Frequenzregelung

Dieses Thema im Forum "Steuerungs- und Regelungstechnik, SPS" wurde erstellt von Chandler12, 5 Feb. 2013.

  1. Hallo,
    weiss einer, wie ich eine Frequenz regeln kann? Habe soetwas noch nie gemacht. Am besten wäre es wenn es mit dem Programm Winfact-Boris gemacht werden würde. Folgende Situation. Ich habe eine Heizung, die nur binär geschaltet werden kann. So besitzt sie eine Leistung von 1000Watt. JEtzt kann ich aber ein PWM davorsetzen und somit die Leistung quasi heruntersetzen. Jetzt möchte ich aber, dass die Frequenz irgendwie geregelt werden kann. Habe allerdings, wie oben schon erwähnt, keine Ahnung wie ich das machen muss. HAbe auch schon im Internet gesucht, jedoch nohc nichts brauchbares gefunden.
    Es muss mir nicht unbedingt erklärt werden, wie es funktioniert (Wenn es gemacht wird umso schöner), mir würde aber auch schon reichen, wenn Jemand weiss, wo ich das nachlesen kann, wie sowas gemacht werden kann.
     
  2. AW: Frequenzregelung

    Welche Freqeunz möchtest du denn Regeln, die von der PWM?
     
  3. AW: Frequenzregelung

    Wozu solltest du die Frequenz des Stromes durch deine Heizung ändern wollen?
    ... um deren Summen melodisch passend abzustimmen??? :)
     
  4. AW: Frequenzregelung

    Nun ja, ich habe es mir so gedacht, dass die Heizung durch die PWM quasi analog geregelt werden kann. so habe ich gedacht, dass z.B. bei einer einfachen Regelung (sagen wa mal P-Regler mit K=300Watt/°C) habe ich am anfang eine temperatur von 20°C und möchte auf 40°C, dann läuft die Heizung am anfang komplett durch und je näher sie an den 40°C kommt, wird die Einschaltdauer kürzer, sodass sich auch da dann nach gewisser zeit ein nahezu statischer zustand einstellt.
     
  5. AW: Frequenzregelung

    Genau das tut eine PWM,
    aber die Frequenz ist durch die Programmierung vorgegeben
    und ändert sich in der Regel nicht!
     
  6. AW: Frequenzregelung

    Oder so, dann war es von mir falsch ausgedrückt. aber wie kann ich denn diese PWM regeln? also bei Winfact gibt es einen Block, da kann ihc aber nur die Periodendauer (nehme ich immer eine sekunde) und die Pulsbreite (Diese möchte ich ändern) eingeben. Für die Pulsbreite kann ihc einen wert eingeben, aber der wird dann ja nicht geändert. Das sollte dann meine Regelung machen.

    Es ist richtig, ich möchte nicht die Frequenz ändern, sondern die Pulsweite.
     
  7. AW: Frequenzregelung

    Es gibt im Prinzip vier Möglichkeiten so was zu machen:
    Pulsweitenmodulation (PWM),
    Pulsamplitudenmodulation (PAM),
    Pulsfrequenzmodulation (PFM),
    Pulsphasenmodulation (PPM)

    Da du eine PWM hast, würde ich die auch benutzen..

    Dabei ist die Frequenz fest (gibt natürlich auch tricksytricks Methoden wo sie variiert werden um Normen zu umgehen (was aber bei dir unwichtig ist))

    Du kannst einfach einen Sollwert-Dreickvergleich machen. Also immer wenn das Dreiecksignal kleiner als die Stellgröße ist: setze PWM=1, sonst PWM=0

    Für den Sollwert-Dreieckvergleich gibt es links-, rechtsbündige und symmetrische Abtastung (Unterschied liegt im Dreiecksignal: peak rechts oder peakt links oder peak in der Mitte). Bei einer Heizung kannst du dir eigentlich irgendwas aussuchen, da sollte es keine Unterschiede geben.
     
