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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frequenzregelung LC Schwingkreis


Autor: Gammla N. (gammla)
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Hallo!
Ich stehe vor einem neuen Problem.
Ich habe einen LC Schwingkreis, den ich gerne regeln würde!

Der Schwingkreis ist mit einer Kapazitätsdiode aufgebaut. Die 
Kapazitätsdiode wird von mir über einen D/A Wandler im Bereich von 0 
-15V angesteuert.
Die Frequenzzählung des Schwingkreises übernimmt ebenfalls der 
Mikrocontroller.
Somit habe ich ja alle möglichkeiten der Regelung. Eigentlich habe ich 
gedacht, das ich den Schwingkreis mit einer PID Regelstrecke regel. Doch 
irgendwie kommen mir da jetzt sorgen, da die Kapazitätsdiode nicht 
linear arbeitet?!

Oder wie seht ihr das?
Welchen Regeltypen würdet ihr vorschlagen?

Gruß,

Stephan

Autor: ??? (Gast)
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Nichtlineare Regelung ist immer so eine Sache...
PID ist dafür nur begrenzt geeignet. Möchtest du die Frequenz auf eine 
feste Frequenz regeln, dann kannst du die Diode in diesem punkt 
linearisieren und so dann ganz normal mit PID dahinter. Bei kleinen 
Abweichungen klappt das ganz gut. Wenn grösser dann schlechter!

Allgemeine nichtlineare Regelung ist eine Wissenschaft für sich.

Autor: Gammla N. (gammla)
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Die Frequenz soll variabel einstellbar sein. Nehmen wir mal einen 
Einstellbereich von 0 bis 5 Mhz in 1kHz Schritten als Vorgabe.

Man müsste die Kapazitätsdiode also komplett linearisieren und auf 
dieser Linearität mit einer PID Regelung arbeiten.

Man könnte ja das C U Diagramm der Kapazitätsdiode als Funktion 
beschreiben und so eine Linearität erzeugen. Oder ist das Prinzip über 
einen Look Up Table die elegantere Variante?

Gruß,

Stephan

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
Wie stabiel soll denn die Freq. sein?
Wenn nicht zu hohe Anford. würde ich PI versuchen, wenn stabiel, was ist 
denn das jetzt P? oder I?, DA einfach hoch/runterfahren bis Soll=Ist.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: Olaf (Gast)
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> Doch
> irgendwie kommen mir da jetzt sorgen, da die Kapazitätsdiode nicht
> linear arbeitet?!

Und woher sollen wir das wissen wenn du es noch nichtmal fuer noetig 
haelst zu erzaehlen wie deine Diode heisst?

Und warum schausst du nicht einfach mal ins Datenblatt deiner Diode? Da 
wird bestimmt die notwendige Kennlinie abgedruckt sein.

Im uebrigen glaub ich nicht das die Regelung an sich besonders 
kompliziert ist. Schliesslich gibt es bergeweise ICs die das was du da 
machne willst bereits koennen.
Die Frage ist eher ist dein Microcontroller fuer das was du da machen 
willst schnell genug, oder ist es nicht vernuenftiger ein solches PLL 
ICs zu verwenden und einfach vom Controller deine Wunschfrequenz ueber 
SPI da reinzuschreiben...
Ich koennte mir naemlich vorstellen das die Regelung durch den 
Zeitversatz den dein Microcontroller bei der Frequenzmessung hat etwas 
aeh...interessanter wird. :-)

Ausserdem leben wir nicht mehr im Mittelalter, bei so niedrigen 
Frequenzen wie du sie erzeugen willst ist dein Leben mit einer DDS 
deutlich einfacher.

Olaf

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

du kannst keinen Schwingkreis mit einer C-Diode von 0 (geht sowieso 
nicht, also 1) bis 5MHz durchgängig abstimmen. Das ist ein 
Frequenzverhältnis von 1:5000, Deine Diode müßte also eine Änderung von 
1:25000000 haben.
Also z.B. von 10pF bis 250µF...

Such mal unter PLL und 4046 als Ansatz.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Gammla N. (gammla)
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Hallo Olaf!
Für dieses Thema tut die Kapazitätsdiode nichts zur sache. Fakt ist, du 
weißt, dass es um eine kapazitätsdiode geht und du weißt, dass sie nicht 
linear arbeitet.

Zitat:
"Doch irgendwie kommen mir da jetzt sorgen, da die Kapazitätsdiode nicht 
linear arbeitet?!"

Steht alles im ersten Beitrag von mir. Wozu willst du denn wissen, was 
es für eine kapazitätsdiode ist?! Willst du mir den look up table schon 
mal schreiben oder die funktion zur linearisierung berechnen?!
Noch abschließend zur linearität.... ich persönlich habe noch keine 
kapazitätsdiode gesehen, die in ihrem kompletten bereich linear 
arbeitet. du etwa? somit wäre die angabe der nichtlinearität sogar 
überflüssig gewesen.

mittelalter hin oder her. dds ist ja schön und gut, hat aber mit dem 
topic "Frequenzregelung LC Schwingkreis" nichts mehr zu tun.

