Hi,
ich hätte mal eine Anfängerfrage zu einem PID-Regelkreis (erst mal egal
ob der wirklich diskret aufgebaut oder mittels einer Software in einem
DSP implementiert ist):
Angeommen, ich habe einen Lautsprecher, der ein Feedbacksignal liefert,
d.h. ich kann zu jedem Zeitpunkt feststellen, wie stark dessen Membran
wirklich ausgelenkt ist. Dann könnte ich diesen ja prinzipiell mit einem
PID-Regelkreis betreiben, um eine möglichst wirklichkeitsnahe Wiedergabe
zu erhalten, sprich dass die Trägheit der Lautsprechermembran
ausgeglichen wird.
Weiterhin angenommen, die Maximalauslenkung dieses Lautsprechers ist bei
+3V bzw. -3V Eingangsspannung erreicht (und die Spulen sind ausreichen
dimensioniert, so dass diese für meine folgende Frage keine Rolle
spielen).
Wenn der Lautsprecher jetzt einen Sprung zu einer bestimmten Auslenkung
ausführen soll, so dauert das ja eine gewisse Zeit, in der sich die
Membran dort hin bewegt und in der die Sollposition ungleich der
Istposition ist.
Meine Frage: kann ich einen Regelkreis so dimensionieren, dass er für
die Dauer des Weges zur Istposition eine höhere Spannung (z.B. 40 V) an
die Spule anlegt, diese aber mit Annäherung der Soll- and die
Istposition auf die entsprechende Spannung herunterregelt? Also dass der
Regelkreis nicht nur mit den maximal +-3V arbeitet, sondern so lange die
Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer deutlich höheren
Spannung und Leistung arbeitet?
Danke!
Gerd schrieb:> ...sondern so lange die Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer> deutlich höheren Spannung und Leistung arbeitet?
Der D-Anteil macht genau das.
Rumms kaputt schrieb:> Deine Vorstellungen sind falsch!
Vielen Dank für deine umfangreichen und ausführlichen Ausführungen.
Jetzt weiß jeder Bescheid ;-)
Das ist ja der Sinn und Zweck eine PID Reglers.
Aber bedenke das die maximale Frequenz der Regelung nicht über der vom
Chassis liegen sollte wo die Membran noch keine Partialverzerrungen
erzeugt, dann wäre der Vorteil der Regelung für die Katz weil diese
Verzerrungen nicht kontrolliert werden könnten.
Wenn Du die Trennfrequenz aber tief genug ansetzt hast Du noch Raum nach
oben für die Regelung.
Bei 40V würde ein krasse Beschleunigung wirken und bei Annäherung an die
Sollposition wäre die Membran schnell was entsdprechende Bremskräfte
nötig macht => PID Regler.
Achte auf die maximal Leistung des Chassis.
Moin,
Ist genauso, wie wenn du Nudeln kochen willst: Du stellst das
Nudelwasser auf den Herd und gibst Vollgas. Wenns dann kocht, Nudeln
rein und den Herd auf deutlich kleiner stellen, sonst gibts Sauerei.
Denn du willst ja moeglichst schnell Nudeln essen, also sollte das
Wasser idealerweise in einer Art Sprungfunktion von Wasserhahntemperatur
auf 100°C sein.
Genauso laeufts bei deinem Lautsprecher. Nur sollte der eben die hoehere
Leistung vertragen. So wie deine Herdplatte prinzipiell dafuer gebaut
ist, mit maximaler Leistung zu laufen.
Verbaselst du deinen Herdanschluss, und die Platte haengt zwischen 2
Phasen, dann koennte es zwar sein, dass dein Nudelwasser noch schneller
kocht, aber koennte auch gut sein, dass deine Herdplatte einfach an
Ueberlastung stirbt.
Das sollte bei Nudelwasserkochplatten und Lautsprechern vermieden
werden.
