Skript zur Vorlesung REGELUNGSTECHNIK

1.2 GrundlegendeBegriffe(DIN 19226) 3
Das Ziel der Regelung ist es, das Glühgut auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen.Diese
vorgegebene Temperatur kann entweder ein konstanter Wert oder aber ein bestimmter Zeitverlauf
­ etwa für die Wärmebehandlung von Stahl­ sein. Eine derartige zeitveränderliche vorgegebene
Größe bezeichnet man als Führungsgröße w. Wenn die Führungsgröße nur zwischen
konstanten Werten verstellt wird, nennt man sie auch Sollwert xs. In der oben dargestellten
Anlage wird der Sollwert an einem Potentiometer eingestellt.
Die zu beeinÀussende Systemvariable ­ im Beispiel die Temperatur des Glühgutes ­ nennt
man Aufgabengröße xa. Diese Größe ist nicht direkt messbar. Als Ersatzgröße wird stattdessen
die Temperatur im Ofen gemessen und für die Regelung benutzt. Diese Größe bezeichnet
man daher als Regelgröße x. Die Regelgröße ist abhängig vom zugeführten Wärmestrom, der
wiederum durch den Heizgasvolumenstrom beeinÀusst wird. Durch eine Änderung des Heizgasvolumenstroms
kann also die Regelgröße ”verstellt” werden. Daher wird der Heizgasvolumenstrom
auch als Stellgröße y bezeichnet. Die gerätetechnische Vorrichtung ­ in der hier
betrachteten Anlage ein Ventil ­ zur Veränderung der Stellgröße wird nach DIN 19226 als
Stellglied bezeichnet. Durch Stellglieder werden im Allgemeinen Systemvariable verändert,
die zum Transport von Leistung notwendig sind und daher ein hohes Energieniveau besitzen.
Die Information an das Stellglied über den einzustellenden Wert der Stellgröße liefert das
Stellsignal yR. In dem hier betrachteten Beispiel wird ein pneumatisches Ventil eingesetzt. Der
Heizgasvolumenstrom hängt von der Ventilöffnung und diese wiederum vom Hub der Ventilspindel
ab. Der Ventilhub kann durch den Stelldruck verändert werden. Das Stellsignal ist also
hier der Stelldruck.
Der zu regelnde dynamische Prozeß, in diesem Fall der Glühofen mit Gasbrenner sowie das
Glühgut, wird als Regelstrecke bezeichnet.
Bei genauer Kenntnis des Zusammenhangs zwischen Stellsignal und Aufgabengröße kann der
Stellsignalverlauf einmal berechnet werden und dann aufgeschaltet werden. Für eine Änderung
der Glühguttemperatur auf einen höheren Wert müsste dazu beispielsweise zunächst das
Ventil für die Aufheizphase weit geöffnet werden und dann soweit geschlossen werden, dass
nur noch die Wärmeverluste über die Ofenwände kompensiert werden. Eine Erfolgskontrolle
¿ndet hier jedoch nicht statt. Weder die Aufgabengröße noch eine von ihr abhängige Regelgröße
wird zurückgeführt und mit dem Sollwert verglichen. Man hat es hier also mit einer
offenen Wirkungskette zu tun. Eine solche Kon¿guration bezeichnet man als Steuerung.
Durch eine reine Steuerung kann im allgemeinen das Ziel, die Regelgröße der Führungsgröße
möglichst genau anzunähern, nicht erreicht werden, da neben der Stellgröße weitere EinÀussgrößen
wirken. So beeinÀussen z. B. Druckschwankungen oder Heizwertschwankungen des
Heizgases den zugeführten Wärmestrom, während durch Schwankungen bei der Umgebungstemperatur
der abgeführte Wärmestrom verändert wird. Derartige zusätzliche EinÀussgrößen,
die messtechnisch nur schwer oder gar nicht erfasst werden können, bezeichnet man als Störgrößen
z. Ein zweites Problem bei einer reinen Steuerung sind Änderungen des Zusammenhangs
zwischen Stellsignal und Aufgabengröße, zum Beispiel durch Alterung oder Verschmutzung
von Anlagenteilen, das heißt durch Parameterschwankungen der Regelstrecke.
Aus den genannten Gründen ist es zweckmäßig, die Regelgröße mit der Führungsgröße zu vergleichen,
also einen Sollwert­Istwert durchzuführen und das Stellsignal in Abhängigkeit von
der so gebildeten Regeldifferenz e zu verändern. Die automatische Einstellung des Stellsignals