistens Übertragungsfunktionen benutzt, die sich mathematisch einfacher behandeln lassen. Im Wesentlichen besteht die Vorgehensweise bei der Realisierug einer Regelung aus zwei Schritten:

  1. Systemidentifikation der Regelstrecke.
  2. Aufbauend darauf der Entwurf des Reglers.

Die Implementierung von Regelungen erfolgt heute fast ausschließlich in Form von Software. Als Zielmaschinen kommen für preisgünstige Anwendungen Mikro-Controller und für größere industrielle Anlagen Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) zum Einsatz. Hier sind also Programmierkenntnisse unabdingbar.

Regelungstechnik (Grundlagen)

Regelungstechnik (Grundlagen) umfasst die zeitkontinuierliche Systembeschreibung im Laplacebereich. Es wird die Stabilität dieser Systeme behandelt und folgende Verfahren zum Reglerentwurf vorgestellt:

  • heuristische Verfahren (Ziegler/Nichols)
  • 'Betragsoptimum' und 'Symmetrisches Optimum' (Keßler)
  • Optimale Regler (IAE, ISE, ITAE, ITSE)
  • Analytische Verfahren / Kompensationsregler
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Digitale Regelungstechnik

Die digitale Regelungstechnik umfasst die zeitdiskreten Systeme im z-Bereich und deren Stabiltät. Verfahren für den Reglerentwurf im z-Bereich werden behandelt und ausgewählte Regelalgorithmen vorgestellt. Weiter gibt es einen Abschnitt über vermaschte Regelkreise (Kaskadenregelung, Entwurf für Störungs- und Führungsverhalten). Mehr...
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SPS-Programmierung (Automatisierungstechnik 2)

Sprachen der IEC61131-3

Die Vorlesung SPS-Programmierung (Automatisierungstechnik 2) beschäftigt sich mit der Programmierung 'Speicherprogrammierbarer Steuerungen' nach der Norm IEC61131-3.

Diese Norm stellt eine Familie von Sprachen zur Implementierung steuerungs- und regelungstechnischer Aufgabenstellungen dar. Ein Projekt, das in dieser Sprachnorm erstellt wird, kann Funktionsbausteine enthalten, die in unterschiedlichen Sprachen erstellt wurden:

  • Function Block Diagram (FBD)
  • Ladder Diagram (LD)
  • Instruction list (IL)
  • Structured Text (ST)
  • Sequential Function Chart (SFC)

Daneben gibt es sogenannte gemeinsame Elemente (Common Elements), zu denen u.A. auch die verwendeten Datentypen zählen und die eine Kommunikation der Instanzen von Funktionsbausteinen und Funktionen erst ermöglichen.

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Grundlagen der Programmierung

Die Vorlesung 'Grundlagen der Programmierung' vermittelt grundlegende Kenntnisse in der Programmierung. Als zu vermitteltende Programmiersprache wurde hier C++ gewählt, da hiermit eine objektorientierte Programmierung möglich ist. Zugleich bietet sich die Möglichkeit, auch Programme zu erstellen, die die objektorientierten Möglichkeiten nicht nutzen. Da sehr viele in technischen Implementierungen verwendete Micro-Controller (sogenannte Embedded Systems) inzwischen in ANSI-C zu programmieren sind, deckt diese Vorlesung auch diesen Bedarf ab. Mehr...
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Systemidentifikation und adaptive Regelung (SAR)

Grundstruktur einer Parameterschätzung

Grundlage jedes zielgerichteten Reglerentwurfes ist eine mathematische Modellbildung der Regelstrecke. Die Möglichkeiten der theoretischen Systemidentifikation sind bei praktischen Anwendungen sehr begrenzt und scheiden aus Zeit- und Kostengründen meist aus. Abhilfe bieten hier hier die Parameterschätzverfahren. Ihre Wirkungsweise wird vorgestellt und mathematisch hergeleitet.

 

Ein Abschnitt über adaptive Regelung befasst sich mit einem Selftuning-Controller für Regelstrecken 2. Ordnung.

 

Weiter werden Regelverfahren im Zustandsraum behandelt.

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Ausgewählte Kapitel der Steuerungstechnik (AKS)

Mealy-Automat zur Beschreibung sequentieller Schaltungen

Die angewandte Steuerungstechnik findet heute meistens auf der Ebene der Programmierung 'Speicherprogrammierbarer Steuerungen' statt. Aber nicht immer steht für eine konkrete Anwendung eine solche Infrastruktur zur Verfügung. In vielen Fällen ist eine Kenntnis der automatentheoretischen Darstellung sequentieller Schaltungen von großer Hilfe. (Mealy - Automat)

Weitere Inhalte der Vorlesung sind:

  • Software-Realisierung paralleler Ablaufstrukturen von Petri-Netzen.
  • Grundzüge des Real-Time-Multitaskings 
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IT-Projekt

Im IT-Projekt sollen Studierende die Möglichkeit erhalten, eigenständig ein abgeschlossenes Projekt zu bearbeiten. Die hier angebotenen Projekte haben ihren Schwerpunkt in der Prozessautomatisierung.

Es handelt sich dabei um folgende Prozesse:

  • Coil-Anlage
  • Verkehrssteuerung
  • Autowaschstraße
  • Aufzug
  • Automatisches Parkhaus
  • Galvanik-Zellenautomat

Für diese Prozesse implementiert jeweils eine Gruppe  - unter meiner Leitung - die Automatisierung dieses Prozesses in der Entwicklungsumgebung OATs, die jeweils andere Gruppe erstellt - unter der Leitung von Frau Prof. Dr. Annette Zacharias - das zugehörige 'Human Maschine Interface' (HMI) in der Entwicklungsumgebung PASCAL-DELPHI.

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Regelsysteme (RSE) im Master-Studiengang

Die Vorlesung Regelsysteme wiederholt zunächst die wichtigsten Darstellungen linearer dynamischer Systeme. Dies sind Übertragungsfunktionen bzw. Übertragungsmatrizen im Laplace- und z-Bereich, Polynommatrizenprodukte im Laplace- oder z-Bereich und die Zustandsraumdarstellung - ebenfalls zeitkontinuierlich oder zeitdiskret. Dieser Stoff ist als Bindeglied bzw. Auffrischung von regelungstechnischem Wissen aus dem Bachelorstudium gedacht.

 

Die folgenden Schwerpunkte sind:

  • Nichtlineare Systeme und deren Stabilität
  • Entwurf von Zustandsregelungen
  • Spezielle Algorithmen und Numerik der Regelungstechnik

Die Stabilität nichtlinearer Systeme ist deshalb interessant, weil diese im Gegensatz zu der bei linearen Systemen vom Zustand, also von den Signalhöhen abhängt. Jede gewöhnliche Regelung besitzt in Form der Stellgrößenbegrenzung eine solche Nichtlinearität mit allen Konsequenzen für die Stabilität. Außerdem sind in vielen Low-Cost-Anwendungen Zwei- und Dreipunktregler als Vertreter nichtlinearer häufig zu finden.

 

Beim Design von Zustandsreglern (Beobachter- und Reglerentwurf) wird besonderer Wert auf die Herleitung der Verfahren und Algorithmen für den rechnergestützten Entwurf gelegt, die auch praktisch angewendet werden.

 

 

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