Gruss
WK
Solche Ansätze mit einer Regelung der Membramauslenkung gab es schon vor
langer Zeit, d.h. in der 1970er Jahren, aber sie haben sich in den
meisten Fällen als nicht vorteilhaft erwiesen. Alle paar Jahre holt zwar
irgendjemand dieses Thema wieder aus der Schublade, aber das war es dann
auch.
Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt
sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene
Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die
Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher
zwei gegensätzliche Anätze:
1. maximale Steifheit der Membran
2. maximale Schwingungsdämpfung
Die Lösung 1. sieht einfach aus, hat aber den Nachteil, dass es zur
Ausbildung von Resonanzen kommen kann. Ein Weinglas klingt beim Anstoßen
ja auch wesentlich stärker nach als ein Pappbecher, obwohl sich der
Pappbecher deutlich stärker verformt.
Lösung 2. hat zwar tolle Dämpfungseigenschaften (Pappbecher), aber auch
einen schlechten Wirkungsgrad und eine stark frequenz- und
amplitudenabhängige Richtungsabhängigkeit der der Schallabstrahlung.
Wenn man nun mit einem einfachen PID-Regler ankommt und versucht, die
Position der Lautsprechermembran an welchem Punkt auch immer zu regeln,
machen sich die unterschiedlichen Laufzeiten der im Lautsprecher
reflektierten Signalanteile deutlich bemerkbar. Das ganze wird dann eher
völlig instabil werden. Wesentlich erfolgversprechender sind daher
mittlerweile Ansätze mit adaptiven prädiktiven Reglern, die auf
historische Abweichungen schauen, um damit ihre Parameter für zukünftige
Signale zu optimieren.
Letztendlich ist aber die Position der Lautsprechermembran an einem
bestimmten Punkt ohnehin nur ein mittelmäßig prächtiges Maß für die
"korrekte" Schallabstrahlung. Letzendlich will man ja in den meisten
Fällen den Sinneseindruck des Hörers optimieren. Und da liegen eben im
wahrsten Sinne des Wortes Welten dazwischen.
Ein anderes, durchaus funktionsfähiges Verfahren besteht darin, am
vermuteten Aufenthaltsort des späteren Zuhörers einen Kunstkopf zu
platzieren und dann mittels geeigneter Testsignale die
Systemeigenschaften der ganzen Signalübertragungskette vom
Testsignalgenerator bis zum Ohr zu bestimmen und dann entsprechend zu
optimieren. Mit PID-Reglern kommt man auf Grund der langen Totzeiten
aber auch hier nicht voran.
Alles tolle Theorie, aber im praktischen Beispiel Lautsprecher würden
diese "Turboeffekte" das Endprodukt Schall totall verzerren, da das
ganze System ja für die bekannte/ungetunte Dynamik ausgelegt ist.
>> ...sondern so lange die Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer>> deutlich höheren Spannung und Leistung arbeitet?>Der D-Anteil macht genau das.
Nein. Der P Anteil macht das.
Dergute W. schrieb:> Denn du willst ja moeglichst schnell Nudeln essen, also sollte das> Wasser idealerweise in einer Art Sprungfunktion von Wasserhahntemperatur> auf 100°C sein.
Nein, das ist ein Trugschluss. Idealerweise sollte das Wasser sofort
kochen. Wäre der Luftdruck geringer als bei Normbedingungen, so dass das
Wasser z.B. bei 97°C kocht, dann hätte die schlagartige Erwärmung auf
100°C zur Folge, dass der Schmodder überall durch die Gegend fliegt.
Spätestens beim Hineinlegen der Nudeln würde der Siedeverzug zu einer
schlagartigen Verdampfung führen.
Wie schon in meinen Ausführungen zu Lautsprechern dargestellt, ist daher
ein einziger fester Surrogatparameter (Wassertemperatur) nur
eingeschränkt sinnvoll.
