Regelung einer Strecke mit neg. diff. Widerstand

@  Mario Richter (mario001) Benutzerseite

>aufweist, und ich habe einen Standard-Buck-Regler an meinem Prozessor,
>auf dem eine PWM und ein PI-Regler laufen; Stellgröße ist somit die
>Spannung - das mag irgendwie nicht ;-)

Das ist der Fehler. Regle den Strom.

Hallo Falk,

danke für die schnelle Antwort! Das war oben etwas doof formuliert, ich 
hab intern natürlich einen STROMRegler laufen und versuche den Strom zu 
regeln - aber der Buck-Wandler stellt natürlich die SPANNUNG ein. Durch 
den negativen differentiellen Widerstand geht das aber vermutlich in die 
falsche Richtung ...

@  Mario Richter (mario001) Benutzerseite

>hab intern natürlich einen STROMRegler laufen und versuche den Strom zu
>regeln - aber der Buck-Wandler stellt natürlich die SPANNUNG ein.

Naja, hat dein Buck-Regler selber nochmal einen Regelkreis oder läuft 
der nur im Stellbetrieb? Ersteres geht wahrscheinlich schief.

Der Buck-Wandler hat keine eigene Intelligenz, sein Tastverhältnis wird 
über die PWM des Prozessors eingestellt, und die wiederum erhält ihren 
Wert aus dem Stromregler. Ist also nur ein einziger Regelkreis.

@  Mario Richter (mario001) Benutzerseite

>Wert aus dem Stromregler. Ist also nur ein einziger Regelkreis.

Naja, auch der kann falsch dimensioniert sein und dadurch schwingen, der 
negative Widerstand allein ist es nicht.

Mario Richter schrieb:
> sondern schwingt mit niedriger Frequenz (einige kHz).

Mario Richter schrieb:
> Der Buck-Wandler hat keine eigene Intelligenz, sein Tastverhältnis wird
> über die PWM des Prozessors eingestellt, und die wiederum erhält ihren
> Wert aus dem Stromregler.

Welche Frequenz hat denn die PWM? Hat die evt, die gleiche Frequenz wie 
deine 'Schwingung'?

@Falk: Du meinst, der Regler ist vielleicht einfach nur zu schnell?

Ich vermute das Problem hier: Strom zu hoch -> Regler macht zu -> 
Spannung wird kleiner (Buck-Wandler) -> Lampenstrom steigt ... Ich hab 
bereits versucht, die PWM-Frequenz zurückzunehmen, dann komm ich in den 
lückenden Betrieb -> Buck-Wandler hat höhere Ausgangsimpedanz -> 
zusammen mit Lampe ergibt sich positiver Widerstand. Hat minimal 
geholfen, war aber noch kein Durchbruch ...

@Udo: Nein, die Schwingung ist sehr langsam, die PWM arbeitet aktuell 
mit 100kHz. Ist also deutlich schneller.

@  Mario Richter (mario001) Benutzerseite

>@Falk: Du meinst, der Regler ist vielleicht einfach nur zu schnell?

Naja, die Fachleute würden sagen, er hat zuwenig Amplituden- und 
Phasenrand.
Probier es doch mal mit einer einfachen ohmschen Last, wahrscheinlich 
schwingt er dann immer noch.

>bereits versucht, die PWM-Frequenz zurückzunehmen, dann komm ich in den

Das ist nicht der Punkt, lass die mal wie sie ist. Entscheidend ist dein 
Regler. Einfach Strom-Ist Wert mit Soll vergleichen und auf die PWM 
geben ist ein reiner P-Regler, wahrscheinlich mit zuviel Verstärkung.

@Falk: Mit einer ohmschen Last (in etwa mit dem gleichen Widerstand wie 
die Lampe hat) arbeitet der Regler einwandfrei. Der differentielle 
Widerstand ist dabei natürlich ein ganz anderer, deswegen war das mein 
Ansatzpunkt ...

Den Regler hab ich im Moment als PI-Regler konfiguriert; aber ich werd 
mal versuchen, ihn langsamer zu machen oder ihn weniger häufig 
aufzurufen. Im Moment lass ich ihn alle 100µs regeln (d.h. jede 10. 
PWM-Periode).

@  Mario Richter (mario001) Benutzerseite

>@Falk: Mit einer ohmschen Last (in etwa mit dem gleichen Widerstand wie
>die Lampe hat) arbeitet der Regler einwandfrei.

Naja, wie hast du das geprüft? Hast du mal einen Sollwertsprung und 
Lastprung erzeugt? Dann sieht man, wie stabil dein Regler wirklich ist.

MFG
Falk

Hast du die Möglichkeit, ein BODE Diagramm von deiner Strecke zu 
ermitteln?
Eine Frequenzmessung würde natürlich der Realität am ehesten 
entsprechen.

