Gütekriterien einer Regelung am Beispiel einer Temperaturregelung

1. Unterrichtsentwurf, Berufsfeld Elektrotechnik

1 Bedingungen des Unterrichtes ........................................................................................ 3

1.1 Lerngruppe ................................................................................................................. 3 1.2 Einordnung des Unterrichts in den laufenden Unterricht ........................................... 3

2 Darstellung des Unterrichtsthemas ................................................................................ 4

3 Didaktische Überlegungen............................................................................................... 5

4 Methodische Überlegungen............................................................................................. 5

5 Ziele der Unterrichtsstunde ............................................................................................. 6

6 Verlaufsplan...................................................................................................................... 7

7 Literaturverzeichnis ......................................................................................................... 8

8 Anhang .............................................................................................................................. 9

1 Bedingungen des Unterrichtes

1.1 Lerngruppe

Der geplante Unterricht findet in der Klasse 13 ELAB statt. Dabei handelt es sich um 13 Auszubildende zum Elektroinstallateur im 4. Ausbildungsjahr. Alle Schüler stammen aus kleineren bis mittleren Handwerksbetrieben der näheren Umgebung. In der Klasse herrscht eine gut Lernatmosphäre, die Schüler sind aufmerksam, arbeiten gut mit u nd sind sehr lernwillig. Ein Auszubildender ist mir privat bekannt, aus diesem Grund „duzt“ mich der Schüler. Da ich in dieser Klasse erst vier Doppelstunden unterrichtet habe, sind mir keine besonderen Auffälligkeiten bezüglich einzelner Schüler aufgefallen.

1.2 Einordnung des Unterrichts in den laufenden Unterricht

Der Unterricht ist im Bereich Regelungs- und Steuerungstechnik angesiedelt. Die Schüler haben in den vorrangegangenen Stunden die Grundbegriffe der Regelungs- und Steuerungstechnik an Beispiele n erarbeitet. Weiterhin wurde der Unterschied zwischen Regeln und Steuern bearbeitet.

1. Unterrichtsentwurf, Berufsfeld Elektrotechnik

Der hier geplant Unterricht beschäftigt sich mit dem Eingriff des Reglers in einen

regelungstechnischen Prozess und den daraus entstehenden Folgen. Dabei stehen die

Gütekriterien (An-, Ausregelzeit und maximale Überschwingweite) im Mittelpunkt der

Unterrichtsstunde.

2 Darstellung des Unterrichtsthemas

Der Regler hat grundsätzlich die Aufgabe die Regelgröße mit der Führungsgröße zu

vergleichen. Aus diesem Vergleich bildet er die Stellgröße, dabei ist dieser Ablauf so zu

optimieren, dass die dynamischen Eigenschaften des zu regelnden Prozesses gut ausgeglichen

werden. Das heißt, der Istwert sollte den Sollwert möglichst schnelle erreichen und dann

möglichst wenig um ihn schwingen.

Der Eingriff des Reglers in den Regelkreis wird durch folgende Größen charakterisiert:

x ,

• Überschwingweite m

t , die vergeht bis der Istwert erstmalig in des

• die Anregelzeit an

Toleranzband des Sollwertes eintritt,

t , die vergeht bis der Istwert letztmalig in das

• die Ausregelzeit aus

Toleranzband des Sollwertes eintritt.

• sowie eine vereinbarte Toleranzgrenze +/- bezogen auf die

Führungsgröße. 1

t und aus

x , an t möglichst klein sein.

Um eine optimale Regelgüte zu erreichen sollte m

1 Vgl.: Regelungstechnik, Ein Leitfaden für Einsteiger, Frank Blasinger, 4. überarbeitete Auflage,

April 1999

1. Unterrichtsentwurf, Berufsfeld Elektrotechnik

3 Didaktische Überlegungen

Elektroinstallateure kommen in ihrer täglichen Arbeit oft mit der Installation von Raumtemperaturregelungen oder Heizungsregelungen in Berührung. Dabei müssen sie regelungstechnische Bauelemente installieren und parametrieren. Um solche Arbeiten nachhaltig ausführen zu können sind grundlegende Kenntnisse über den Reglereingriff unumgänglich. Werden Fehler bei der Installation solcher Anlagen gemacht (z.B. Anbringen der Messfühler an eine nicht optimale Stelle) kann es z.B. zum Überschwingen der Regelgröße kommen und somit zu Energieverschwendung und Unzufriedenheit des Kunden (Gegenwartsbedeutung).

Durch die immer größer werdende Automatisierung im Bereich der Gebäudetechnik wird der Anteil der Regelungen zunehmen. Die jetzigen Auszubildenden und zukünftigen Facharbeiter werden in Zukunft in noch größerem Maße mit dieser Problematik konfrontiert werden (Zukunftsbedeutung). die Problematik des optimalen Regelereingriffes betrifft alle kontinuierlichen Regelerarten und Regelungstypen. Das hier behandelte Thema steht somit exemplarisch für viele anzutreffende Regelungen.

4 Methodische Überlegungen

Der Reglereingriff wird mit Hilfe eines Versuchsaufbaues veranschaulicht. Ein Schreiber zeichnet den Verlauf der Regelgröße auf. Der Versuchsaufbau stellt modellhaft eine Raumtemperaturregelung dar. Die Schüler sind mit dem Versuchsaufbau vertraut, neu ist allerdings ein Schreiber, da bisher mit einem analogen Messgerät gearbeitet wurde. Anhand des Regelgrößenverlaufes, welcher vom Schreiber aufgenommen wird, sollen die Schüler die unter Punkt 2 erläuterten Begriffe zuordnen. Die Erarbeitung der einzelnen Begriffe erfolgt mit Hilfe eines Textes in Einzelarbeit.

Anschließend sollen die Schüler in Partnerarbeit die Größen der erarbeiteten Begriffe auf dem

x Arbeitsblatt bestimmen.. Dabei müssen die Schüler das Toleranzband einzeichnen, m t erkennen und bestimmen sowie aus t erkennen und bestimmen.

erkennen und bestimmen, an