Entwicklung eines geregelten Wasserstandssystems für die Hochschullehre
| Autor: | Ken Hilz |
| Erstprüfer: | Prof. Göbel |
| Zweitprüfer: | Prof. Tikhomirov |
| Wissenschaftliche Unterstützung: | Marc Ebmeyer |
Einleitung
Dieser Wiki-Artikel stellt die Masterarbeit
Modellierung, Simulation und Echtzeit-Implementierung eines geregelten Wasserstandssystems mit MATLAB/Simulink und Mikrocontrollertechnik
für praxisorientierte Hochschuldemonstrationen im Rahmen der regelungstechnischen Lehre
vor. Dabei werden Planung, Entwicklung und Umsetzung aufgezeigt und die erzielten Ergebnisse dokumentiert.
Die Regelungstechnik ist eine zentrale Kernkompetenz für angehende Ingenieurinnen und Ingenieure, da sie die Steuerung und Regelung technischer Prozesse vermittelt. Um die oft abstrakte Theorie greifbarer zu machen, eignet sich der Einsatz praxisnaher Werkzeuge wie MATLAB/Simulink und Mikrocontrollertechnik.
Ziel der Masterarbeit war die Entwicklung eines didaktisch einsetzbaren Wasserstandssystems für die regelungstechnische Lehre an der Hochschule Hamm-Lippstadt (HSHL), um Theorie und Praxis miteinander zu verknüpfen.
Die entwickelten Regelungskonzepte basieren auf einem grundlegenden Schema der Füllstandsregelung (Level Control, LC), wie es in Abbildung ?? dargestellt ist. Ziel der Regelung ist es, den Wasserstand eines Behälters auf eine vorgegebene Sollhöhe 𝑤 (z. B. 1 m) zu bringen und dort zu halten. Die Stellgröße 𝑢 beeinflusst den Zufluss, während ein Sensor die aktuelle Ist-Höhe 𝑦 misst. Externe Einflüsse wie eine Wasserentnahme wirken als Störung 𝑑 auf das System und müssen durch die Regelung ausgeglichen werden.
Solche Regelungssysteme sind nicht nur für Lehrzwecke relevant, sondern auch in der Industrie weit verbreitet – etwa zur Vermeidung von Überlauf, Trockenlauf oder unerwünschten Füllstandsschwankungen. Die Planung und Entwicklung des Systems orientiert sich an diesem Grundschema. Quelle??
Das Masterarbeit umfasst:
- die Modellierung des Tanksystems,
- die Simulation des physikalischen Verhaltens und der Auslegung des Reglers mit MATLAB/Simulink,
- sowie die Echtzeit-Implementierung des Reglers auf einem Mikrocontroller.
Durch die Integration von MATLAB/Simulink und Mikrocontrollertechnik wird eine enge Verbindung zu den im Studium vermittelten Lehrinhalten geschaffen.