Virtual Control Lab

 

Für die Unterstützung der Lehre werden hier virtuelle Experimente zur Verfügung gestellt, um die Inhalte aus der Lehrveranstaltung Regelungstechnik für Studierende greifbar zu machen.

 

Allgemeiner Hinweis zur Bedienung

Bei den folgenden Anwendungen handelt es sich unter Anderem um Matlab-Apps, welche mit dem App-Designer von Matlab erstellt wurden. Version 2019b und neuer wird empfohlen.
HINWEIS: Die -Control System Toolbox- muss installiert werden bzw. vorhanden sein.


Über den Link gelangen Sie zu einer detaillierten Beschreibung zur Installation von MATLAB.

 

Klickt man auf den Link der jeweiligen App, erhält man einen zip-Ordner, in welchem sich alle relevanten Dateien befinden. Diese müssen extrahiert werden.
Öffnen Sie nun Matlab und wählen Sie den gewünschten extrahierten Ordner als "Current Folder" aus. Mit einem Doppelklick auf die Datei der Form "VCL_*.mlapp" öffnet sich der App-Designer.
Starten Sie nun die Anwendung durch Betätigen des Run-Buttons.
Zusätzlich werden Sie die Experimente auch als Java-App im Ordner vorfinden. Diese lassen sich auf jedem Computer mit installierter Java-Laufzeit-Umgebung ab Version 6 Update 32 ausführen.
Die Java-App kann direkt im Ordner geöffnet werden.

  Bild der Matlab-App VCL_A Urheberrecht: IRT

A) Einmassenschwinger

Diese Anwendung soll einige wichtige Begriffe aus der Regelungstechnik mit Hilfe der Simulation eines gedämpften Einmassenschwingers veranschaulichen.
Unter anderem können durch Veränderung von Parametern die Auswirkungen auf die Systemeigenschaften graphisch betrachtet werden. Damit sollen die Zusammenhänge zwischen Wirkungsplan, Impuls- und Sprungantwort sowie Pol-/Nullstellendiagramm veranschaulicht werden.
Download: VCL_A.zip

  Bild der Matlab-App VCL_B Urheberrecht: IRT

B) Einmassenschwinger bei schwingender Anregung

In dieser Anwendung soll die Bedeutung des Frequenzgangs verdeutlicht werden. Dazu sind das Bode-Diagramm, die Ortskurve sowie zusätzlich das Pol-/Nullstellen-Diagramm eines gedämpften Einmassenschwingers abgebildet.
Die Einflüsse der einzelnen Parameter auf das System sind in Ortskurve, Polstellen- & Bode-Diagramm ersichtlich. Der Einfluss eines harmonischen Eingangssignals in Abhängigkeit der Erregerfrequenz ω ("omega") auf den Systemausgang - Auslenkung der Masse - wird in zeitlichen Verlaufplots angezeigt.
Download: VCL_B.zip

  Bild der Matlab-App VCL_C Urheberrecht: IRT

C) Einmassenschwinger mit PID-Regler

Dargestellt ist ein Einmassenschwinger mit einem Linearaktor zur Positionsregelung. Zur Regelung können P-, I- und D-Anteile aktiviert und angepasst werden.
Anschließend lässt sich das Systemverhalten bei Störungen untersuchen.
Download: VCL_C.zip

  Bild der Matlab-App VCL_D Urheberrecht: IRT

D) Reglerauslegung im Bode-Diagramm

In der vorliegenden Anwendung können anhand des vereinfachten Nyquist-Kriteriums die Stabilitätsbedingungen in einem Bode-Diagramm nachvollzogen werden. Als Strecke ist ein totzeitbehaftetes Verzögerungsglied erster Ordnung (PT1Tt) vorgegeben und als Regler kommt ein PI-Regler zum Einsatz.
Sowohl die Parameter der Strecke, als auch die des Reglers können in gewissen Grenzen variiert werden. Dabei sieht man den Einfluss dieser Parameter auf den Betrags- und Phasenverlauf im Bode-Diagramm. Für die Reglerauslegung bzw. Stabilitätsüberprüfung wird die Grenzfrequenz ωπ automatisch bestimmt.
Diese Anwendung soll den Studierenden das Vorgehen bei der Reglerauslegung in einem Bodediagramm verständlich machen.
Download: VCL_D.zip

  Bild der Java-App inverses_pendel Urheberrecht: IRT

E) Inverses Pendel

Diese Anwendung veranschaulicht die Versuchsanlage "Inverses Pendel".
Das System besteht aus einem Gleichstromservomotor, der über einen Zahnriemen einen Schlitten antreibt. Das Pendel mit der Masse m = 1.5 kg, und der Länge L = 1 m, ist auf dem Schlitten gelagert. Die Reibungskonstante des Lagers B ist 0.005 Nm*s/rad. Der gesamte Verfahrweg, genannt 2*Xmax, wird durch zwei Endschalter auf 2.7 m begrenzt.
Ziel der Reglungsaufgabe ist es das Pendel aufrechtstehend zu balancieren. Die Aufgabe wird mit einer Mehrfachregelung bewältigt. Dazu wird ein PD-Regler für die Regelung der Position des Schlittens (x) verwendet und ein weiterer PD-Regler kommt für die Regelung des Schwenkwinkels des Pendels (psi) zum Einsatz.
Download: VCL_E.zip
HINWEIS: Dieses Experiment steht nur als Java-App zur Verfügung.

  Bild der Matlab-App VCL_F Urheberrecht: IRT

F) Darstellung des Frequenzgangs

Die vorliegende Anwendung verdeutlicht in zwei verschiedenen Systemen die Zusammenhänge des Frequenzgangs in der graphischen Darstellung des Bode-Diagramms sowie der Ortskurve.
Download: VCL_F.zip

  Bild der Matlab-App VCL_G Urheberrecht: IRT

G) Faltungsintegral

In dieser Anwendung wird die Lösung des Faltungsintegrals für unterschiedliche Kombinationen von der Gewichtsfunktion g(t) und dem Eingangssignal u(t) dargestellt.
Bei einer Veränderung der Parameter wird automatisch die Lösung des Faltungsintegrals berechnet. Zusätzlich bietet die Anwendung die Gelegenheit das gefaltete Eingangssignal u(t-τ) in Abhängigkeit der Zeit zu verschieben.
Download: VCL_G.zip