Gruß

@Falk: Ja, zumindest einen Sollwertsprung hab ich mal draufgegeben, der 
Regler braucht dann ca. ne Millisekunde, bis er auf den neuen Wert 
hinregelt (-> das passt zu der Zeit der Periodendauer der Schwingungen). 
Einen Lastsprung müsst ich mir mal noch ansehen, guter Tipp!

@Klaus: Das ist leider sehr schwierig bis unmöglich, da in der Strecke 
die Lampe mit drinsteckt, und deren Charakteristik ist sehr komplex und 
abhängig von z.B. der Lampentemperatur ...

@  Mario Richter (mario001) Benutzerseite

>@Falk: Ja, zumindest einen Sollwertsprung hab ich mal draufgegeben, der
>Regler braucht dann ca. ne Millisekunde, bis er auf den neuen Wert

Und wie sieht das Signal dann aus? Viel Schwingen oder nur ne 
Bananenkurve?

@Dogbert: Ja, auch den Versuch hatte ich schon :-) Ich hab mal 4,7R in 
Reihe geschaltet und konnte dadurch die Amplitude des Schwingens 
deutlich verkleinern. (Größere Widerstände hab ich dann nicht mehr 
getestet - kann ja nicht der Sinn sein, da die Hälfte zu verheizen ...)

@Falk: Eher Banane :-) Überschwinger hatte ich keine.

Kannst du die nötige Auflösung für den Buck-Converter bereitstellen? 
Manchmal ist das auch ein wichtiger Punkt.

@Michael H.: Auflösung sollte reichen, ich verwende eine High-Resolution 
PWM.

@Dogbert: Danke, das ist ne gute Idee! Ich werd am Montag mal einen 
langsamen, reinen I-Regler einbauen und dann nochmal versuchen.

Danke euch allen für die Tips, ich sag Bescheid wie es ausgeht :-)

Hallo Mario

Oszillator mit Glimmlampe:
http://homepages.internet.lu/absolute3/tronic/oscnf.htm
Also parallel zur Lampe keinen Kondensator schalten!

Deine Softwareregelung regelt im ms-Bereich. Die Lampe kann aber 
möglicherweise mit bis zu 1 MHz schwingen. Falls Du dies ausregeln 
willst sollte die Regelung in Hardware realisiert werden.

Mit parallelgeschaltetem Kondensator gibt es immer eine Frequenz, ab 
welcher der negative Lampenwiderstand überwiegt. IMHO läßt sich dann das 
Schwingen durch Regelung von außen nur noch mit viel Mühe stoppen.

Eine weitere Möglichkeit wäre, die Lampe über einen größeren 
Vorwiderstand, als der negative Widerstand zu betreiben (Verluste!). In 
der Summe muß der Widerstand Null oder positiv sein.

Möglicherweise würde anstatt Vorwiderstand eine Vorschalt-Drossel 
funktionieren.

Gruß, Bernd

@  B e r n d W. (smiley46)

>Eine weitere Möglichkeit wäre, die Lampe über einen größeren
>Vorwiderstand, als der negative Widerstand zu betreiben (Verluste!).

Hat er probiert, funktioniert auch, ist aber Unsinnig, wegen der 
Verluste.

>Möglicherweise würde anstatt Vorwiderstand eine Vorschalt-Drossel
>funktionieren.

Er will ja gerade einen Schaltregler bauen, damit er keine 0815 Drossel 
braucht.

>> Eine weitere Möglichkeit wäre, die Lampe über einen größeren
>> Vorwiderstand, als der negative Widerstand zu betreiben (Verluste!).
> Hat er probiert, funktioniert auch, ist aber Unsinnig,
> wegen der Verluste.
Das hatte ich gelesen, er hat aber geschrieben, daß die Amplitude 
kleiner wurde. Das deutet nur darauf hin, daß möglicherweise die Tendenz 
richtig ist

>> Möglicherweise würde anstatt Vorwiderstand eine
>> Vorschalt-Drossel funktionieren.
> Er will ja gerade einen Schaltregler bauen,
> damit er keine 0815 Drossel braucht.
Meinst Du unter 0815 eine Neonröhren-Vorschaltdrossel? Mir schwebt da 
nichts im Henry-Bereich vor. Ein Schaltregler enthält schon eine 
Drossel. Eventuell muß man die einfach Faktor 10 größer dimensionieren.

Ein Schaltplan mit den aktuellen Bauteilwerten wäre hilfreich.

> Meinst Du unter 0815 eine Neonröhren-Vorschaltdrossel? Mir schwebt da
> nichts im Henry-Bereich vor. Ein Schaltregler enthält schon eine
> Drossel. Eventuell muß man die einfach Faktor 10 größer dimensionieren.

