Reglerabgleich eines Gleichstromantriebs - Fachhochschule Bielefeld

Fachhochschule Praktikum Versuch ATR 3
Bielefeld, FB 3 Antriebstechnik Prof. Dr. Hofer
Elektrotechnik
Analoge Kaskadenregelung einer Gleichstrommaschine
Versuchsaufgabe
An einem Einquadrant-Gleichstromantrieb soll der analoge Drehzahlregler optimiert werden.
Dazu ist die Sprungantwort der Drehzahl zusammen mit dem Ankerstrom (Drehmoment)
aufzuzeichnen. Eingriffe in die Reglerparameter sind von außen über eine RC-Dekade
vorzunehmen.
Versuchsaufbau
Der Antrieb besteht aus einem halbgesteuerten B2-Stromrichter (kSR = 20; Tt = 0,005s) und
einer fremderregten Gleichstrommaschine (Ψ = 0,8Vs; J = 0,02Ws 3 ). Die Stromistwerterfassung
erfolgt mit einem Shunt (ki = 2Ω; TGi = 0,008s) und die Drehzahlerfassung mit
einem Tacho (kn = 0,06Vs; TGn = 0,015s). Als Belastungseinrichtung ist eine weitere Maschine
an der Welle angeschlossen.
Zur oszilloskopischen Messung werden die Spannungen potentialfrei über
Differentialtastköpfe und die Ströme potentialfrei über DC-Messzangen aufgenommen.
Aufgabenstellung
1. Inbetriebnahme des Versuchsstandes. Funktionsprüfung durch Kontrolle der Meßpunkte.
2. Messung des Ankerstromes ohne und mit Glättungsinduktivität (L = 80mH). Bestimmung
der Welligkeit.
3. Sprungantwort eines PI-Regler. Dazu Anker abklemmen und Sollwertsprung aufnehmen.
4. Berechnung der Drehzahlreglerparameter mit Hilfe der Frequenzkennlinien.
TRn = ( 2 +
⎡3
⎤
6)
⎢ ( Tt
+ TGi
) + TGn
2
⎥
⎣
⎦
;
3 ki
⋅ J 1
kRn
= ⋅ ⋅
2 k ⋅ Ψ T
4.1. Reglerbeschaltung nach Normreihe E6 (1,0; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8).
TRn
R R = kRn
⋅ RE
; CR
= ( mit : RE
= 100kΩ)
RR
4.2. Sprungantwort aufzeichnen.
4.3. Störverhalten durch Laststoß.
5. Reglerparameter verändern und Sprungantwort aufnehmen bei:
5.1. Standardbeschaltung: kRn = 5 und TRn = 1s; →CR = .................; RR =.................... .
5.2. Fehlbeschaltung: kRn = 0,2 und TRn = 0,05s; →CR
= .................; RR =.................... .
5.3. Reine P-Regelung: kRn = 5 und TRn = 0s; →
CR = .................; RR =.................... .
ATR3.DOC © 2001-2009
n
Rn

Testfragen
Fachhochschule Praktikum Versuch ATR 3
Bielefeld, FB3 Antriebstechnik Prof. Dr. Hofer
Elektrotechnik
Analoge Kaskadenregelung einer Gleichstrommaschine
1. Was versteht man unter Übertragungsfunktionen und welche Aussagen erlauben
Sie zur Dynamik und Stabilität dynamischer Prozesse? Wie verhält sich die
Ausgangsgröße eines stabilen Systems?
2. Welche regelungstechnische Bedeutung hat der Frequenzgang und wie erhält man
die Frequenzkennlinien eines dynamischen Systems?
3. Nennen Sie die entscheidenden Vorteile der Kaskadenregelung. Gibt es auch
Nachteile?
4. Wie geht man beim konventionellen Reglerentwurf mittels Frequenzkennlinien
vor?
5. Wozu benötigt man beim graphischen Reglerentwurf das Nichols-Diagramm?
6. Kann man die Reglerparameter auch berechnen und welchen Vorteil hätte eine
mathematische Herleitung gegenüber einer graphischen Lösung?
7. Wie verändern sich die Parameter des Stromreglers eines geregelten
Gleichstromantriebs, wenn die Induktivität des Gleichstromkreises um 50 % erhöht
wird?
8. Welchen Einfluß hat eine Verdoppelung des Massenträgheitsmoments auf die
Parameter des Drehzahlreglers?
nw
_
n
Drehzahlregler Stromregler
n
k Rn
T Rn
iw
i
_
i
Regelung
Stromrichter
(Stellglied)
k Ri TRi kSR Tt ka Ta
u
Ud U
Id Ma Mb
1 T Gi
Glättung
1 T Gn
Glättung
k i
Stromsensor
kn
Id
Drehzahlsensor
Antrieb
_
Ui
Fremderregte Gleichstrommaschine
(Regelstrecke) -Mw
Anker Fluß
Mechanik
1
J
ATR3.DOC © 2000-2009

. = ? D D ? D I ? D K A
* EA A BA @ . * !
- A JH JA ? D E
!
2 -
A J @ H I I A
! N $ 0
! " 8 # 0 !
!
* $ 7 A D H
I JH HE? D JA H
EJ HA @ K @ = JA H
4 A C A K C
* A = I JK C I A E HE? D JK C
. .
. .
" 8 " 9
BJA H
* HA I A
= I JM E@ A HI J= @
# ! 9
) )
/
!
/ A E? D I JH = I ? D E A
EJ . HA @ A HHA C K C
*
*
* 5 JH H E? D JA H ) JH EA >
3 ) JHEA > 5 - 9
* 7 A D H
I JH HE? D JA H
EJ I A I H I A H
4 A C A K C
. A @ L A HI HC K C
. .
BJA H BJA H
* HA I A
5 - 9 L EJH #
)
*
/
' #
* *
*
) A H@ H I I A
1 @ ) & 0
. .
/ A E? D I JH = I ? D E A
EJ . HA @ A HHA C K C
$ 8 9
8 A HI K ? D ) 6 4 !
2 H B , H 0 BA H
5 F A E? D A H
I E I F
EI J E @
* 5 JH HE? D JA H
EJ = I = @ A
4 A C A K C
, HA D = D HA C A H
> A I ? D = JK C
"
!
5 9 5 F HK C
EI J
) )
6 /
/ A E? D I JH
J= ? D C A A H= J H
8 E
# .
# 9
, HA D = D
5 M A HJ
2 JE
9
) 6 4 ! I > @ I B + 9 A E A HJ '