Wesentlich sinnvoller wäre daher eine Anleitung wie: "Erhitze das Wasser
so lange mit voller Leistung, bis rechnerisch bei bekannter Wassermenge
und bekanntem Luftdruck der Siedepunkt knapp erreicht sein kann. Danach
heize mit reduzierter Leistung weiter, bis kein Temperaturanstieg mehr
erfolgt, also das Wasser siedet. Dann reduziere die Leistung weiter, um
das Sieden aufrechtzuerhalten." Wenn die Wassermenge und der Luftdruck
nicht bekannt sein sollten, muss ggf. von Anfang an nach der
Temperaturanstiegsmethode geregelt werden, so wie es ja auch bei
besseren Ladegeräten für NiCd- und NiMH-Akkus gemacht wird.
Andreas S. schrieb:>> Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt> sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene> Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die> Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher> zwei gegensätzliche Anätze:
Ein solch mieses Chassis würde ich nichtmal ohne Regelung verbauen.
Der nutzbare F-Bereich ist jedoch beschränkt und wenn die membran
anfängt nicht mehr Kolbenmässig zu arbeiten ist es Vorbei mit Klang.
Jeder LS-Bauer weis das und wählt seine Chassis und
Trennfrequenzen/Steilheit entsprechend aus.
Öhm schrieb:> Die Aufgabe des D-Anteils ist es, das System zu dämpfen.
Je nachdem von wo aus man guckt. Es kommt darauf an, ob das
Differenzierglied im Signalweg, oder in der Gegenkopplung liegt.
Öhm schrieb:> Die Aufgabe des D-Anteils ist es, das System zu dämpfen.
Nein, D steht für differenzieren. Der D Anteil ist proportional zur
Änderungsgeschwindigkeit der Regeldifferenz.
Sprich eine schnelle Sollwertänderung führt zu einem Regelsignal,
genauso wie eine schnelle Momentanwertänderung.
Dabei ist es erst mal unerheblich ob die schnelle Momentanwertänderung
auf eine Änderung des Stellwerts oder auf eine Störgröße zurückzuführen
ist.
Korrekter wäre die Aussage das D Verhalten wirkt einer schnellen
Änderung des Momentanwerts entgegen. Dämpfen ist falsch, denn ein zu
starker D Wert macht ein System gerne auch mal instabil, ist dann also
das Gegenteil einer Dämpfung.
Man beschreibe einen elektrodynamischen Lautsprecher mit
(Beschleunigungs)gegenkopplung und berechne sein Verhalten grob
(meinetwegen auch mittels Simulation). Somit bekommt man ein Gefühl
dafür, was möglich ist. Ein guter Ansatz dafür ist in [1] zu finden.
[1] U. Mende: Netzwerkanalyse mit Mason-Graphen
Andreas S. schrieb:> Wesentlich sinnvoller wäre daher eine Anleitung wie: "Erhitze das Wasser> so lange mit voller Leistung, bis rechnerisch bei bekannter Wassermenge> und bekanntem Luftdruck der Siedepunkt knapp erreicht sein kann.
OK, erst mal vielen Dank für die umfangreichen Hinweise. Grundsätzlich
geht es mir darum, mit dem System ein wenig zu spielen und mich endlich
mal in die Regelungstechnick hineinzufuchsen. D.h. auch wenn der
Lautsprecher hinterher auf Grund anderer Seiteneffekte schei** klingt,
will ich mich doch an so einem System versuchen.
Und: ich kann keine Annahmen über das Verhalten des Lautsprechers/des
Wassertopfes und den Eigenschaften seiner Umgebung treffen, da ich
dessen Verhalten nicht kenne. D.h. es wäre eher meine Idee, diesen (da
kommt dann eine DSP-Regelung ins Spiel) auszumessen und die besten
PID-Werte mehr oder weniger Automatisch zu ermitteln. Aber das ist eher
noch Zukunftsmusik :-)
Öhm schrieb:>>> ...sondern so lange die Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer>>> deutlich höheren Spannung und Leistung arbeitet?>>>Der D-Anteil macht genau das.> Nein. Der P Anteil macht das.
