Typ 5120
PID BOARD Typ 5120
Das PID BOARD Typ 5120 ist ein universelles Übungsgerät für die Regelungstechnik. Es enthält die wesentlichen Funktionsgruppen für Grundlagen- und weiterführende Versuche, besitzt eine integrierte Stromversorgung mit Pre-Trigger-Steuerung und kann als Tischgerät, im Gestell oder in der Box eingesetzt werden.
- Universelles Übungsgerät für Regelungstechnik
- Eingebaute Stromversorgung, kurzschlussfest
- Alle Grundversuche ohne Speicheroszilloskop möglich
- Pre-Trigger-Schaltung für vollständige Signaldarstellung
- Messbetrieb mit Oszilloskop, Speicheroszilloskop oder Y-t-Schreiber
- Ablaufsteuerung mit Wiederholfrequenzen bis ca. 100 Hz
Einsatz und Messprinzip
Das PID BOARD wurde von hps SystemTechnik speziell für Grundlagen- und weiterführende Versuche in der Regelungstechnik entwickelt. Es lässt sich außerdem als Regler für das POWER BOARD Typ 5125, das MOTOR BOARD Typ 5130, die Temperatur- und Lichtregelstrecke Typ 5125.5 sowie das SERVO BOARD Typ 5131 einsetzen.
Bis auf wenige Ausnahmen sind alle Regelkreisglieder mit zeitabhängigem Verhalten so ausgelegt, dass ihre Sprungantwort sowohl mit einem normalen Oszilloskop und Speicheroszilloskop als auch mit einem Y-t-Schreiber gemessen werden kann. Für den Betrieb mit einem Oszilloskop sind Wiederholfrequenzen bis etwa 100 Hz möglich; Messungen mit einem Schreiber lassen sich als einmaliger Vorgang im Sekundenbereich durchführen.
Ausschlaggebend für Reproduzierbarkeit und Komfort der Messungen ist die von hps SystemTechnik speziell entwickelte Ablaufsteuerung. Vor jedem Zyklus werden die beteiligten Kondensatoren entladen, eine Pre-Trigger-Schaltung sorgt für die vollständige Darstellung des Signals, und über einen zusätzlichen RESET-Eingang lässt sich die Ablaufsteuerung auch durch einen Rechner oder eine SPS steuern.
Funktionsgruppen und Einstellbereiche
Für jeden Regler sind die Kennwerte über Stecker und Potentiometer in einem großen Bereich einstellbar. Die Polarität der Signale lässt sich durch verschiedene Summier-, Vergleichs- und Invertierglieder den Erfordernissen der Gesamtschaltung oder den Wünschen des Versuchsleiters anpassen.
Grenzwertmelder am Ausgang der Regler melden Bereichsüberschreitungen anschaulich über Leuchtdioden. Für die elektronische Nachbildung von Regelstrecken stehen ein I-Glied, mehrere Verzögerungsglieder und P-Glieder zur Verfügung.
- Sollwertgeber: 0 ... +10 V, 0 ... -10 V und 0 ... +5 V
- Sollwertintegrator mit kontinuierlich einstellbarer Zeitkonstante
- Ablaufsteuerung: 0 ... +10 V, ca. 0 ... 100 Hz, Single-Betrieb wählbar
- Relais mit 2 Umschaltkontakten für Sollwert, Lastsprünge und Schreibersteuerung
- Vergleicher 1 und 2 zur Bildung der Regeldifferenz e = w - x
- P-, I-, D- und PI-Regler, Summierer, Zweipunktregler und Begrenzer
- Verzögerungsglied 1. Ordnung, Verzögerungsglied 3. Ordnung und I-Glied
Aufstellung, Transport und Zubehör
Zur Durchführung von Versuchen kann das PID BOARD auf den Tisch gelegt oder zur Demonstration in ein Tischgestell eingehängt werden. Alternativ kann es in eine Box eingeschraubt werden; diese dient dem sicheren Transport und der Aufbewahrung, wobei sämtliche Versuche auch direkt in der Box durchgeführt werden können.