Für den einregelvorgang, ist es eigentlich egal, wie lange er braucht. 
die frequenzmessung dauert ca. 200ms. ist das für einen PI Regler 
wirklich ein problem? Er regelt doch dann einfach nur langsamer....

gruß,

stephan

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
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Du könntest mittels OPV eine Spule synthetisieren und diese regeln... 
Dürfte glaub ich linear sein, damit auch ein wenig einfacher zum 
regeln...

Autor: Gammla N. (gammla)
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Hallo Michael!
Die Diode wird von einem d/a wandler angesteuert. der hat 12 bit. kann 
somit 4096 stufen einstellen.

die spulen sind auswechselbar, so das letztendlich ein frequenzpereich 
von 0 bis 50 Mhz erreicht wird. Somit müsste jede spule seperat 
abgeglichen werden. genau das wollte ich durch die regelung vermeiden, 
so dass unbekannte spulen kein problem darstellen.

gruß,

Stephan

Autor: Frank Schlaefendorf (Firma: HSCS) (linuxerr)
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die durchstimmbarheit eines lc-oszillators von 0..5mhz mit einer 
kapazitätsdiode ist doch sowieso illusion. bau mal einen schwingkreis 
auf der mit variabler kapazität und induktivität (nicht umschaltbar!!) 
sich von 0..5mhz durchstimmen lässt. das wäre wohl patentreif.

Autor: Gammla N. (gammla)
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hallo Frank!
0 Mhz sind vielleicht nicht ganz realistisch, da der Schwingkreis ja 
schwingt, sobald die spule gesteckt ist.

wieso ist das illusion? ich glaube wir reden aneinander vorbei.... das 
funktioniert soweit.

falls du dich auf den frequenzbereich von 0 bis 5 Mhz beziehst, muss ich 
dir recht geben!
der bereich von 0 bis 5 war einfach nur zur verdeutlichung angegeben. 
ein rein fiktiver wert.


gruß,

Stephan

Autor: Mandrake (Gast)
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Ich denke JÜrgen hat dir einen wertvollen Tip gegeben. Die Schaltung die 
er meint heißt Gyrator. Mit so einer OP-Schaltung kannst du aus einem 
Kondensator praktsich eine Spule machen und umgekehrt. Mit einigen 
Änderungen an der OP-Schaltung kannst du bestimmt die Simulierte 
Induktivität per Spannung ändern.

P.S.: Bei einem Regler kommt es auf Linearität eigentlich nicht immer 
an. Wichtiger ist, dass die Kennlinie der Regelstrecke proportional ist.
Beispiel: aktive Gleichrichter mit OPs (Dioden sind auch nicht linear 
aber proportional im Verhalten) ->funktioniert. Oder OP mit externem 
Leistungstransistor dahinter und rückgekoppelter Emitterspannung. Wird 
auch ausgeregelt trotz Nichtlinearität des Transistors.
Wenn würde ich erstmal einen PI-Regler nehmen da PID-Regler schneller zu 
eigenanregung tendieren.

Autor: Glibber (Gast)
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Uuuuu, Da is nun schon einen Menge Quatsch erzaehlt worden. Vergiss den 
Girator, der macht nie 5MHz. Synthetische Spulen sind gut fuer 
Niederfrequenz, wo man sonst ein Waegelchen fuer die Spule benoetigen 
wuerde.  Schon am unteren RF band geht da nichts mehr gescheites. Dies, 
weil die Opamps nicht mehr so ideal sind wie sie sein sollten. 
Durchstimmbare LC Oszillatoresn, sogenannte VCO machen ueblicherweise 
nur Oktavband, dies weil man's sonst nicht mehr filtern kann. Null ist 
sowieso nicht mehr bei einem Oszillator dabei. Also mit einer Varicap 
koennte man nun 2.5 - 5 MHz am stueck machen. Gut mit einer 
Weitbereichsvaricap, die 10:1 macht, koennte man auf 500k - 5MHz an 
einem Stueck gehen. Wenn man nu mehr moechte, so muss man mit 
Differenzfrequenzen arbeiten. Dh, man nimmt einen festen Oszillator zB 
50 MHz und subtrahiert davon ein VCO, der 45-50MHz macht, und schon hat 
man 0 bis 5MHz an einem Stueck, und dies mit kleinem Steuerbereich. Der 
Ansatz mit einem DAC und PI Regelung ueber einen Prozessor ist als 
Schulbeispiel moeglichwerweise interessant, die vernuenftigere Loesung 
wuerde allerdings mit einem PLL Chip arbeiten.

Autor: Glibber (Gast)
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Sorry fuer die Falschaussage. Eine Varicap bringt natuerlich nur die 
wuzel des Bereiches als Frequenzbereich, da die Frequenz Wurzel(LC) ist. 
Dh mit einem 10:1 Kapazitaetsbereich bekommt man nur einen Wurzel(10) 
frequenzbereich.

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