RTL 2 - Regelungstechnisches Labor 2

Das Regelungstechnische Labor 2 (RTL 2) bietet eine praktische Umgebung zur Durchführung von Experimenten im Bereich der Regelungstechnik. Die Studierenden lernen, dynamische Systeme zu modellieren und zu steuern, indem sie verschiedene Regelstrukturen untersuchen und die Auswirkungen von Regelparametern auf das Systemverhalten beobachten. Dazu gehören die Untersuchung von P-, I-, D-, PI-, PD- und PID-Reglern sowie die Analyse von Regelkreisen wie dem einschleifigen und kaskadierten Regelkreis. Schwerpunkt des Labors ist die Anwendung der Theorie auf reale Systeme, wie beispielsweise die Drehzahlregelung von Servomotoren und die Optimierung von Reglerparametern.

Laborgeräte und sonstige Ausstattung

• Servomotoren: Zwei gekoppelte Motoren, einer als Motor, der andere als Generator, werden zur Drehzahlregelung verwendet.
• Spannungsquellen: Eingebaute Spannungsversorgungen für die Versuche.
• Oszilloskope: Zur Aufzeichnung und Analyse der Sprungantworten und anderer Signale
• Funktionsgeneratoren: Zum Erzeugen von Testsignalen wie Sprungfunktionen für die Regelstrecken 
• Operationsverstärker: Fest montiert im Schaltpult, verschiedene Schaltungen zur Untersuchung der dynamischen Verhaltensweise
• Widerstände und Kondensatoren: Zur Anpassung der Beschaltung von Operationsverstärkern (Widerstand, Kondensator)
• SPS (Siemens S7-1500): Programmierbare Steuerungseinheit zur Reglung und Signalverarbeitung, Bedienung über Handy oder Tablet möglich.
• Encoder: Eingebaut in den Motor zur Messung der Drehzahl durch phasenverschobene inkrementelle 5V-TTL-Signale.
• Füllstandsregelungs-Anlage: Bestehend aus einer Speisepumpe, einem Speicher, Sensoren, einem Regelventil und einem 3-Wege-Hahn zur Füllstandsregelung mit Wasser.
• PC mit Multi I/O Messkarte: Steuerung der Füllstandsregelung über das Softwarepaket Winfact und die Applikation BORIS.
• Industrieregler (Sipart DR 20): Zur Steuerung des Kühlkreislaufs in Kombination mit einem pneumatischen Dreiwegestellventil.

Einsatzmöglichkeiten

Das Regelungstechnische Labor 2 (RTL 2) bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten für Studierende, um verschiedene Regelkreissysteme und deren dynamisches Verhalten zu untersuchen. Die im Labor durchgeführten Experimente decken folgende Bereiche ab:

1. Untersuchung von Operationsverstärkern:

   Studierende experimentieren mit fest montierten Operationsverstärkern, um deren statisches und dynamisches Verhalten durch unterschiedliche Gegenkopplungs- und Vorschaltnetzwerke zu beeinflussen. Hierbei wird insbesondere die Sprungantwort der Schaltung analysiert.

2. Regelstreckenanalyse:

   Experimente zur Drehzahlregelung, bei denen Servomotoren in einem einschleifigen und kaskadierten Regelkreis betrieben werden. Ein Motor wird als Antrieb, der andere als Generator verwendet, um das Verhalten von Regelkreisen bei Laständerungen und sprunghaften Sollwerten zu simulieren.

3. Dynamik von P-, I-, D-, PI- und PID-Reglern:

   Studierende untersuchen die dynamischen Eigenschaften verschiedener Regelkreise (P-, I-, D-, PI-, PD- und PID-Regler). Die Sprungantworten dieser Regelkreise werden erfasst und analysiert, um die Regelparameter optimal einzustellen.

4. Analyse des Führungs- und Störverhaltens von Regelkreisen:

   Es wird das Verhalten von Regelkreisen unter Führungs- und Störgrößeneinfluss untersucht. Dies umfasst die Berechnung und Einstellung von Reglerparametern (KP, TN, TV) nach dem Ziegler-Nichols-Verfahren.

5. Füllstandsregelung:

   In einem separaten Experiment wird eine Füllstandsregelung durchgeführt, bei der Wasser durch eine Pumpe in einen Speicher gefüllt wird. Hierbei werden Sensoren, ein pneumatisches Regelventil und ein PC zur Regelung der Füllstandhöhe eingesetzt

6. Hand- und Automatikbetrieb der Regelung:

   Die Studierenden lernen die Unterschiede zwischen Hand- und Automatikbetrieb eines Regelkreises kennen. Der Automatikbetrieb ermöglicht eine selbsttätige Regelung, während im Handbetrieb die Eingriffe manuell erfolgen.