Labor für Digitale Regelungstechnik

Das DSP Labor an der Hochschule Flensburg bietet Studierenden die Möglichkeit, sich mit der Programmierung und Anwendung von digitalen Signalprozessoren (DSP) zu beschäftigen. Es dient zur Vertiefung des Vorlesungsstoffes im Bereich der digitalen Steuerung und Regelung, insbesondere mit dem TMS320F28027 DSP von Texas Instruments. Die Studierenden erlernen die Verwendung von DSPs für die Realisierung von Steuerungs- und Regelungsaufgaben, wie z.B. die Drehzahlregelung von Dieselmotoren. Mithilfe von Code Composer Studio wird die Programmierung in C durchgeführt, einschließlich Debugging und Testen auf einem Entwicklungsboard. Die Experimente decken sowohl digitale Ein-/Ausgaben als auch analoge Signalerfassung, Ausgabe und Regelung ab.

Laborgeräte und sonstige Ausstattung

• C2000 Piccolo LaunchPad Entwicklungsboard /DSP-Modell: TMS320F28027
• Experimentiermodell (Dieselmotor-Simulation)
• Stromversorgungseinheit
• LC-Display/GPIO-Anbindung über DSP
• Oszilloskop/ 100 MHz/2 Eingangskanäle 2
• Analoge Ein-/Ausgänge (ADC und PWM)/ 12-Bit, bis zu 16 Kanäle
• Funktionsgenerator/1 Hz bis 10 MHz/Sinus, Rechteck, Dreieck
• Potentiometer/Simulation von Laständerungen für den Motor
• PWM-Motorsteuerung (LMD18200-Brücke)/ Steuerung von Motoren mit PWM-Signalen
• PC mit Code Composer Studio/Code Composer Studio (TI)

Einsatzmöglichkeiten

1. Digitale Ein- und Ausgaben

   Erlernen des Umgangs mit digitalen Ein- und Ausgängen über GPIO-Pins am DSP, wie das Erfassen und Schalten von Signalen mit Schaltern und Ausgängen

2. Analoge Signalverarbeitung

   Erfassen von analogen Signalen wie Motordrehzahl und Stellgliedposition über den A/D-Wandler des DSP. Diese Signale werden weiterverarbeitet und in Variablen abgelegt, um eine spätere Regelung zu ermöglichen

3. Werteausgabe auf LC-Display

   Ausgabe von Messwerten und Texten auf ein LCD (4x16 Zeichen), um Echtzeitinformationen über den Zustand des Systems wie Drehzahl und Sollwert zu überwachen

4. Pulsweitenmodulation (PWM)

   Erzeugung eines PWM-Signals zur Steuerung des Stellantriebsmotors. Dies ermöglicht eine präzise Regelung der Motordrehzahl und der Position über den DSP

5. Sprungantwort der Stelleinrichtung

   Untersuchung der Sprungantwort des Stellantriebes. Diese wird mittels Oszilloskop aufgezeichnet, um das dynamische Verhalten des Antriebssystems zu analysieren und für die Positionierungsregelung zu optimieren

6. Positionierungsregelung

   Implementierung einer Servo-Regelung zur exakten Positionierung des Stellgliedes. Studierende lernen, die Übertragungsfunktion zu berechnen und den Regler entsprechend zu parametrieren

7. Sprungantwort der Regelstrecke

   Analyse der gesamten Regelstrecke einschließlich der Stelleinrichtung und des Dieselmotors. Die Sprungantwort wird aufgezeichnet, um den Übertragungsbeiwert der Regelstrecke zu ermitteln

8. Drehzahlregelung des Dieselmotors

   Einsatz eines P-Reglers zur Drehzahlregelung des Dieselmotors. Die Studierenden optimieren den Regler und analysieren das Führungsverhalten des Regelkreises bei verschiedenen Motordrehzahlen und Belastungen

9. I-Regler zur Beseitigung der bleibenden Regeldifferenz

   Einführung eines I-Reglers, um die bleibende Regeldifferenz im Regelkreis zu eliminieren. Dies erfordert eine periodische Berechnung des Eingangssignals des Stellgliedes über einen Timer-Interrupt

10. Erweiterte Programmierung

    Ergänzung des Programms durch weitere Funktionen wie die stufenlose Vorgabe der Drehzahl und die erweiterte Ausgabe auf dem LCD, einschließlich der Motorparameter in realen Einheiten wie Umdrehungen pro Minute