Besonderheiten bei ineinander geschachtelten Reglern, s.g. Kaskadenreglern
Bild 0-1: Kaskadenregler, auch mehrschleifiger Regler genannt
- Obiges Schaubild stellt einen Kaskadenregler dar.
- Innen regelt R1 die Strecke G1.
- Hinter G1 befindet sich ein weiteres Übertragungsglied.
- Außen regelt R2 die Strecke G3, bestehend aus R1,G1 und G2.
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Auslegung eines Kaskadenreglers
- Zunächst wird der innere Regelkreis entworfen. Dabei ist es wichtig, dass der innere Regler R1 auftretende Störgrößen z1 so gut ausregelt, dass sie auf den äußeren Regelkreis nur einen geringen Einfluß haben.
- Dann kann der äußere Regelkreis entworfen werden. Durch die Verschaltung von R1, G1 und G2 ergibt sich eine Strecke G3.
- G3 besitzt ein Gesamtübertragungsverhalten, das bei dem Reglerentwurf R2 dann zugrundegelegt werden kann.
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Forderungen an den inneren und den äußeren Regelkreis
- Der innere Regelkreis sollte stabil sein auch ohne Einwirken des äußeren Regelkreises.
- Der innere Regelkreis sollte sehr viel schneller als der äußere Regelkreis arbeiten.
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Auswirkungen, wenn der innere Regelkreis sehr viel schneller als der äußere Regelkreis arbeitet:
- Die Stellgröße u2 wirkt als Führungsgröße w1 auf den inneren Regelkreis. Wenn der äußere Regler langsam gegenüber dem inneren ist, verhält sich die Führungsgröße w1 quasi statisch gegenüber dem inneren Regler.
- Andersherum verändert sich das Übertragungsverhalten der Gesamtverschaltung G3 gegenüber R2 nicht. G3 verhält sich gegenüber R2 wie ein statisches Übertragungsglied.
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Konsequenzen für Regeleinrichtungen auf Zeitebene2 und 3 bei COACH
- Die Regler auf Zeitebene3 sollten langsam gegenüber denen auf Zeitebene2 laufen.
- Praktisch wird dies durch eine langsamere Abtastung und Verarbeitung der Zustandsgrößen erreicht.
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Kaskadenregelung versus Zustandsregelung
- In der Praxis hat sich gezeigt, dass Zustandsregler einfsacheren Regelkonzepten wie PID-Regler oder Kaskadenregler überlegen sind.
- Insbesondere bei schwach gedämpften Systemen führt die Überlagerung mehrerer Regler schnell zu Schwingungen beim System.
- Es ist im Einzelfall abzuwägen, ob ein Kaskaden- oder PID-Regler den gestellten Anforderungen genügt, oder ob der höhere Aufwand bei der Identifizierung der Strecke und der Auslegung eines Zustandsreglers gerechtfertigt ist.
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