Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : PID-Regler
Servus,
Hat jemand schonmal einen kontinuierlichen PID-Regler (siehe Anhang )mit OPVs gebaut ?
Mich würde mal interessieren wie die Bauteile auslege/berechne, wenn ich beispielsweise einen kleinen GS-Motor drehzahlmäßig damit regeln will. Welche Bauteile nehme ich am besten ? Wie erzeuge ich die Führungsgröße ? Was muß man sonst noch beachten ( Zusatzschaltungen etc. ) ?
Distel
Gleylancer
27.07.2004, 20:10
Hmm,
also du müsstest eine Kaskadenregelung von Drehzahl und Strom zimmern. Dazu brauchst du nen Drehzahlmesser und nen Messshunt.
Du gibst dem µP einen Sollwert vor, den dieser dann entsprechend regel.
Die Führungsgrösse ist nichts anderes als dein Sollwert, welcher mit der Regelung verglichen wird.
Allerdings solltest du dir auch mal den Frequenzgang bzw. Verstärkung anschaun, sonst kannst du ein instabiles System bekommen.
So, das war die Deluxe-Version
Ansonsten einfach dem Strom der Drehzahl anpassen (per µP)
Allerdings ist das keine genaue Regelung, sollte aber für die meisten Probleme reichen.
Eine Kaskadenregelung ist doch nicht wirklich nötig, oder ?
Es ist davon auszugehen, daß ich die Drehzahl kontinuierlich messen kann und die Reglerparameter Kr, Tn, Tv bestimmt habe für Stabilität und kurze Einschwingzeit und kleine Überschwingweite. Es muß ja nicht unbedingt ein Motor sein, von mir aus auch ein anderes Stellglied, sodaß der PID gut anwendbar ist.
Mir geht es hier vor allem um die Elektronik.
Gleylancer
27.07.2004, 21:23
Nötig nicht, aber sinnvoll. Die Regelung wird dadurch um einiges schneller und effektiver.
Mit der entsprechenden Elektronik hab ich mich noch nicht eingehend beschäftigt (ich kenne zwar die berechnungsformeln, hab sowas aber noch nie selbst zusammengebruzzelt)
Normalerweise schlag ich nen Katalog auf und bestell mir den Entsprechenden PID-Regler für den Schaltschrank :)
Gruß
Gley
Die Schaltung mit getrennten Verstärkern deren Signale addiert werden ist sicher ein Laboraufbau oder ein Universalregler für wechselnde Einsatzfälle.
In der Praxis wird man einen Verstärker gemischt mit PID beschalten, hierbei hat man dann nicht mehr die Möglichkeit die Zeitkonstanten und die Verstärkung unabhängig voneinander einzustellen, was im Betrieb auch oft nicht sinnvoll ist.
Der Regelkreis muß aber schon auf die Zeitkonstante der Regelstrecke abgestimmt sein.
Manfred
Der Regelkreis muß aber schon auf die Zeitkonstante der Regelstrecke abgestimmt sein.
gehen wir mal davon aus , dass er es ist.
Angenommen der Regler soll eine Stellgröße u(t) im Bereich von 0...10V liefern ( das müsste der genormte Wert sein, wenn ich mich nicht irre).
Was sollte ich da am besten für OPVs, Kondensatoren etc. nehmen ?
Hier ist ein Bild von der üblichen Form des PID Reglers mit einem OPV.
http://www.sps-magazin.de/bilder/artikel/3352.jpg
Als OPV kann man Typen nach erforderlichem Frequenzgang und Aussteuerbarkeit an Versorgungsspannungsgrenzen aussuchen. Im einfachsten Fall sicher auch noch den alten 741. Null bis 10 V ist eigentlich immer gut zu erfüllen. Die Versorgungsspannung muß dann je nach Typ bis zu etwa 3V weiter reichen -3V,+13V. oder einfach +-15V.
Die Widerstände sollten vorzugsweise im Bereich von 10k bis 100k (wenn erforderlich 1k bis 1M) liegen. Außerhalb des Bereichs noch mal prüfen, ob Offsetspannungen Strombegrenzungen und Eingangsströme keine zu großen Fehler verursachen. Viele OPVs haben eine Ausgangsstrombegrenzung von 20mA und einige haben einen Eingangsstrom von 100nA.
Die Kondensatoren sollen bipolar sein, Elektrolyt ist zum Glück meistens nicht erforderlich. Bei Kondensatoren unter 100pF sind Streukapazitäten mit zu beachten.
Ob die Schaltung mit den Minimalregeln gleich funktioniert weiß ich nicht, (ich habe auch die Bermerkung nicht verstanden, daß der Regler schon auf die Strecke abgestimmt ist).
Das Blocken (Stabilisieren) der Betriebsspannung ist natürlich noch wichtiger als bei Digitalschaltungen.