OK, der P-Anteil ist dann auch genau der, der zu einem Überschwingen
führt, wenn er zu groß gewählt wird, richtig?
D.h. es muss abhängig vom Verhalten der Membran in der Nähe des
Istwertes runtergeregelt/gedämpft werden. Das macht der D-Anteil?
von NichtWichtig schrieb:
>Andreas S. schrieb:>>> Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt>> sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene>> Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die>> Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher>> zwei gegensätzliche Anätze:>Ein solch mieses Chassis würde ich nichtmal ohne Regelung verbauen.>Der nutzbare F-Bereich ist jedoch beschränkt und wenn die membran>anfängt nicht mehr Kolbenmässig zu arbeiten ist es Vorbei mit Klang.
Ist aber grundsätzlich immer so wie "Andreas S." schrieb,
auch beim besten Lautsprecher. bei hohen Frequenzen schwingt
nur noch ein kleiner Teil in der Mitte der Membranfläche.
Es gibt Lautsprecher die haben deshalb einen Kleinen
Hochtonkegel in der Mitte.
Das gröste Problem bei Regelkreisen algemein ist, Regelschwingen
zu verhindern wenn das Steuern träge ist. Das war auch der
Grund, daß der Reaktor in Tschernobyl durchgegangen ist,
die Leute hatten schon längst gegengesteuert aber die
Temperatur ist trotzdem noch gestiegen. Ein anderes Beispiel,
ein Bauer hat mit seinem Trecker eine Kreissäge angetrieben,
der Trecker hatte eine Drehzahlregelung. Die Drehzahl lief
im Leerlauf immer abwechselnd schnell und langsam, nur
beim Sägen, also unter Last hat es sich dann stabilisiert.
Ein PID-Regler kann prinzipiell keine Strecken mit konjugiert komplexen
Polen, also schwingungsfähige Systeme, regeln, ausser die Dämpfung ist
ausreichend hoch. Es gibt dafür auch ein Kriterium. Schau mal in eines
der Bücher von Aström rein. Er hat ein sehr anschauliches Kriterium
basierend auf der Impulsantwort des Systems definiert.
Eine eingespannte Membran ist mit Sicherheit nicht stark gedämpft, dies
widerspräche dem Sinn und Zweck einer Membran, stellt also ein schwach
gedämpftes schwingungsfähiges System dar und ist daher nicht mittels
eines PID-Reglers regelbar.
Aber auch wenn dem nicht so wäre, kann ein PID-Regler keine Dynamik bzw.
Trägheit kompensieren. Deine Grundannahme in deinem Eröffnungsbeitrag
war also schon falsch.
Gerd schrieb:> Grundsätzlich> geht es mir darum, mit dem System ein wenig zu spielen und mich endlich> mal in die Regelungstechnick hineinzufuchsen.
Dann würde ich sagen, such Dir ein anderes Studienobjekt!
Hier wurde schon erklärt, wie komplex das Schwingungsverhalten der
Membran ist.
Aber Du schreibst ja nonchalant:
> Angeommen, ich habe einen Lautsprecher, der ein Feedbacksignal liefert,> d.h. ich kann zu jedem Zeitpunkt feststellen, wie stark dessen Membran> wirklich ausgelenkt ist.
Hast Du den denn wirklich?
Ich kenne verschiedene Prinzipien, wie ein Mikrofon oder
Beschleunigungsmesser auf der Membran, aber die haben ja IHRERSEITS auch
ein dynamisches Verhalten und geben Dir NICHT die Info, wo sich die
Membran gerade befindet!
Zumal Du den Begriff Auslenkung (s.o.) eh nicht "eindimensional"
betrachten kannst. Da bilden sich die witzigsten Partialschwingungen und
damit nichtlineare Verzerrungen.