  8. AW: Frequenzregelung

    Habe die Regelung darüber jetzt hinbekommen (War ja im endeffekt doch einfacher als gedacht. Hatte vorher aber nohc nie mit sowas zu tun gehabt und war daher nicht ganz so schlau).
    eine weiter frage beträfe jetzt der Regelung. Ich habe (zunächst nur den Führungsfall berücksichtigt) einen PI-Regler gewählt. Die Reglereinstellwerte habe ich nach Ziegler und Nichols gemacht. Ich habe folgende Parameter
    K_strecke = 0,37
    T1=6300
    T2=60
    damit komme ihc auf
    Tu=2000
    Tg=40
    damit komme ich auf die Reglerwerte
    Kr~120
    Tn~130
    Es regelt sich ein, allerdings gibt es einen überschwinger. Ich möchte aber, wenn möglich keinen überschwinger haben, gibt es einen Trick, wie ich den wegbekomme? habe auch schon mein Tn herabgesetzt, aber ich bekomme es nicht weg. Nur wenn ich einen einfachen P-Regler benutze, verschwindet es. Dann habe ihc aber eine Regelabweichung, welche ihc ja eigentlich auch nicht haben möchte.
     
  9. AW: Frequenzregelung

    Wenn ich so ins blaue Rate, dann entweder die Verstärkung von Ki verringern oder wie du schon sagtest Ki gleich null setzen. Musst mal etwas Rumspielen.

    Ein Heizungsmodell hatte ich hier mal auf einfachste weisse gebastelt:
    http://www.techniker-forum.de/steue...eibende-regeldifferenzen-berechnen-81233.html

    Um eine bessere Aussage/Regelung treffen zu können bräuchte ich schon ein Modell der Strecke.
     
  10. AW: Frequenzregelung

    Edit:
    Wenn du es nicht mit der Senkung von Ki schaffst beides zu erhalten, dann musst du ein Kompromiss zwischen Überschwingen und Einregelzeit finden. ,,Spezial"-Regelstrukturen finde ich allgemein bei Heizungen zu übertrieben, aber es kommt halt auch immer darauf an wie wichtig und machbar es ist.

    (konnte den alten Beitrag nicht bearbeiten, 10 min Frist; Und den Admin zu kontaktieren fand ich zu aufwändig)
     
  11. AW: Frequenzregelung

    Ja, sowas habe ich mir schono gedacht und auch vorerst so in angriff genommen.
    besten dank für eure antworten
     
  12. AW: Frequenzregelung

    Hallo Chandler12,

    ich gehe davon aus, dass Du bislang noch kein zufriedenstellendes Ergebnis gefunden hast – wenn doch, kannst Du das Folgende gerne ignorieren.


    1. @Derek25, das Modell ist doch vorhanden: F(s) = Ks / (T1*T2 s^2 + (T1+T2)s + 1) = 0.37 / (378000 s^2 + 6360s + 1)
    2. Was ist denn schon eine „Spezial-Struktur“? Meine Erfahrung ist, Beschränkung auf PI Regler für eine derartige Strecke (wie in 1. angegeben) erlaubt nur langsame Regelkreisdynamik.
      Und ein bisschen mehr an Regelung „spendieren“ hilft Energie einsparen (ist ja grad bei steigenden Energiepreisen nicht ganz unwichtig)
    3. Wie schnell soll denn Deine Regelung laufen? --> Wie schnell die Störung? Wie schnell die Führung? (1 Sekunde, 10 oder 1000 Sekunden?) Ein Kompromiss wie Derek25 andeutet ist nicht nötig – erfordert aber ggf. ein bisschen mehr an Regelung zu spendieren.
    4. In Deinem Thread vom 07.02. hast Du das Streckenmodell (siehe 1.) angegeben. Welches maximale und minimale Eingangssignal sind hierbei möglich? (+/-1, +/-10, +/-1000?)

    Zur Verbesserung der Führung würde ich ein Sollwertfilter einsetzen. Vorteil: Kein Überschwingen, wenn gut eingestellt und der Regler kann sich auf Störungen konzentrieren.
    D.h.: Du müsstest einen Regler und ein Sollwertfilter auslegen – das ist aber bei weitem nicht „Spezial“-Regelung

    Wie viel Aufwand Du betreiben willst um die Qualität zu verbessern, bleibt Dir überlassen, bzw. wird durch deine Aufgabe definiert.