Manfred
Der Regelkreis muß aber schon auf die Zeitkonstante der Regelstrecke abgestimmt sein.
gehen wir mal davon aus , dass er es ist.
Angenommen der Regler soll eine Stellgröße u(t) im Bereich von 0...10V liefern ( das müsste der genormte Wert sein, wenn ich mich nicht irre).
Was sollte ich da am besten für OPVs, Kondensatoren etc. nehmen ?
Genau das habe ich auch schon mal gesucht und "keine" Antworten bekommen, jedenfalls keine mathematischen. Das einzige was mir empfohlen wurde waren "experimentelle" Verfahren zur Ermittlung der Zeitkonstanten. Die waren nach den Erfindern benannt, aber ich komm leider nicht mehr auf den Namen (Manf, weist du's?). Ich hab das Ganze damals durchsimuliert gehabt, als Regelung für ein Schaltnetzteil, aber nie gebaut. Irgendwann hab ich's geschafft das der Regler wenigstens einigermassen eingeschwungen ist ;-)
Aber mann müsste doch Potis so einbauen können, das der PID-Regler einigermassen einstellbar ist, oder? Hab ich noch nicht ausprobiert.
Gruß, Sonic
Gleylancer
28.07.2004, 08:32
In der Praxis wird die Verstärkung meist experimentell ermittelt. Für die meisten Probleme würde die Bemühung der Regelungstechnik mehr Zeit in Anspruch nehmen, als 10 mal am Knöpfchen zu drehen (und Ings. sind ja eh spielkinder :))
Du willst Mathematische Formeln??? Ich kann dir keine 2 Semester in 5 Minuten eintrichtern, ich könnte dir nur die entsprechende Formel ffür die Regler und den Frequenzgang geben.
Was mit Polkompensation, Bode Diagramm etc gemeint ist, ist zu langwierig dir das zu erklären.
...wenns generelle Grundlagen sein sollen, dann muss ich 120 Seiten (is kein Witz) scannen und die hier reinpacken.
Günter49
28.07.2004, 08:41
"Die waren nach den Erfindern benannt, aber ich komm leider nicht mehr auf den Namen"
Wahrscheinlich meinst du Ziegler und Nichols.
Und da wir mit den 120 Seiten von gley offensichtlich nicht rechnen können, hier ein kleiner Buchtipp:
P. Busch, Elementare Regelungstechnik, Vogel Verlag, ca. 30€
Günter
"Die waren nach den Erfindern benannt, aber ich komm leider nicht mehr auf den Namen"
Wahrscheinlich meinst du Ziegler und Nichols.
Und da wir mit den 120 Seiten von gley offensichtlich nicht rechnen können, hier ein kleiner Buchtipp:
P. Busch, Elementare Regelungstechnik, Vogel Verlag, ca. 30€
Günter
Genau die meine ich ;-) steht das nicht auch im Tietze/Schenk?
Gruß, Sonic
...
Du willst Mathematische Formeln??? Ich kann dir keine 2 Semester in 5 Minuten eintrichtern, ich könnte dir nur die entsprechende Formel ffür die Regler und den Frequenzgang geben.
Was mit Polkompensation, Bode Diagramm etc gemeint ist, ist zu langwierig dir das zu erklären.
Kein Problem, immer her damit. Mit den Begriffen kann ich schon was anfangen ;-)
...wenns generelle Grundlagen sein sollen, dann muss ich 120 Seiten (is kein Witz) scannen und die hier reinpacken.
Lieber nicht, wegen Urheberrecht...aber wo's steht könntest du sagen...am besten Internet bzw. Suchbegriffe...
Gruß, Sonic
Gleylancer
28.07.2004, 08:47
@ Sonic
Mach mal dein ICQ an, dann gibbet für dich auch Regeltech :)
Die Vorsicht mit dem Buch ist berechtigt, wir wollen ja nichts unerlaubtes tun, aber es wäre das erste Thema dieser Art zu dem nicht 10 Scripten im Netz hängen (zu meiner großen Freude zugänglich sind).
Manfred
http://www.google.de/search?q=bode+diagramm+Ziegler+und+Nichols&hl=de&lr=&ie=UTF-8&start=10&sa=N
http://www.ist.uni-stuttgart.de/education/courses/RTI/online/
http://www.automat.uni-essen.de/Lehre/Vorlesung/Regelungstechnik1DII
das ist noch recht ausführlich: http://hummel.langer.bei.t-online.de/regkz.doc
ich habe auch die Bermerkung nicht verstanden, daß der Regler schon auf die Strecke abgestimmt ist
Das soll heißen, das die Stecke und er Regler als Modell nachgebildet und simuliert wurden. Der Regler wurde dann so entworfen, das die größten Steckenzeitkonstanten kompensiert werden ( Entwurf im PN-Bild oder Bode-Diagramm ). Als wählbarer Parameter steht dann noch die Verstärkung Kr zu Verfügung ( Veränderbar durch Poti ), Mit dieser lässt sich dann noch die Einschwingzeit und Überschwingweite in Grenzen ändern.
