In dieser Arbeit geht es um die Einstellung der Regelparameter eines PID-Reglers für eine Drehzahlregelung (Gleichstrommotor) mit Hilfe eines evolutionären Algorithmus. Dabei braucht der Benutzer lediglich die gewünschten Parameter der Sprungantwort angeben und bekommt dann die bestmöglichen Regelparameter hierzu bereit gestellt. Dieses funktioniert auch für die Praxis sehr gut(außer kleiner Abweichungen aufgrund von Vereinfachungen). Dieses Arbeit eignet sich optimal für die Praxis, aber auch für einen Laborversuch in der Schule oder Hochschule, um den Schülern oder Studenten das interessante Thema der evolutionären Algorithmen in der Praxis darzustellen.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Vorwort
- Symbolverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Einleitung
- Analyse des Problems der Drehzahlregelung anhand eines Gleichstrommotors
- Aufbau des Gesamtstrukturbildes
- Betrachtung des Strukturbildes des Gleichstrommotors
- Elektrischer Teil
- Mechanischer Teil
- Gesamtes Strukturbild des Gleichstrommotors
- Verwendetes Simulationsmodell
- Untersuchung der praktischen Anlage
- PID-Board
- Regler
- P-T1Glieder
- Sollwertpotentiometer
- Motor-Board
- Motor
- DC-Leistungsverstärker
- Tachogenerator
- Ermittlung der nötigen Parameter der Strecke
- Evolutionäre Algorithmen
- Einführung
- Der Allgemeine Evolutionäre Algorithmus
- Evolutionsstrategie
- Bewertung
- Selektion
- Mutation
- Adaptive Schrittweitenregelung
- Spielzeichen der höheren ES
- (1,2)-Evolutionsstrategie
- Durchführung der Optimierung
- Vorüberlegungen
- Bestimmung und Untersuchung der Zielfunktion
- Bestimmung der Parameter der Zielfunktion
- Anregelzeit
- Ausregelzeit
- Maximale Überschwingweite
- Abstimmung der Ergebnisse der Sprungantwort mit der Zielfunktion
- Initialisierung
- Pseudozufallszahlen
- Fehler bei der Simulation
- Optimierung an der praktischen Anlage
- Vorgabewerte
- Simulation
- praktische Durchführung
- Fazit
- Optimierung einer weiteren, praktischen Anlage
- Vorgabewerte
- Simulation
- praktische Durchführung
- Fazit
- Hinweise bei auftretenden Problemen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Diese Diplomarbeit zielt darauf ab, die Reglerparameter eines PID-Reglers für eine Drehzahlregelung mithilfe von evolutionären Algorithmen zu optimieren. Dabei werden die praktischen Herausforderungen und theoretischen Grundlagen der Drehzahlregelung mit einem Gleichstrommotor untersucht und in ein umfassendes Strukturbild eingebettet.
- Analyse des Problems der Drehzahlregelung und Entwicklung eines Strukturbildes für einen Gleichstrommotor
- Optimierung von Reglerparametern eines PID-Reglers für die Drehzahlregelung mithilfe von evolutionären Algorithmen
- Bewertung der Effizienz der entwickelten Optimierungsstrategie anhand praktischer Anwendungen und Simulationen
- Detaillierte Untersuchung der praktischen Implementierung der Drehzahlregelung in einem Laboraufbau
- Entwicklung von Lösungsansätzen für potenzielle Probleme bei der praktischen Anwendung der Optimierungsstrategie
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
- Einleitung: Die Einleitung stellt das Thema der Diplomarbeit vor und erläutert die Bedeutung der Drehzahlregelung in verschiedenen Anwendungsbereichen. Sie gibt einen Überblick über die wichtigsten Inhalte der Arbeit und skizziert die Struktur der einzelnen Kapitel.
- Analyse des Problems der Drehzahlregelung anhand eines Gleichstrommotors: In diesem Kapitel wird das Problem der Drehzahlregelung anhand eines Gleichstrommotors analysiert. Es wird ein detailliertes Strukturbild des Gleichstrommotors entwickelt, das die elektrischen und mechanischen Komponenten berücksichtigt. Außerdem wird das verwendete Simulationsmodell für die Drehzahlregelung vorgestellt.
- Untersuchung der praktischen Anlage: Dieses Kapitel beschreibt die praktische Anlage, die für die Drehzahlregelung verwendet wird. Es werden die verschiedenen Komponenten des PID-Boards und des Motor-Boards, wie z.B. Regler, Motor und Tachogenerator, detailliert vorgestellt.
- Evolutionäre Algorithmen: Hier werden die Grundlagen der evolutionären Algorithmen erläutert und die Funktionsweise der Evolutionsstrategie dargestellt. Die einzelnen Schritte des evolutionären Algorithmus, wie Bewertung, Selektion, Mutation und adaptive Schrittweitenregelung, werden detailliert beschrieben.
- Durchführung der Optimierung: In diesem Kapitel wird die Durchführung der Optimierung der Reglerparameter mithilfe der Evolutionsstrategie vorgestellt. Es werden verschiedene Vorüberlegungen, wie die Bestimmung der Zielfunktion und die Abstimmung der Ergebnisse der Sprungantwort mit der Zielfunktion, erläutert. Außerdem wird die praktische Durchführung der Optimierung an einer realen Anlage beschrieben.
Schlüsselwörter (Keywords)
Die wichtigsten Schlüsselwörter dieser Arbeit sind: Drehzahlregelung, PID-Regler, Evolutionäre Algorithmen, Evolutionsstrategie, Gleichstrommotor, Simulation, praktische Anwendung, Optimierung, Zielfunktion.
- Quote paper
- Dipl.-Ing.(Fh) Markus Laukötter (Author), 2008, Evolutionäre Algorithmen zur Einstellung der Regelparameter für eine Drehzahlregelung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/317873