Empfohlenes Zubehör sind das Versuchshandbuch „Einführung in die Regelungstechnik“ Typ V 0120 sowie der Zubehörsatz Typ 5120.1, bestehend aus Verbindungsleitungen und -steckern.
- RESET-Eingang zur Ansteuerung durch Rechner oder SPS
- Kennwerte der Regler über Stecker und Potentiometer weit einstellbar
- Als Regler für POWER BOARD, MOTOR BOARD, SERVO BOARD und Temperatur-/Lichtregelstrecke einsetzbar
- Ausführliche Versuchsbeschreibungen im Handbuch Typ V 0120
- Netzanschluss
- 230 V AC / 115 V AC (110 V AC); 50 ... 60 Hz; 8 VA
- Mechanische Ausführung
- Frontplatte aus 5 mm starkem Schichtpressstoff, mattblau mit weißen Symbolen; Rückseite mit grauem Kunststoffgehäuse abgedeckt
- Abmessungen Board
- 532 x 297 x 110 mm (B x H x T)
- Gewicht Board
- ca. 3,35 kg
- Box-Ausführung
- PID BOARD (Typ 5120) und Box (Typ 5120.20)
- Sollwertgeber
- Spannungen 0 ... +10 V; 0 ... -10 V; 0 ... +5 V
- Sollwertintegrator
- Zeitkonstante kontinuierlich einstellbar
- Ablaufsteuerung
- Spannung 0 ... +10 V; Frequenz ca. 0 ... 100 Hz; Single-Betrieb wählbar
- Relais
- 2 Umschaltkontakte für Sollwert, Lastsprünge und Schreibersteuerung
- Vergleicher 1
- Bildet die Regeldifferenz e = w - x
- P-Regler
- Proportionalbeiwert KP ca. 0,1 ... 100
- I-Regler
- Nachstellzeit TI ca. 1 ms ... 10 s
- D-Regler
- Differenzierzeit TD ca. 1 ms ... 10 s
- PI-Regler
- Regler für den Aufbau einer Kaskadenregelung
- Summierer
- Summiert vorgegebene Regler-Ausgangsspannungen
- Vergleicher 2
- Für den Aufbau einer Kaskadenregelung; bildet die Regeldifferenz e = w - x
- Zweipunktregler
- Schwellwertschalter mit einstellbarer Schaltdifferenz und zusätzlich beschaltbarer Regelrückführung
- Begrenzer
- Obere und untere Ansprechschwelle getrennt einstellbar
- Verzögerungsglied 1. Ordnung
- Zwei VZ1-Glieder; Zeitkonstante und Übertragungsbeiwert einstellbar
- Verzögerungsglied 3. Ordnung
- Simulation einer Regelstrecke mit Verzugszeit; durch Reihenschaltung bis zu VZ5 erweiterbar
- I-Glied
- Simulation einer Regelstrecke mit I-Verhalten
- Empfohlenes Zubehör
- Versuchshandbuch Typ V 0120; Zubehörsatz Typ 5120.1 mit Verbindungsleitungen und -steckern
- Einführung
- 1. Ziele und Inhalte der einzelnen Versuche1
- 2. Einige wichtige Begriffe und Formelzeichen4
- 3. Hinweise zur Meßtechnik7
- 4. Beurteilung von Regelstrecken7
- 5. Beurteilung von Reglern8
- 6. Beurteilung von Regelkreisen9
- Versuchsteil: Regelstrecken
- 1. Regelstrecke mit P-Verhalten und Verzögerung 1. Ordnung11
- 1.1 Einleitung11
- 1.2 Proportionalbeiwert und Zeitkonstante einer Regelstrecke mit P-Verhalten und Verzögerung 1. Ordnung13
- 2. Regelstrecken mit P-Verhalten und Verzögerung 3. Ordnung17
- 2.1 Einleitung17
- 2.2 Proportionalbeiwert, Verzugszeit und Ausgleichszeit einer Regelstrecke mit P-Verhalten und Verzögerung 3. Ordnung19
- 3. Regelstrecken mit I-Verhalten23
- 3.1 Einleitung23
- 3.2 Anstiegsgeschwindigkeit und Integrierbeiwert einer Regelstrecke mit I-Verhalten25
