Entwicklung eines geregelten Wasserstandssystems für die Hochschullehre - Versionsgeschichte

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Anhang */

2025-07-29T12:12:42Z

Anhang

← Nächstältere Version		Version vom 29. Juli 2025, 12:12 Uhr
Zeile 467:		Zeile 467:
	== '''Anhang''' ==		== '''Anhang''' ==
	=== '''Masterarbeit''' ===		=== '''Masterarbeit''' ===
	[[:Datei:Masterarbeit Hilz Denim 2180518.pdf\|Masterarbeit Hilz Denim ~~2180518~~]]		[[:Datei:Masterarbeit Hilz Denim 2180518.pdf\|Masterarbeit Hilz Denim]]

	=== '''SVN''' ===		=== '''SVN''' ===
	[https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Regelung_WassertanksH%C3%B6henstand SVN]		[https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Regelung_WassertanksH%C3%B6henstand SVN]

	=== '''Poster''' ===		=== '''Poster''' ===
			[[:Datei:Masterarbeit Poster Hilz Denim.pptx\| Masterarbeit Poster Hilz Denim]]

	== '''Literatur''' ==		== '''Literatur''' ==

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Zusammenfassung */

2025-07-21T17:07:20Z

Zusammenfassung

← Nächstältere Version		Version vom 21. Juli 2025, 17:07 Uhr
Zeile 252:		Zeile 252:
	Die Simulationen zeigen deutlich:		Die Simulationen zeigen deutlich:

	* Der '''Anti-Windup-~~Mechanismus~~''' ist essenziell für die Systemanforderungen.		* Der '''Anti-Windup-Maßnahme''' ist essenziell für die Systemanforderungen.
	* Die finale Auswahl '''Kₚ = 10000''' und '''Kᵢ = 5000''' erfüllt Anforderungen an Geschwindigkeit, Genauigkeit und Störunterdrückung.		* Die finale Auswahl '''Kₚ = 10000''' und '''Kᵢ = 5000''' erfüllt Anforderungen an Geschwindigkeit, Genauigkeit und Störunterdrückung.
	* Die Modellierung ermöglichte fundierte Entscheidungen vor der Hardwareimplementierung.		* Die Modellierung ermöglichte fundierte Entscheidungen vor der Hardwareimplementierung.

	=== '''Systemumsetzung''' ===		=== '''Systemumsetzung''' ===

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Masterarbeit */

2025-07-20T10:29:43Z

Masterarbeit

← Nächstältere Version		Version vom 20. Juli 2025, 10:29 Uhr
Zeile 467:		Zeile 467:
	== '''Anhang''' ==		== '''Anhang''' ==
	=== '''Masterarbeit''' ===		=== '''Masterarbeit''' ===
	[[Datei:Masterarbeit Hilz Denim 2180518.~~png~~\|Masterarbeit Hilz Denim 2180518]]		[[:Datei:Masterarbeit Hilz Denim 2180518.pdf\|Masterarbeit Hilz Denim 2180518]]

	=== '''SVN''' ===		=== '''SVN''' ===

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Masterarbeit */

2025-07-20T10:29:13Z

Masterarbeit

← Nächstältere Version		Version vom 20. Juli 2025, 10:29 Uhr
Zeile 467:		Zeile 467:
	== '''Anhang''' ==		== '''Anhang''' ==
	=== '''Masterarbeit''' ===		=== '''Masterarbeit''' ===
	[[Datei:Masterarbeit Hilz Denim 2180518.~~pdf\|mini~~\|Masterarbeit Hilz Denim 2180518]]		[[Datei:Masterarbeit Hilz Denim 2180518.png\|Masterarbeit Hilz Denim 2180518]]

	=== '''SVN''' ===		=== '''SVN''' ===
	[https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Regelung_WassertanksH%C3%B6henstand SVN]		[https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Regelung_WassertanksH%C3%B6henstand SVN]

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Anhang */

2025-07-20T10:26:45Z

Anhang

← Nächstältere Version		Version vom 20. Juli 2025, 10:26 Uhr
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	== '''Anhang''' ==		== '''Anhang''' ==
	=== '''Masterarbeit''' ===		=== '''Masterarbeit''' ===
			[[Datei:Masterarbeit Hilz Denim 2180518.pdf\|mini\|Masterarbeit Hilz Denim 2180518]]
	=== '''SVN''' ===		=== '''SVN''' ===
			[https://svn.hshl.de/svn/HSHL_Projekte/trunk/Regelung_WassertanksH%C3%B6henstand SVN]
	=== '''Poster''' ===		=== '''Poster''' ===

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de am 20. Juli 2025 um 10:22 Uhr

2025-07-20T10:22:24Z

← Nächstältere Version		Version vom 20. Juli 2025, 10:22 Uhr
Zeile 12:		Zeile 12:

	[[Datei:Rahmenaufbau Plexiglas-Gehäuse.jpg\|500px\|thumb\|right\|'''Abbildung 1''': Wasserstandssystem <ref name="e.D.">eigene Darstellung</ref>]]		[[Datei:Rahmenaufbau Plexiglas-Gehäuse.jpg\|500px\|thumb\|right\|'''Abbildung 1''': Wasserstandssystem <ref name="e.D.">eigene Darstellung</ref>]]

	~~<div style="font-size: 20pt; font-weight: bold; color: black; margin-top: 10px; margin-left: 0; margin-right: 20px; text-align: center;">~~
	~~work in progress~~
	~~</div>~~

	== '''Einleitung''' ==		== '''Einleitung''' ==

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Übertragungsfunktion des Wassertanks */

2025-07-20T10:21:36Z

Übertragungsfunktion des Wassertanks

← Nächstältere Version		Version vom 20. Juli 2025, 10:21 Uhr
Zeile 77:		Zeile 77:
	Mit:		Mit:

	* \~~(\frac{dV}~~{dt}\): zeitliche Änderung des Volumens in \(\mathrm{m}^3\,\mathrm{s}^{-1}\)		* <math>\dot{V}</math>: zeitliche Änderung des Volumens in \(\mathrm{m}^3\,\mathrm{s}^{-1}\)
	* \~~(\frac{dh}~~{dt}\): zeitliche Änderung des Wasserstands in \(\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-1}\)		* <math>\dot{h}</math>: zeitliche Änderung des Wasserstands in \(\mathrm{m}\,\mathrm{s}^{-1}\)

	Mittels Laplace-Transformation ergibt sich die Gleichung:		Mittels Laplace-Transformation ergibt sich die Gleichung:

	<math>		<math>
	V(s) = A \cdot s \cdot h(s)		\dot{V}(s) = A \cdot s \cdot h(s)
	</math>		</math>

	Da \(V\) (andere Bezeichnung für den Volumenstrom \(Q\)) bereits eine Flussgröße ist, bleibt \(V\) im Laplace-Bereich stehen und wird nicht mit \(s\) multipliziert.		Da <math>\dot{V}</math> (andere Bezeichnung für den Volumenstrom \(Q\)) bereits eine Flussgröße ist, bleibt <math>\dot{V}</math> im Laplace-Bereich stehen und wird nicht mit \(s\) multipliziert.

	Die Übertragungsfunktion kann aus obiger Gleichung hergeleitet werden und ergibt sich aus dem Verhältnis von Ausgang zu Eingang:		Die Übertragungsfunktion kann aus obiger Gleichung hergeleitet werden und ergibt sich aus dem Verhältnis von Ausgang zu Eingang:

	<math>		<math>
	G(s) = \frac{h(s)}{V(s)} = \frac{1}{A \cdot s}		G(s) = \frac{h(s)}{\dot{V}(s)} = \frac{1}{A \cdot s}
	</math>		</math>.

	=== '''Regler-Auswahl''' ===		=== '''Regler-Auswahl''' ===

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de am 20. Juli 2025 um 10:15 Uhr

2025-07-20T10:15:52Z

← Nächstältere Version		Version vom 20. Juli 2025, 10:15 Uhr
Zeile 53:		Zeile 53:
	=== '''Übertragungsfunktion des Wassertanks''' ===		=== '''Übertragungsfunktion des Wassertanks''' ===

	Für die Regler-Auswahl und die Simulation ist es wichtig, das Verhältnis vom Ausgangssignal zum Eingangssignal des Systems, also die Übertragungsfunktion, zu kennen <ref~~>Lunze, J.: ''Regelungstechnik 1: Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen.'' Springer-Verlag, 2020. – ISBN 978-3-662-60746-6<~~/~~ref~~>. Der für die Umsetzung gewählte Wassertank besitzt eine zylindrische Form. Der Wasserstand im Tank wird direkt vom Volumenstrom der Pumpe beeinflusst. Die Übertragungsfunktion lässt sich somit aus der geometrischen Berechnung des Volumens des Wassertanks herleiten.		Für die Regler-Auswahl und die Simulation ist es wichtig, das Verhältnis vom Ausgangssignal zum Eingangssignal des Systems, also die Übertragungsfunktion, zu kennen <ref name="lunze2020"/>. Der für die Umsetzung gewählte Wassertank besitzt eine zylindrische Form. Der Wasserstand im Tank wird direkt vom Volumenstrom der Pumpe beeinflusst. Die Übertragungsfunktion lässt sich somit aus der geometrischen Berechnung des Volumens des Wassertanks herleiten.

	Das Vorgehen zur Bestimmung der Übertragungsfunktion orientiert sich an der Vorlesung Systemtheorie, siehe <ref name="Goebel2023_ST">Göbel, M.: ''Systemtheorie: Vorlesung.'' Hochschule Hamm-Lippstadt, 2023.</ref>.		Das Vorgehen zur Bestimmung der Übertragungsfunktion orientiert sich an der Vorlesung Systemtheorie, siehe <ref name="Goebel2023_ST">Göbel, M.: ''Systemtheorie: Vorlesung.'' Hochschule Hamm-Lippstadt, 2023.</ref>.