Günter Lenz schrieb:> von NichtWichtig schrieb:>>Andreas S. schrieb:>>>>> Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt>>> sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene>>> Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die>>> Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher>>> zwei gegensätzliche Anätze:>>>Ein solch mieses Chassis würde ich nichtmal ohne Regelung verbauen.>>>Der nutzbare F-Bereich ist jedoch beschränkt und wenn die membran>>anfängt nicht mehr Kolbenmässig zu arbeiten ist es Vorbei mit Klang.>> Ist aber grundsätzlich immer so wie "Andreas S." schrieb,> auch beim besten Lautsprecher. bei hohen Frequenzen schwingt> nur noch ein kleiner Teil in der Mitte der Membranfläche.> Es gibt Lautsprecher die haben deshalb einen Kleinen> Hochtonkegel in der Mitte.>
Natürlich gibt es Breitbänder die das so machen, sogar sehr gute und
sehr teure. (z.B. AER
https://aer-loudspeakers.com/aer-breitbandchassis-bd/?lang=de)
T+A hatte in ihrer A2D optische Sensoren an den Bässen um die
Digitalweiche mit der IST-Position der Membran zu füttern, die DSP
werden wohl genau das gemacht haben was der TO hier versuchen möchte.
https://www.ta-hifi.de/wp-content/uploads/solitaire_a2d_de.pdf
Backes&Müller - heute wohl Silbersand - haben aktive Regelungen schon
vor Jahrzehnten gemacht.
Und es wird sicher noch mehr davon geben.
Bei einer Mehrwegebox werden sinnigerweise Chassis insbesondere im Tief-
und Mitteltonbereich eingesetzt wo die obere Trennfrequenz so gelegt
wird das der Bereich wo das Chassis anfängt zu klirren nicht mehr
angeregt wird.
Z.B. "Klang+Ton" oder "Hobby HiFi" zeigen bei ihren LS Bauvorschlägen
genau das jedesmal auf!
Der Ansatz ist sehr einfach. Mikrophon und Lautsprecher bilden einen
Verstaerker.
Also das Signal des Lautspreches auf den Pegel des Mikros bringen und
dann eine Differenz bilden. Ist sie Null, dann ist alles ok.
Mit geeigneten Reglern die Summe zu Null bringen das ist die Aufgabe.
Ich empfehle zum Thema mal bei "Motional Feedback" zu googeln, was ja
auch tatsächlich mal durchgeführt wurde und zu kaufen war.
Ein anderes Verfahren ist, den Lautsprecher in eine Brückenschaltung
einzugliedern und einen Brückenzweig zur Gegenkopplung zu nutzen. Sollte
theoretisch dessen Eigenleben wirksam unterdrücken. Kann man als Bastler
und Hobbyentwickler gerne mal ausprobieren, am besten mit Ohrenschutz,
wenn die Gegenkopplung zu zur Rückkopplung mutiert ...
Die besten Ergebnisse bekommt man heute schlicht und ergreifend mit
einem normal (durch die Verstärker-Gegenkopplung niederohmig)
angeschlossenen Lautsprecher, dessen Frequenzgang und vor allem dessen
Raum-Moden im Abhörraum (an der Abhörposition!) mittels DSP optimiert
werden.
Irgendwelche Gegenkopplungen über ein Mikrofon wird entweder völlig
wirkungslos sein oder zu übelstem Pfeifkonzert führen.
Grüße, OldUri
Nachtrag: ich sehe gerade, dass, seit ich diesen Beitrag begonnen habe,
einiges von dem schon ausführlich erwähnt wurde.