- Versuchsteil: Regler
- 4. P-Regler29
- 4.1 Einleitung29
- 4.2 Proportionalbeiwert des P-Reglers30
- 5. PI-Regler33
- 5.1 Einleitung33
- 5.2 Nachstellzeit, Integrierbeiwert und Proportionalbeiwert des PI-Reglers35
- 6. PD-Regler39
- 6.1 Einleitung39
- 6.2 Sprungantwort und Anstiegsantwort des PD-Reglers41
- 7. PID-Regler45
- 7.1 Einleitung45
- 7.2 Sprungantwort und Anstiegsantwort des PID-Reglers46
- 8. Zweipunktregler49
- 8.1 Einleitung49
- 8.2 Schaltverhalten des Zweipunktreglers50
- Versuchsteil: Regelkreise
- 9. P-T1-Regelstrecke, geregelt von einem P- und PI-Regler53
- 9.1 Einleitung53
- 9.2 Statisches Verhalten einer P-T1-Strecke, geregelt von einem P- und PI-Regler53
- 9.3 Dynamisches Verhalten einer P-T1-Strecke, geregelt von einem P- und PI-Regler55
- 10. P-T1-Regelstrecke, geregelt von einem Zweipunktregler59
- 10.1 Einleitung59
- 10.2 Einfluß des Sollwerts auf das Regelverhalten bei einer P-T1-Regelstrecke, geregelt von einem Zweipunktregler59
- 10.3 Einfluß der Schaltdifferenz auf das Regelverhalten bei einer P-T1-Regelstrecke, geregelt von einem Zweipunktregler61
- 11. P-T3-Regelstrecke, geregelt von einem P- und PD-Regler63
- 11.1 Einleitung63
- 11.2 Überblick über die einzelnen Größen beim Einsatz eines P-Reglers an einer P-T3-Strecke63
- 11.3 Regelverhalten bei unterschiedlichen Proportionalbeiwerten und Nachstellzeiten beim Einsatz von P- und PD-Reglern an einer P-T3-Strecke65
- 12. P-T3-Regelstrecke, geregelt von einem PID-Regler69
- 12.1 Einleitung69
- 12.2 Einfluß der Reglerkenngrößen auf die Regelgüte bei einer P-T3-Strecke69
- 13. P-T3-Regelstrecke, geregelt von einem Zweipunktregler73
- 13.1 Einleitung73
- 13.2 Einfluß der Führungsgröße und der Schaltdifferenz des Zweipunktreglers auf die Regelgüte bei einer P-T3-Strecke73
- 14. P-T3-Regelstrecke, geregelt von einem Zweipunktregler mit Rückführung77
- 14.1 Einleitung77
- 14.2 Zweipunktregler mit Rückführung als Oszillator77
- 14.3 Vergleich der Regelgüte bei einer P-T3-Strecke, geregelt von einem Zweipunktregler mit und ohne Rückführung80
- 15. I-Regelstrecke ohne und mit zusätzlicher Verzögerung, geregelt von einem P-Regler83
- 15.1 Einleitung83
- 15.2 Überblick über die Zusammenhänge im Regelkreis mit einer I-Strecke ohne Verzögerung, geregelt von einem P-Regler83
- 15.3 Regelverhalten der I-Regelstrecke ohne und mit Verzögerung bei unterschiedlichen Proportionalbeiwerten des P-Reglers85
- 16. Nachbildung eines Lageregelkreises in einer Werkzeugmaschine89
- 16.1 Einleitung89
- 16.2 Folgeverhalten der I-Regelstrecke mit einem P-Regler91
- 17. Regleroptimierung auf der Grundlage der Sprungantwort nach Chien, Hrones und Reswick95
- 17.1 Einleitung95
- 17.2 Messungen zur Optimierung96
- 18. Regleroptimierung auf der Grundlage der kritischen Reglereinstellung nach Ziegler und Nichols101
- 18.1 Einleitung101
- 18.2 Messungen zur Optimierung103
- Zusätzliche Bestandteile
- LösungenL 1 ... L 48
- AnhangA 1 ... A 4
- FolieF 1