Praktische Regelungstechnik mit Arduino

Anregungen für Lehrkräfte, wie Regelungstechnik mithilfe eines Mikrocontrollers ohne höhere Mathematik praxisorientiert umgesetzt werden kann. Ein Ziel dieser Arbeit ist es zu zeigen, dass Regelungstechnik keine Raketenwissenschaft ist. Dies wird in erster Linie am Beispiel eines realen Temperaturregelkreises diskutiert. Auch wenn in Vorlesungen zu Ingenieursstudiengängen mit Differentialgleichungen, inversen Laplace-Transformationen, Übertragungsfunktionen gearbeitet wird, soll hier dargelegt werden, dass z. B. auch stetige Proportional-Integral-Differential-Regler (PID) auf Basis der Programmierung eines Mikrocontrollers unter ausschließlicher Verwendung der Grundrechenarten (+, -, *, /) realisiert werden können. Anstatt Stabilitätskriterien mathematisch zu beurteilen, liegt der Fokus dieser Arbeit auf der Untersuchung von realen Regelstrecken. Anhand der Beobachtung von Regel- und Stellgrößenverläufen sowie Veränderungen an der Regelstrecke und an Regelparametern soll ein intuitives Verständnis für die Dynamik von Regelprozessen gewonnen werden. Hierzu wird insbesondere auf das Erreichen von Gleichgewichtszuständen eingegangen. Dabei werden auch Analogien zu weiteren (mechanischen) Modellen gesucht.