Wenn es um allgemeine Regeln zur Realiserung elektronischer Schaltungen geht, kann man ja etwas sagen.
Ohne die Ergebnisse "im PN-Bild oder Bode Diagramm" ist es natürlich schwer die Dimensionierung anzugeben.
Wenn nun der Regler schon auf die Strecke abgestimmt ist, ist ja weiter nichts mehr zu tun. Darauf bezog sich das "nicht verstehen".
Ist es denn klar, wie die geforderten Zeitkonstanten in die Schaltung übertragen werden? Es gibt zwei Zeitkonstanten in der Schaltung...
Manfred
Ist es denn klar, wie die geforderten Zeitkonstanten in die Schaltung übertragen werden? Es gibt zwei Zeitkonstanten in der Schaltung...
Ja, ich hab hier ne Berechnung der Zeitkonstanten. Z.B. Kr=R6/R5 , Tn=R2*C2, Tv=R3*C3, T1=R4*C3 ( Bezeichnungen entsprechen nicht der obigen Schaltung und gelten für PIDT1 in additiver Form ). Wie geht man nun am besten vor, wenn man kongret die Werte für die Widerstände, Kondensatoren, OPVs raussuchen will ? ( Ich muß ja wissen , was ich dann kaufen muß )
P.S. Bsp. aus einer alten Aufgabe: Kr=100, Tn=0.5, Tv=0.05, T1=0.01
Auf was beziehen sich die Bezeichnungen z.B. R6?
Tn, Tv, T1 sind Zeitkonstanten die müßten doch eine Dimension haben. :?:
Wie lief das denn bei der alten Aufgabe?
Grundsätzlich Widerstände in die Nähe von 10KOhm -100kOhm und Kapazitäten unter 1uF.
Manfred
Daß beispielsweise ein Tiefpass mit einem 10kOhm Widerstand und einem Kondensator von 100nF eine Zeitkonstante von 1ms hat ist schon klar, oder?
Auf was beziehen sich die Bezeichnungen z.B. R6?
Bezieht sich auf ner Darstellung in einem Regelungstechnikhandbuch, kann ich momentan nicht zeigen, da ich keinen Scanner habe.
Tn, Tv, T1 sind Zeitkonstanten die müßten doch eine Dimension haben.
Dimension: s
Wie lief das denn bei der alten Aufgabe?
Bei der Aufgabe wurde das alles nur in Matlab/Simulink gemacht, also keine elektronische Schaltung aufgebaut.
Mich interessiert eben die Schaltung. Ich weiß zwar, wie ich die Regler entwerfe, aber eben nicht so richtig wie ich so einen Analogregler schaltungstechnisch baue.
(Das ist wie ein Ratespiel: )
Wenn R6/R5 = 100 ist wie groß sind dann R6 und R5.
R6=330kOhm, R5= 3,3kOhm
R2*C2=0,5s ; R2=1MOhm, C2=0,47uF
R3*C3=0,05s ; R3=100kOhm, C3=0,47uF
R4*C3=0,01s ; R4=22kOhm, C3=s.o.
Wenn man die Werte frei wählen kann. Man kann die Werte für die Widerstände auch bis ca. um den Faktor 10 verringern, man sieht dann aber daß die größeren Kondensatoren dann etwas größere Bauformen annehmen.
Die Werte stimmen nicht genau, aber es sind die gängigen Normreihenwerte die ohnehin eine Toleranz von 5% bei Widerständen und 10-20% bei Kondensatoren haben.
Manfred
Jo, hilft schonmal ein bischen weiter.
Als OPV habe ich so an uA741 oder LM 324 oder TL081 gedacht. Der 741 müsste es doch eigentlich tun, oder ?
Es fehlt ja dann noch eine Schaltung zur Bildung der Regeldifferenz ( hab ich vorliegen) und Eine, die mir meinen Sollwert vorgibt. Reicht bei letzterem ein Spannungsteiler ? oder eine Brückenschaltung ? Was is dann eigentlich günstig als Leistungstellglied, welches durch den Regler gesteuert wird, zu nehmen ? H-Brücke ?
So wie die Zeitkonstanten aussehen müßte es auch ein 741 tun.
Spannungsteiler sollte man grundsätzlich nur mit dem 10-fachen Widerstand belasten. Wenn es ein Brückensignal ist, muß man es natürlich noch auf 0 beziehen, (mit einem Differenzverstärker).
Die H-Brücke ist speziell für bidirektionalen Betrieb. Unidirektional vereinfacht sich die Schaltung.
Manfred
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