Fortsetzung:
Der D-Anteil bewirkt ein Vorhalten der Ansteuerung um die Verzögerung in der Regelstrecke auszugleichen. In unserem Fall kennen wir die Zeitkonstante des Antriebs und können dem Regler genau sagen wie er vorhalten muss. Das Vorhalten hat allerdings Grenzen, denn sonst bräuchte man unbegrenzt Power.
Jetzt optimieren wir nochmal den Regler, indem der P-Anteil um den Faktor 3 erhöht wird. Das ist für die Stabilität kein Problem, da genügend Phasenreserve im vorigen Beispiel war. Sehen wir uns dazu die Sprungantwort an (grüne Kurve V(s) im Bild "unbegrenzt.gif"). Das Einschwingen hat sich nochmal um den Faktor 3 verbessert. Achtung, die Zeitskala ist jetzt 0.5s anstatt 2s wie im vorigen Beitrag. Die Optimierung nach dem Bodediagramm könnte man noch weiter ausreizen, aber wie schon angesprochen sind uns da von anderen Seiten her Grenzen gesetzt. Das sieht man in den darüber angeordneten Kurven. Die rote Kurve V(v) bedeutet die Geschwindigkeit und die violette Kurve V(m) die Ansteuerspannung. Man sieht, für diese Beschleunigung bräuchte man kurzzeitig 100V als Ansteuerspannung für den Motor. Die haben wir leider nicht.
Aber wie sieht es in der Realität aus, wenn die Ansteuerung die Befehle des Reglers, auf das was möglich ist, begrenzt. Im Bild "begrenzt.gif" sieht man das Dilemma, das flotte Einschwingen ist wie eine Seifeblase zerplatzt. Und es kommt noch dicker! Wenn man beim Asuro nur die PWM-Ansteuerung für die Regelung verwendet, dann ist der Asuro beim Herunterregeln der Geschwindigkeit im Freilauf. Das liegt an der Ansteuerschaltung. Die Auswirkung ist in Bild "Freilauf.gif" zu sehen. Der Freilauf ist an der abfallenden Spannung (violett) im Bereich 70ms bis 240ms zu sehen. Zu dem Zeitpunkt ist die Ansteuerung hochohmig und es ist die Gegen-EMK des Motors zu sehen. In dem Bereich wird der Asuro nur durch die Reibung gebremst. Die Bremsphase ist dadurch sehr viel länger geworden.
Wie man sieht, ist so eine Dimensionierung eines Reglers noch von Randbedingungen abhängig. Man kann nicht alles mit einer Regelung kompensieren bzw. verbessern. Irgendwo sind durch die Mechanik und Elektronik die Grenzen gesetzt. Um weitere Verbesserungen zu erzielen, muss dort angesetzt werden. Glücklicherweise wird durch den D-Anteil bei Korrekturen immer voll ausgesteuert, so dass man beim Asuro zum Bremsen "BREAK" verwenden kann. Das macht allerdings die Ausführung des Reglers im Programm etwas komplizierter. Notfalls kann auch noch Rückwärts mit einbezogen werden, aber ob das sinnvoll ist, müssen erst noch Praxistests zeigen.
Tipp an Regelschleifenbauer anderer Projekte, womöglich lesen welche mit. Diese Erkenntnisse gelten auch für andere Positions- oder Lageregelungen, wie z.B. beim Quattrocopter. Die Ansteuerung der Motoren sollte für eine effektive Regelung mit genügend Reserven ausgestattet sein und aktiv bremsen können. Desweiteren ist auf eine sorgfältige Auswahl der Motoren bezüglich des Trägheitsmoments zu achten. Man sollte sich genau überlegen, ob ein Brushless Aussenläufer die richtige Wahl ist. In der Hinsicht sind bestimmt Glockenankermotoren die beste Wahl.
Im nächsten Beitrag wird eine vorläufige Parametrierung des Reglers festgelegt und dann geht es an die Umsetzung in Code.
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