Die Regelungstechnik beschäftigt sich mit der Frage, wie Temperaturen, Feuchtegehalte, Drücke, Fließgeschwindigkeiten usw. in engen Grenzen eines vorgesehenen Verlaufs gehalten werden können. Das ist einmal erforderlich, um die Betriebssicherheit und den vereinbarten Nutzen gebäudetechnischer Anlagen zu gewährleisten. Zum anderen erlangt die mögliche Energieeinsparung eine wachsende Bedeutung.

Wurde in der Vergangenheit oft nur das Vorhandensein von Regeleinrichtungen gefordert, gleich wie sie arbeiten, so wird heute die Frage nach ihrer Energieeffizienz in den Vordergrund gerückt. Soll die Energieeffizienz eines Gebäude verbessert werden, besteht die kostengünstigste Maßnahme meist nicht in einer erhöhten Dämmung oder einem Wechsel von Aggregaten, sondern im Einsatz besserer Regeleinrichtungen.Um die Effizienz von Regeleinrichtungen beurteilen und optimieren zu können, muß man sich nicht nur mit ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise vertraut machen, sondern sich auch mit dem statischen und dynamischen Verhalten von Regelkreisen beschäftigen.Die Regelungstechnikveranstaltung soll die Studierenden befähigen, das Verhalten von Regelkreisen zu beurteilen und Maßnahmen zu dessen Verbesserung vorzuschlagen. Sie besteh

Grundbegriffe der Regelungstechnik

In diesem Kapitel wird das Arbeiten mit Regelschemen und Wirkungsplänen erlernt. Dabei werden die grundlegenden Begriffe der Regelungstechnik erläutert und das Regeln vom Steuern abgegrenzt.

Kennlinien von Strecken

Anhand ausgewählter Beispiele aus der Gebäudetechnik werden Streckenkennlinien rechnerisch und grafisch unter verschiedenen Lastzuständen dargestellt. Stör- und Regelstrecken werden um gemeinsame Arbeitspunkte entwickelt und die wichtigsten Streckenparameter abgeleitet.

Statisches Verhalten des Regelkreises
Anhand eines geschlossenen Regelkreises mit P-Regler wird, getrennt nach Führungs- und Störverhalten, die bleibende Regelabweichung berechnet. Im Fortgang werden die Auswirkungen nichtlinearer Streckenkennlinien und Lösungswege für die auftauchenden Probleme dargestellt.
Im Labor werden an einem Versuchsstand mit Fließgeschwindigkeitsregelstrecke und Proportionalregler Versuche durchgeführt. Strecken- und Reglerkenlinie werden getrennt voneinander aufgenommen und daraus die bleibende Regelabweichung einmal grafisch und einmal rechnerisch prognostiziert. Anschließend werden der Regelkreis geschlossen und die prognostizierten Werte mit dem tatsächlichen Wert der bleibenden Regelabweichung verglichen.

Stellgliedauslegung

Ausgehend von den theoretischen Kennlinienformen werden Betriebskennlinien unter Einbeziehung der Ventilautorität und des Auslegungskennwerts von Wärmeübertragern berechnet und die hydraulischen Grundschaltungen vorgestellt.

Im Rechnerraum werden in einer Tabellenkalkulation Betriebskennlinien für Volumen- und Wärmestromregelstrecken rechnerisch und grafisch entwickelt und optimiert. Ziel der Optimierung ist ein regelungstechnisch ausreichend geringer Grad der Nichtlinearität bei möglichst kleiner Ventilautorität und entsprechend geringem Energieverbrauch des Stellglieds.

Regler ohne Hilfsenergie

In diesem Kapitel werden neben Differenzdruckreglern vorrangig thermostatische Heizkörperventile behandelt und gezeigt, wie ihre Regelgüte durch die hydraulische Auslegung der Heizungsanlage beeinflußt werden kann.

Vermaschte Regelkreise

Aus dem Gebiet der vermaschten Regelkreise werden die Störgrößenaufschaltung und die Kaskadenregelung herausgegegriffen und ihre Auswirkung auf die Regelgüte aufgezeigt.

Zeitliches Verhalten von Regelstrecken

In diesem Kapitel wird das Zeitverhalten von Strecken mit und ohne Ausgleich sowie Strecken mit und ohne Verzögerung, erster und höherer Ordnung, untersucht und die Bedeutung ihrer Parameter erläutert.

Regelkreise mit unstetigen Reglern

Ausgehend von einer I-Strecke werden die Überschwingweite und die bleibende Regelabweichung bei vorhandener Totzeit unter verschiedenen Lastzuständen für eine Zweipunktregelung exakt berechnet und die so gewonnenen Ergebnisse anschließend mit den Nährungsergebnissen für Verzögerungslieder höherer Ordnung verglichen.

Im Labor werden an einem Versuchsstand mit Temperaturregelstrecke und Zweipunkt- regler Versuche durchgeführt. Aus der Sprungantwort der Strecke werden ihre Regel bereiche bei verschiedenen Lastzuständen und ihr Schwierigkeitsgrad bestimmt . Aus diesen Werten werden Überschwingweite und bleibende Regelabweichung prognostiziert. Die prognostizierten Werte werden verglichen mit den Werten, die sich im geschlosse- nen Regelkreis tatsächlich einstellen.

Übertragungsglieder von stetigen Regeleinrichtungen

Anhand von Operationsverstärkerschaltungen wird die Realisierung des P-, I- und D- Anteils eines Reglers dargestellt und die Bedeutung ihrer wichtigsten Parameter erläutert.

Dynamisches Verhalten des Regelkreises

In diesem Kapitel werden die Auswirkungen der einzelnen Anteile eines PID-Reglers auf das Regelkreisverhalten dargestellt, dynamische Gütekriterien eingeführt und Einstellre- geln erläutert.

Im Labor werden an einem Versuchsstand mit Fließgeschwindigkeitsregelstrecke und Proportionalregler Versuche durchgeführt. Aus der Sprungantwort der Strecke werden verschiedene Einstellungen für den Proportionalbereich abgeleitet, ebenso aus der Reglereinstellung bei gleichmäßiger Schwingung des Regelkreises (Ziegler/Nichols). Das Störverhaltens des geschlossenen Regelkreises wird anhand von Gütekriterien ausge- wertet. Mit diesen Ergebnissen werden die Einstellregeln verglichen.

Im Rechnerraum wird in Tabellenkalkulationen ein Füllstandsregelkreis mit verschiedenen Streckenparametern und Regeleinrichtungen simuliert. Die Strecke wird über eine höhere Nichtlinearität und eine höhere Totzeit nach und nach schwieriger gemacht, um die Grenzen einfacher Regeleinrichtungen aufzuzeigen.