NichtWichtig schrieb:> T+A hatte in ihrer A2D optische Sensoren an den Bässen um die> Digitalweiche mit der IST-Position der Membran zu füttern, die DSP> werden wohl genau das gemacht haben was der TO hier versuchen möchte.> https://www.ta-hifi.de/wp-content/uploads/solitaire_a2d_de.pdf
In dem Datenblatt steht keineswegs etwas von einem PID-Regler, wie ihn
der TE unbedingt verwendet will. Dort wird auch nur allgemein gesagt:
"Die Bässe werden opto-elektronisch überwacht.", jedoch ohne einen
Hinweis auf eine Positions- und Geschwindigkeitsregelung. Wahrscheinlich
hatte der Hersteller so etwas geplant, aber entweder nicht
fertiggestellt bekommen, oder es klang kacke.
> Backes&Müller - heute wohl Silbersand - haben aktive Regelungen schon> vor Jahrzehnten gemacht.
Genau. Vor Jahrzehnten. Wie von mir beschrieben.
Und trotzdem hat es sich nicht durchgesetzt, obwohl heutzutage die
entsprechende Sensorik um Größenordnungen billiger und kleiner wäre als
damals.
> Bei einer Mehrwegebox werden sinnigerweise Chassis insbesondere im Tief-> und Mitteltonbereich eingesetzt wo die obere Trennfrequenz so gelegt> wird das der Bereich wo das Chassis anfängt zu klirren nicht mehr> angeregt wird.
Du hast offenbar überhaupt nicht ansatzweise die physikalischen
Hintergründe von Lautsprechern verstanden. Selbst wenn man einen
Breitbandlautsprecher mit idealer Steifigkeit der Membran und idealer
Ansteuerung und Auslenkung hätte, käme es dennoch zu Verzerrungen. Die
Gründe hierfür liegen zum einen in der amplitudenabhängigen
Dopplerverschiebung verschiedener Frequenzen und zum anderen in einer
nichtlinearen Dichtemodulation der angeregten Luft. Diese Effekte machen
sich bei geringen Lautstärken nicht bemerkbar, sondern nehmen erst mit
der Lautstärke bzw. Membrangeschwindigkeit zu.
Bei realen Lautsprechern kommen natürlich auch noch andere Effekte
hinzu.
Man sollte daher klein anfangen und sich bzw. auf das Basschassis
begrenzen.
Die bereits angesprochen Membranverzerrungen sollte damit nicht zu
standen kommen.
Wenn dort ein brauchbares Ergebnis erzielt wurde darf man über den
Mitteltöner nachdenken und versuchen das Vorhandene dort hin zu
adaptieren.
Aber die Praxis zeigt das aktiv geregelte Systeme im Hochpreissegment zu
finden sind und durch lange Entwicklungsprozesse liefen.
Das ist eher nix für Einsteiger.
>Ein PID-Regler kann prinzipiell keine Strecken mit konjugiert komplexen>Polen, also schwingungsfähige Systeme, regeln, ausser die Dämpfung ist>ausreichend hoch.
Was?
Ein PID ist der ideale Regler für eine PT2 Strecke. Auch für solche mit
Null Dämpfung.
Öhm schrieb:>>Ein PID-Regler kann prinzipiell keine Strecken mit konjugiert komplexen>>Polen, also schwingungsfähige Systeme, regeln, ausser die Dämpfung ist>>ausreichend hoch.>> Was?> Ein PID ist der ideale Regler für eine PT2 Strecke. Auch für solche mit> Null Dämpfung.
Dann mach das doch mal und widerlege die Theorie.
Das ist keine Theorie. Ich glaube auch nicht, dass das Buch falsch ist,
dass du zitiert. Vermutlich hast du es falsch verstanden.
Ich könnte auch sehr gut beweisen/darstellen, weshalb ein PID genau der
passende Regler für eine Strecke 2. Ordnung ist. Erfordert aber einige
Skizzen.
Aber dass man eine eine ungedämpfte Strecke 2. Ordnung mit einem PID
oder PD perfekt regeln kann kann man ja mit jedem Simulationsprogramm
zeigen. Sogar LT Spice.
