Virtual Control Lab

 

Für die Unterstützung der Lehre werden hier nach und nach virtuelle Experimente zur Verfügung gestellt, um die Inhalte aus dem Lehrgebiet der Regelungstechnik für die Studierenden greifbarer zu machen.

 

Allgemeiner Hinweis zur Bedienung

Bei den folgenden Experimenten handelt es sich um Java-Applets, die sich auf jedem Computer mit installierter Java-Laufzeit-Umgebung ab Version 6 Update 32, ausführen lassen.

Die einzelnen Lernmodule können Sie als .jar Datei herunterladen und diese dort ausführen, sofern Sie die oben erwähnte Java Runtime installiert haben. Alle Lernmodule wurden auf Basis von Easy Java Simulation erstellt, was es den Studierenden zusätzlich ermöglicht in den Quellcode und die zugrunde liegenden Algorithmen der einzelnen Experimente zu schauen.

  Bild zu Lernmodul gedämpfter Einmassenschwinger als Strecke IRT

A) Ein gedämpfter Einmassenschwinger als Strecke

Dieses Lernmodul soll einige wichtige Begriffe aus der Regelungstechnik mit Hilfe der Simulation eines gedämpften Einmassenschwingers veranschaulichen. Unter anderem können durch Veränderung von Parametern die Auswirkungen auf die Systemeigenschaften direkt graphisch betrachtet werden. Damit sollen die Zusammenhänge zwischen Wirkungsplan, Impuls- und Sprungantwort sowie Pol-/Nullstellendiagramm veranschaulicht werden.

Ein gedämpfter Einmassenschwinger als Strecke

  Bild zu Frequenzgang des gedämpften Einmassenschwingers IRT

B) Frequenzgang des gedämpften Einmassenschwingers

In diesem Experiment soll die Bedeutung des Frequenzgangs verdeutlicht werden. Dazu sind das Bode-Diagramm, die Ortkurve sowie zusätzlich das Pol-/Nullstellen-Diagramm eines gedämpften Einmassenschwingers abgebildet. Bei Änderungen der Parameter verändern sich der Betrags- und Phasenverlauf und damit ebenfalls die Ortskurve. Die Einflüsse der einzelnen Parameter auf das System sind damit ersichtlich. Der Einfluss eines harmonischen Eingangssignals in Abhängigkeit der Erregerfrequenz „omega“ auf den Systemausgang - Auslenkung der Masse - wird in zeitlichen Verlaufplots angezeigt.

Frequenzgang des gedämpften Einmassenschwingers

  Bild zu Gedämpfter Einmassenschwinger mit einem Linearaktor IRT

C) Gedämpfter Einmassenschwinger mit einem Linearaktor zur Positionsregelung

Dargestellt ist ein Einmassenschwinger mit einem Linearaktor zur Positionsregelung. Zur Regelung können P-, I- und D-Anteile aktiviert und angepasst werden. Anschließend lässt sich das Systemverhalten bei Störungen untersuchen. Im ungeregelten Fall lässt sich die Aktorkraft manuell einstellen.

Gedämpfter Einmassenschwinger mit einem Linearaktor zur Positionsregelung

  Bild zu Reglerauslegung im Bode-Diagramm IRT

D) Reglerauslegung im Bode-Diagramm

In diesem Experiment können anhand des vereinfachten Nyquist-Kriteriums die Stabilitätsbedingungen in einem Bode-Diagramm nachvollzogen werden. Als Strecke ist ein totzeitbehaftetes Verzögerungsglied erster Ordnung, genannt PT1Tt, vorgegeben und als Regler kommt ein PI-Regler zum Einsatz. Sowohl die Parameter der Strecke, als auch die des Reglers können in gewissen Grenzen variiert werden. Dabei sieht man sofort den Einfluss dieser Parameter auf den Betrags- und Phasenverlauf im Bode-Diagramm. Für die Reglerauslegung bzw. Stabilitätsüberprüfung muss die Grenzfrequenz ωπ manuell bestimmt werden. Dieses Experiment soll vor Allem den Studierenden das Vorgehen bei der Reglerauslegung in einem Bodediagramm verständlich machen.

Reglerauslegung im Bode-Diagramm

  Bild zu Inverses Pendel IRT

E) Inverses Pendel

Diese Applet veranschaulicht die Versuchsanlage Inverses Pendel am IRT Labor. Das System besteht aus einem Gleichstromservomotor, der über einen Zahnriemen einen Schlitten antreibt. Auf dem Schlitten ist das Pendel mit der Masse m = 1,5 Kilogramm und der Länge L = 1 Meter durch einen Lager befestigt. Die Reibungskonstante des Lagers B ist 0.005 Nm*sec/rad. Der gesamte Verfahrweg, genannt 2*Xmax wird durch zwei Endschalter auf 2,7 Meter begrenzt. Ziel der Reglungsaufgabe ist es, mit Hilfe zweier PD-Regler, das Pendel aufrecht stehend zu balancieren.

Inverses Pendel

  Bild zu Bode-Diagramm und Ortskurve im Vergleich IRT

F) Bode-Diagramm und Ortskurve im Vergleich

In diesem Experiment sollen die beiden Darstellungen Bode-Diagramm sowie die Ortskurve gegenübergestellt werden. Dargestellt ist der Frequenzgang des Reglers Gr und der Strecke Gs sowie deren Reihenschaltung Gr*Gs.

Bode-Diagramm und Ortskurve im Vergleich

  Bild zu Faltungsintegral IRT

G) Faltungsintegral

Das Experiment zum Faltungsintegral verdeutlicht eine Rechenvorschrift, die es ermöglicht, bei gegebener Gewichtsfunktion eines Übertragungssystems g(t) und zu beliebigen Eingangsgrößen u(t) die zugehörige Ausgangsgröße y(t) zu berechnen. Der Grundgedanke besteht darin, die Eingangsgrößen durch eine Folge von Impulsen anzunähern und als Konsequenz daraus die Ausgangsgröße als Summe von Impulsantworten aufzubauen.

Faltungsintegral