    Meine Aufgaben sind i.d.R. in meinem Beruf zu finden, d.h. ich muss den Weg mit dem geringstem Widerstand zum Ziel gehen - habe aber zumindest ein Budget zur Verfügung.
    Mit diesem Budget lasse ich mir die Regler und Sollwertfilter die ich brauche von einer anderen Umgebung als WinFact errechnen (!) (wenige hundert Euro).

    Eins steht jedenfalls fest: Ziegler / Nichols ist aus dem letzten Jahrtausend als noch niemand wusste was ein PC, ein µController oder das Internet ist. Da gibt es definitiv bessere Alternativen.
    Daher lass mal wissen, ob Du an dieser Vorgehensweise interessiert bist, dann würde ich weiterschreiben.

    Grüße, fetzer
     
  13. AW: Frequenzregelung

    Dann schieß mal los
     
  14. AW: Frequenzregelung

    Die Ergebnisse, die hier mit Ziegler/Nichols erzielt wurden, sind denkbar schlecht.

    Ich habe mal versucht rauszubekommen, warum das so ist (Annahme: die von Chandler12 geposteten Zahlen sind richtig: K_strecke = 0.37 T1=6300 T2=60; TuTg-Approximation: Tu=2000 Tg=40).

    Ergebnis: kein Wunder. Wenn man sich die Dynamik des PT2-"Original"modells als Sprungantwort ansieht und diese mit der Sprungantwort der TuTg-Approximation (die dem Ziegler/Nicholsverfahren zugrunde liegt) vergleicht, muss man feststellen, dass die beiden - bis auf die Verstärkung (->gleicher Endwert) - nichts miteinander zu tun haben. Konsequenz: kein Wunder, dass das Ziegler/Nichols-Ergebnis so schlecht ist. Denn es gilt sicherlich: ist das Modell, das einem Verfahren zugrunde liegt, falsch oder hat es schlechte Qualität, wird man mit dem damit bestimmten Regler nicht das gewünschte Ergebnis erzielen.

    Vielleicht kann hier mal jemand sagen, bei welchen Anwendungen das Ziegler/Nicholsverfahren (ohne "Nachjustieren" der Parameter) gute Ergebnisse geliefert hat.
     
  15. AW: Frequenzregelung

    Ziegler ist halt eine Methode mittels ausprobieren, ist halt einfach und man muss nicht unbedingt das System kennen.

    Eine klassische Auslegung ist zwar immer überlegen, man hat aber DAS große Problem ein geeignetes Modell zu finden.... Und wenn es nicht schafft muss man sich halt behelfen
    Also wenns geht klassisch!, wenn nicht, dann am Regler rumspielen bis er geht… je nach Zeit und Aufwand…
     
  16. AW: Frequenzregelung

    Es hat sich hier ja während meiner kurzen Abwesenheit schon einiges getan.

    Nachfolgend meine Kommentare:
    1. Ich schieße gerne los. Chandler sollte jedoch vorher noch die Daten aus meinem vorigen Beitrag (Punkt 3 und 4) liefern
    2. Diana hat ja schon festgestellt, dass nur gute Modelle zur Reglerauslegung herangezogen werden sollten. Es gilt eben doch: garbage in = garbage out
    3. Anwendbarkeit von Ziegler / Nichols: Auch Ziegler Nichols ist ein modellbasierter Ansatz,
    denn man bildet ein Modell auf Basis der Sprungantwort --> F(s) = (Ks / 1 + sTg) * exp(-sTu)
    (= Tu / Tg Approximation, siehe: http://de.wikipedia.org/wiki/Faustformelverfahren_(Automatisierungstechnik))
    Aus 2. folgt: Modellqualität muss gut sein, sonst muss man durch Probieren die mangelnde Modellqualität kompensieren.
    Initial ist deshalb zu prüfen, ob die dem Verfahren zugrundeliegende Modellstruktur für die konkrete Anwendung ausreichend ist (z.B. Schwingungen lassen sich damit nicht abbilden).
    Im Wiki kann man ja uch nachlesen, dass die Identifiaktion bei den dort genannten Verfahren auch rechnergestützt ablaufen kann.