Eine Drossel (2mH) hatte ich ebenfalls schon mal in Reihe, brachte 
nichts außer mächtigen Strom-Peaks bei der Kommutierung :-) Eine 
Vergrößerung der Schaltreglerdrossel dürfte einen ähnlichen Effekt wie 
die Erhöhung der PWM-Frequenz haben (Konverter arbeitet tiefer im 
lückenden Bereich) - stand auch schon auf meiner "Mal probieren"-Liste 
;-)

> Ein Schaltplan mit den aktuellen Bauteilwerten wäre hilfreich.

Kann/darf ich leider nicht so ohne Weiteres posten ... Grober Aufbau: 
Ich hab einen 400V-Zwischenkreis (vom PFC), dann Standard-Buck-Konverter 
mit einer 510µH-Drossel und einem 330nF-Speicher-C, anschließend eine 
weitere 510µH-Drossel, die den Strom noch etwas glätten soll (war 
testweise schon überbrückt), dann eine Vollbrücke, und in der Brücke 
hängt die Lampe in Reihe mit dem Zündtrafo (auch der wurde testweise 
schon entfernt).

Ich glaube mittlerweile schon, dass das Problem am Regler liegt (oder 
ich mache etwas anderes grundsätzlich falsch) ...

Hallo zusammen,

habe heute weitere Versuche unternommen, leider ohne Erfolg ... Langsam 
gehen mir die Ideen und Ansatzpunkte aus.

Also, ich habe den Regler als reinen I-Regler aufgebaut, zunächst alles 
wie gehabt, dann hab ich die Regelverstärkung runtergefahren, mit der 
Folge dass das Pumpen oder Schwingen der Lampe langsamer wurde. Hab mich 
dann getraut, die Verstärkung komplett auf 0 zu setzen (Regler ganz 
aus), siehe da die Lampe pumpt immer noch, jetzt halt nur noch im 
Sekundenrhythmus. Also wird das wohl kein Problem des Regler sein!

Dann nochmal testweise 15 Ohm in Serie zur Lampe. Das Pumpen 
verschwindet, jedoch ist der Strom dann immer noch nicht sauber 
rechteckförmig, sondern steigt in jeder Halbwelle leicht an.

Ich glaube ich habe ein grundsätzliches Problem, nur: Wo soll ich jetzt 
noch ansetzen? Habt ihr einen Tipp?

Ist dein Problem noch aktuell?

> ist immer aktuell

das bezog sich eigentlich auf den Thread und nicht auf die allg. 
Regelungstechnik.

> mit ner Drossel vor der Lampe zu arbeiten, damit man den
> negativen Widerstand der Lampe durch eine positive Impedanz ausgleicht.

Positive Impedanz. Das ist eine wenig einfach formuliert, da ja komplex.

Ich wollte die Diskussion in die Richtung 
Oszillator-Phasendurchgangsrichtung beleben. Es gibt ja S- und 
N-Kennlinie und beide haben einen neg. diff. Widerstand, aber in der 
Großsignalaussteuerung komplementäre Leitwerte. Ich hätte auch den 
Stromquellenmodus für die Lampe vorgeschlagen, denn die Drossel ergänzt 
zur Spannungsquelle die Eigenschaften der Spule und damit die 
Unwilligkeit zur schnellen Stromänderung. = für hohe Frequenzen -> 
Stromquelle

Man könnte ja auch mal in einer Beamer hineingucken, also nicht in den 
Lichtstrahl, sondern in das Netzteil.

PS,OT: Mit dem Greifswalder Plasmainstitut (Name geändert) hatten wir 
mal Untersuchungen zur (elektrodenlosen) Mikrowellenanregung an den 
HCI-Lampen im 20 Wattbereich. War schon recht nett. Aber wie Überall 
auch, werden die Plasmalichtaktivitäten zugunsten der LED 
zurückgefahren.

Hallo zusammen,

ich konnte das Problem inzwischen lösen. Es lag nicht am Regler selbst, 
sondern an der Dimensionierung des Abwärtswandlers. Mit meiner gewählten 
PWM-Frequenz von 100kHz war ich im nicht-lückenden Betrieb, hatte also 
eine sehr geringe Ausgangsimpedanz des Wandlers. Das hat mit der steilen 
Kennlinie der Lampe wohl nicht zusammengepasst ...

Ich passe jetzt die PWM-Frequenz dynamisch an, indem ich mir die 
Grenzfrequenz für lückenden/nicht-lückenden Betrieb ausrechne, und diese 
dann mit etwas Sicherheitsabstand einstelle (begrenzt auf den Bereich 
50..100kHz). Das sieht jetzt ganz ordentlich aus.

@W.S./Silvio K.: Das EVG wird als Stromquelle betrieben, soweit man das 
von einem Abwärtswandler eben sagen kann :-) Eine Drossel ist auch 
bereits in Reihe zur Lampe, trotzdem hatte ich die Probleme.

Gruß, Mario