01_messenSteuernRegeln_slides_part2_Z

Question 1

Was ist Pulsweitenmodulation (PWM)?

Answer 1

Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine Technik, bei der die Dauer der Ein- und Ausschaltphasen eines Signals variiert wird, um die Leistung zu steuern, die einem Gerät zugeführt wird. Dies erfolgt durch schnelles Ein- und Ausschalten eines digitalen Signals.

Question 2

In welchen Bereichen findet die Pulsweitenmodulation (PWM) Anwendung?

Answer 2

Einsatzgebiete der PWM sind: - Datenübertragung: Impulsdauer als Datenkodierung. - Steuerungstechnik: Steuerung analoger Geräte mittels digitaler Signale in eingebetteten Systemen. - Leistungselektronik: Erzeugung eines quasi-kontinuierlichen Signals. - Messtechnik: Anwendungen in A/D- und D/A-Wandlern.

Question 3

Wie funktioniert die Pulsweitenmodulation (PWM) in Bezug auf die Trägheit von Komponenten?

Answer 3

Funktionsweise durch Trägheit: - Motoren: Verzögerte Reaktion bei Stromabschaltung. - Menschliches Auge: Schnelle Schaltvorgänge bleiben unbemerkt. - Tiefpass-Filter: Glättung des PWM-Signals zu einem kontinuierlichen Signal.

Question 4

Wie berechnet man die effektive Amplitude eines PWM-Signals?

Answer 4

Berechnung der effektiven Amplitude: Durch Integration des PWM-Signals. Beispiel: Ein Motor mit einem PWM-Signal von 5V und einem Tastgrad von 50% wird effektiv mit 2.5V betrieben.

Question 5

Was versteht man unter “Messen”?

Answer 5

Messen ist der Prozess der Informationsgewinnung über ein Messobjekt mittels geeigneter Sensorik.

Question 6

Was ist ein Sensor und welche Aufgabe hat er?

Answer 6

Sensor: Ein Gerät zur Erfassung physikalischer Größen, das auf ein Signal mit einem Ausgangssignal reagiert.

Question 7

Welche Arten von Messfehlern gibt es und wie können sie reduziert werden?

Answer 7

Messfehler: - Systematische Fehler: Durch den Sensor verursacht, können durch Untersuchung kompensiert werden. - Zufällige Fehler: Statistische Schwankungen, können durch wiederholte Messung reduziert werden.

Question 8

Wie werden Sensoren klassifiziert?

Answer 8

Klassifikation der Sensoren: - Externe Sensoren: Erfassen externe Informationen (z.B. Kamera, Mikrofon). - Interne Sensoren: Erfassen interne Systemzustände (z.B. Lagesensor).

Question 9

Welche Integrationsstufen gibt es bei Sensoren?

Answer 9

Integrationsstufen von Sensoren: - Elementarsensor: Wandelt Messgröße direkt in ein elektrisches Signal. - Integrierter Sensor: Elementarsensor + Signalaufbereitung. - Intelligenter Sensor: Integrierter Sensor + rechnergesteuerte Auswertung.

Question 10

Wie funktioniert ein Ultraschall-Abstandssensor wie der HC-SR04?

Answer 10

Funktionsweise des HC-SR04: Sendet Ultraschallimpulse und misst die Zeit bis zur Reflexion. Die Distanz wird aus der Zeit und der Schallgeschwindigkeit berechnet.

Question 11

Was versteht man unter Steuern?

Answer 11

Steuern: Gerichtete Beeinflussung technischer Systeme.

Question 12

Was ist ein Aktuator und welche Aufgabe hat er?

Answer 12

Aktuator: Wandelt ein elektrisches Signal in mechanische Bewegung oder andere physikalische Veränderungen um.

Question 13

Welche Klassifikationen von Steuerungen gibt es?

Answer 13

Klassifikation der Steuerungen: - Binäre Steuerung: Ein/Aus-Zustände. - Analoge Steuerung: Wertkontinuierliche Signale oder PWM-Signale. - Digitale Steuerung: Mehr als zwei Zustände codierend.

Question 14

Was ist ein Open-Loop Controller und welches Problem hat dieser?

Answer 14

Open-Loop Controller: Besteht aus Eingangssignal, Steuerglied, Steuersignal, Stellglied, Stellgröße, Strecke, Störgrößen und Ausgangssignal. Problem: Abweichungen durch Störgrößen können nicht erkannt und korrigiert werden.

Question 15

Was versteht man unter Regeln?

Answer 15

Regeln: Beeinflussung technischer Systeme mit Rückkanal zur kontinuierlichen Korrektur.

Question 16

Was ist ein Regelkreis und wie funktioniert er?

Answer 16

Regelkreis: Geschlossener Wirkungsablauf zur Verhaltensbeeinflussung eines Systems. Ablauf: 1. Vergleich von Ist- und Soll-Zustand. 2. Berechnung der Stellgröße durch den Regler. 3. Veränderung der Regelgröße durch Stellgröße und Störgrößen. 4. Erneuter Vergleich von Ist- und Soll-Zustand.

Question 17

Welche Eigenschaften zeichnen einen guten Regelkreis aus?

Answer 17

Eigenschaften eines guten Regelkreises: - Gutes Führungsverhalten: Schnelles Erreichen des Soll-Zustands ohne Über- oder Untersteuern. - Stabilität: Guter Erhalt des Soll-Zustands. - Gutes Störverhalten: Störgrößen führen nicht zu Instabilitäten. - Robustheit: Schleichende Parameteränderungen dürfen nicht zu Instabilitäten führen.

Question 18

Wie funktioniert die Heizungssteuerung eines 3D-Druckers?

Answer 18

Heizungssteuerung eines 3D-Druckers: Komponenten sind Heizelement und Thermistor im Druckkopf. Ablauf: Laufender Vergleich der gemessenen Temperatur mit der gewünschten Temperatur und Ansteuerung des Heizelements mittels PWM.

Question 19

Was ist ein PID-Regler und welche Teile umfasst er?

Answer 19

PID-Regler: Ein Regler, der aus drei Teilen besteht: - Proportionalregler: Reagiert sofort auf Änderungen. - Integralregler: Merkt sich vergangene Abweichungen und reagiert verzögert. - Differentialregler: Reagiert auf starke Änderungen.