    Damit frag ich mich:
    A) Wenn ich schon eine Sprungantwort habe und
    B) Wenn ich einen Rechner, und damit Zugang zu Software habe...
    --> Warum bilde ich dann nicht gleich richtg gute Modelle, sondern begnüge mich mit einem Modell schlechter Qualität??
    Da bleibe ich lieber bei MiC in der Premium Version, da ich das Konzept einfach zeitgemäß finde --> www.data2model.com
    i) ich kann mir damit beliebig viele Modelle in bester Qualität automatisch errechnen lassen
    ii) ich kann diese Modelle darin weiter nutzen, um mir auch gleich Regler automatisch errechnen zu lassen und
    iii) ich kann das Ganze gleich durchzusimulieren

    Ich zahle nur für Regler, die zu meinem System passen (d.h. wenn der Simulationslauf mit dem Regler zufriedenstellende Ergebnisse liefert) --> Keine Katze im Sack, Budget- und damit Chef-freundlich.

    Das ist zumindest für mich DIE Lösung für "DAS große Problem".

    Und richtig "losschießen" kann ich, wenn Chandler die Daten liefert.

    Grüße,
    Fetzer80
     
  17. AW: Frequenzregelung

    Dann mach solange:
    - kein Überschwingen
    - Einregelzeit (2%): 1 Sekunde
    - Stellgrößen Beschränkung: 1 (weil mehr als 100 % Heizung geht ja nicht)
    - Robust

    Bitte mit Weg, will mir ja ein paar Tricks abschauen und etwas lernen

    Bekommst du Geld für die Werbung?
     
  18. AW: Frequenzregelung

    Jetzt wird´s spannend...

    - kein Überschwingen --> wäre in der Tat gut
    - Einregelzeit (2%): 1 Sekunde --> woher weißt Du, dass das System physikalisch und der Rechner leistungsmäßig überhaupt in der Lage dazu sind??? Wir sprechen hier von einer Heizung... Übrigens: Was sind die 100%?
    - Stellgrößen Beschränkung: 1 (weil mehr als 100 % Heizung geht ja nicht) --> woher kennst Du die Normierung??? Die kennt wohl nur Chandler
    - Robust --> wäre auch gut

    Annahme, das Modell F(s) = Ks / (T1*T2 s^2 + (T1+T2)s + 1) = 0.37 / (378000 s^2 + 6360s + 1) ist korrekt.

    Die Kombination Deiner Anforderungen ist nicht sinnvoll, da die Heizung die gewünschte Einregelzeit mit der gewünschten Stellsignalbrenzung niemals schaffen kann.
    Dafür wäre eine Reglerverstärkung in der Größenordnung 40 Mio. und eine Abtastzeit von 20ms nötig. Hast Du Dir das Modell überhaupt mal genauer angeschaut?
    Um zu einem sinnvollen Ergebnis zu kommen, habe ich die Anforderungen abgeändert:

    - Sollwert-Einregelzeit: 480s
    - Störausregelzeit: 600s
    - Begrenzung: 10

    Ergebnis:
    Regler: PID-T1 mit Kp = 287, TN = 243.7, Tv = 27.73, T1 = 23
    Sollwertfilter (P-T1): V = 1, T1 = 200
    Abtastzeit: 10s oder kleiner


    Du Kannst das Verhalten gerne simulieren in:
    - MATLAB $$$ ka-ching $$$
    - Simulink $$$ ka-ching $$$
    - LabVIEW $$$ ka-ching $$$
    - WinFact $$$ ka-ching $$$
    - MiC $$$ ka-ching $$$
    - und viele mehr, die man hier "bewerben" könnte


    Wäre ganz nett, wenn sich jetzt Chandler wieder melden würde.
     