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Theoretische Grundlagen */

2025-07-20T10:14:50Z

Theoretische Grundlagen

@@ Zeile 47: / Zeile 47: @@
 Durch die Integration von '''MATLAB/Simulink''' und '''Mikrocontrollertechnik''' wird eine enge Verbindung zu den im Studium vermittelten Lehrinhalten geschaffen.
 == '''Theoretische Grundlagen''' ==
 == '''Systementwurf und Umsetzung''' ==

Denim-mike.hilz@stud.hshl.de: /* Systemtest und Ergebnisse */

2025-07-20T09:17:55Z

Systemtest und Ergebnisse

← Nächstältere Version		Version vom 20. Juli 2025, 09:17 Uhr
Zeile 275:		Zeile 275:

	Die Tests wurden mit den Reglerparametern '''𝐾𝑃 = 10000''', '''𝐾𝐼 = 5000''' bei einer Frequenz von '''1 Hz''' durchgeführt.		Die Tests wurden mit den Reglerparametern '''𝐾𝑃 = 10000''', '''𝐾𝐼 = 5000''' bei einer Frequenz von '''1 Hz''' durchgeführt.
	Im ersten Versuch (Abbildung ??) wurde eine '''Sollhöhe von 0,30 m''' bei Sekunde 15 eingestellt. Die '''Ist-Höhe''' folgte verzögert und schwang zunächst über, bevor sie sich nach etwa '''70 s''' im Toleranzbereich von '''±5 mm''' einpendelte.		Im ersten Versuch (Abbildung 14) wurde eine '''Sollhöhe von 0,30 m''' bei Sekunde 15 eingestellt. Die '''Ist-Höhe''' folgte verzögert und schwang zunächst über, bevor sie sich nach etwa '''70 s''' im Toleranzbereich von '''±5 mm''' einpendelte.

	Trotz implementierter '''Anti-Windup-Maßnahme''' musste sich der '''I-Anteil''' des Reglers abbauen, wodurch eine träge Reaktion entstand.		Trotz implementierter '''Anti-Windup-Maßnahme''' musste sich der '''I-Anteil''' des Reglers abbauen, wodurch eine träge Reaktion entstand.
Zeile 282:		Zeile 282:

	<div style="text-align:center;">		<div style="text-align:center;">
	[[Datei:1. Systemtest mit Anfahren der Soll-Höhe.png\|700px\|thumb\|center\|'''Abbildung 7:''' 1. Systemtest mit Anfahren der Soll-Höhe <ref name="e.D."/>]]		[[Datei:1. Systemtest mit Anfahren der Soll-Höhe.png\|700px\|thumb\|center\|'''Abbildung 14:''' 1. Systemtest mit Anfahren der Soll-Höhe <ref name="e.D."/>]]
	</div>		</div>

	Im zweiten Versuch (Abbildung ??) wurde bei Sekunde 70 eine '''Störung mit 90 % Intensität''' zugeschaltet.		Im zweiten Versuch (Abbildung 15) wurde bei Sekunde 70 eine '''Störung mit 90 % Intensität''' zugeschaltet.
	Die Folge war ein kurzzeitiger Abfall der Wasserhöhe, welcher ab Sekunde 81 durch das System kontrolliert kompensiert wurde. Die vollständige Störkompensation wurde nach etwa '''70 s''' erreicht. Die Störkompensation mit PI-Regler ist somit möglich.		Die Folge war ein kurzzeitiger Abfall der Wasserhöhe, welcher ab Sekunde 81 durch das System kontrolliert kompensiert wurde. Die vollständige Störkompensation wurde nach etwa '''70 s''' erreicht. Die Störkompensation mit PI-Regler ist somit möglich.

Zeile 291:		Zeile 291:

	<div style="text-align:center;">		<div style="text-align:center;">
	[[Datei:2. Systemtest mit Störung.png\|700px\|thumb\|center\|'''Abbildung 7:''' 2. Systemtest mit Störung <ref name="e.D."/>]]		[[Datei:2. Systemtest mit Störung.png\|700px\|thumb\|center\|'''Abbildung 15:''' 2. Systemtest mit Störung <ref name="e.D."/>]]
	</div>		</div>

Zeile 314:		Zeile 314:

	<div style="text-align:center;">		<div style="text-align:center;">
	[[Datei:Abschließender Systemtest.png\|700px\|thumb\|center\|'''Abbildung 7:''' Abschließender Systemtest <ref name="e.D."/>]]		[[Datei:Abschließender Systemtest.png\|700px\|thumb\|center\|'''Abbildung 16:''' Abschließender Systemtest <ref name="e.D."/>]]
	</div>		</div>