  19. AW: Frequenzregelung

    Deine Angebote waren sehr verlockend, da musst ich zuschlagen...
    ,,Ein Kompromiss wie Derek25 andeutet ist nicht nötig – erfordert aber ggf. ein bisschen mehr an Regelung zu spendieren... vorgeschlagene Werte..."
    Ist ja klar, dass es nie gehen würde…

    Aber gut, ich habe noch ein paar Fragen:
    1) Die Aussage ,,Und ein bisschen mehr an Regelung „spendieren“ hilft Energie einsparen" verstehe ich nicht, könntest du mir das hier noch einmal erklären?

    2) ,,Um zu einem sinnvollen Ergebnis zu kommen, habe ich die Anforderungen abgeändert: ....Begrenzung: 10". Ich habe es mal simuliert, meine Stellgröße springt auf über 80... (siehe Anhang)

    3) warum hast du ein D-Glied reingemacht? Wenn jemand mal kurz das Fenster öffnet springt die Stellgröße extrem, hier auf 120++ (Störung von -0.2 bei 800) (siehe Anhang)

    4) Wie hast du den Sollwertfilter ausgelegt? Den könnte man vielleicht ab und an benutzen.

    5) Wie/wonach hast du den PID-Regler ausgelegt

    Das LTI-System3 kann man vernachlässigen, ist nur eine Vorsteuerung. (Ach und 2.7027 (100%) ist dann natürlich die maximale Stellgröße)
    Hoffe die Bezeichnung eines PIDT1-Glied von http://mkdoc.de(hierFehlerWegenLink)/wiki/PIDT1-Glied ist gleich wie bei dir.
     

    Anhänge:

  20. AW: Frequenzregelung

    Hallo Derek,

    @1: Dies ist ein längeres Thema, hier nur einige Punkte in Kürze: Der von mir ausgelegte Regler arbeitet (für ein Heizsystem) schnell, sorgt für keine Überschwinger usw. Sobald Schwingungen und/oder langsames Einregeln auftritt, ist mit deutlich mehr Energieverbrauch zu rechnen oder aber mit zu kurzen Einschaltzeiten, was beim Einsatz von fossilen Energien zu mehr CO usw führt.
    @2: Begrenzung: ich kann in Deinem Simulink-Modell nicht erkennen, wo da eine Begrenzung (mit Windup-Protection) eingebaut ist. Die Reglerauslegung besteht ja nicht darin, Werte über einem bestimmten Limit gar nicht mehr zuzulassen, sondern einen Regler zu finden, der eine Dynamik erzeugt, die auch bei begrenztem Stellsignal noch sinnvoll ist.
    Ausserdem verstehe ich nicht, aus welcher Angabe hervorgeht, dass 1 die Begrenzung ist. Das angegebene PT2 kann mit einer Spannung von 10V, 24V oder Sonstigem angesteuert worden sein. Ich weiss das nicht, daher meine Frage an Chandler. Übrigens bei meiner 10 ist mir eine Null "entfallen", es sollte 100 (in Anlehnung an 100%) sein.
    @3: D-Anteil ist drin, um gute und schnelle Übergangsdynamik sowohl bei Sollwert-Änderungen als auch bei Störungen zu bekommen.
    @4: Ausgelegtes/parametriertes Sollwertfilter kommt bei MiC einfach mit den anderen Reglerparametern mit.
    @5: Hab ich bereits geschrieben. Vorgabe/Wunsch bei meiner Auslegung war: Sollwert-Einregelzeit: 480s, Störausregelzeit: 600s, bewusst um Geschwindigkeit in den Regelkreis zu bekommen. Weitere Kriterien werden ja nicht benötigt. Wenn andere Zeiten gewünscht werden, dann eben anders. Von Chandler gibt es ja keine Informationen dazu.

    Vielleicht noch eiine Anmerkung zu Chandler: Wenn er hier noch einmal reinschauen würde, hätte er durch diese Diskussion interessante Infos zum Thema Regelungstechnik bekommen. Schade eigentlich...

    @ Derek: Wenn Du dem nichts mehr hinzuzufügen hast, kann dieser Thread doch als beendet betrachtet werden, oder?

    Auf bald zu einer neuen Diskussion ;)
     

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