Sogar ein inverses Pedel kann man gut man mit einem PD regeln. I braucht
man da ja nicht :)
>Ich könnte auch sehr gut beweisen/darstellen,
Kurzfassung ohne Skizze: über den Umweg eines Zustandsreglers, den man
dann aber sehr einfach in einen PID überführen kann.
Die PT2 Strecke in der Regelungsnormalform. Die Rückführung der
Zwischengröße zwischen beiden Energiespeichern entspricht der Dämpfung.
Parallel dazu kann man sich den D-Anteil denken, denn die Zwischengröße
kann ich durch den Differentiator beobachten.
Öhm schrieb:> Das ist keine Theorie. Ich glaube auch nicht, dass das Buch falsch ist,> dass du zitiert. Vermutlich hast du es falsch verstanden.>> Ich könnte auch sehr gut beweisen/darstellen, weshalb ein PID genau der> passende Regler für eine Strecke 2. Ordnung ist. Erfordert aber einige> Skizzen.>> Aber dass man eine eine ungedämpfte Strecke 2. Ordnung mit einem PID> oder PD perfekt regeln kann kann man ja mit jedem Simulationsprogramm> zeigen. Sogar LT Spice.>> Sogar ein inverses Pedel kann man gut man mit einem PD regeln. I braucht> man da ja nicht :)
Natürlich kann ich mal etwas nicht verstanden haben. Es gibt sogar sehr
viel mehr Sachen die ich nicht verstehe, als Dinge die ich verstehe. Das
muss ich, leider, trotz der vielen Jahre Berufserfahrung als
Regelungstechniker immer wieder feststellen.
In diesem Fall allerdings mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht. Nach nun
schon mehreren Dekaden in Lehre und Forschung und industrieller
Entwicklung hätte schon jemand Prof. Aström und mich aufgeklärt.
Hast Du schon mal einen Regler entworfen? Mach doch einfach mal und
überzeuge mich mit Fakten.
Ist nur im Bassbereich sinnvoll, weil nur da "merklicher Hub", sprich
"Wegstrecke".
Ziel: Resonanzfrequenz des geschlossenen Gehäusevolumens mit der
Federkonstante des Chassis ausbügeln, glatter Frequenzgang.
Serienmässig: Philips MFB567 u.a.
"Motional Feedback Bass", Piezo-Biegeschwinger als
Beschleunigungsaufnehmer.
Funktioniert hervorragend.
>Mach doch einfach mal und überzeuge mich mit Fakten.
Voila. hier eine PID Regler realisiert mit OPVs.
Strecke ist eine schwach gedämpfter LC Schwingkreis.
Oben (in grün) sieht man die Sprungantwort ohne Regler.
Unten mit PID Regler in blau. Sehr schön zu sehen, wie die Strecke
entdämpft wird.
Anbei auch das LTC Spice ASC File
Gunnar F. schrieb:>> Angeommen, ich habe einen Lautsprecher, der ein Feedbacksignal liefert,>> d.h. ich kann zu jedem Zeitpunkt feststellen, wie stark dessen Membran>> wirklich ausgelenkt ist.> Hast Du den denn wirklich?
Ja, habe ich. Das Feedback wird über ein Analogsignal geliefert
(Stromfluss proportional zur jeweiligen Auslenkung).
Öhm schrieb:>>Mach doch einfach mal und überzeuge mich mit Fakten.>> Voila. hier eine PID Regler realisiert mit OPVs.> Strecke ist eine schwach gedämpfter LC Schwingkreis.>> Oben (in grün) sieht man die Sprungantwort ohne Regler.>> Unten mit PID Regler in blau. Sehr schön zu sehen, wie die Strecke> entdämpft wird.>> Anbei auch das LTC Spice ASC File
Hallo Ühm,
zuerst einmal Danke für die Mühe. Find ich wirklich klasse, findet man
in diesem Forum nicht so oft.
Die Führungsübertragungsfunktion für einen kleinen Sollwertsprung unter
idealen Verhältnissen innerhalb einer Simulationsumgebung ohne Rauschen
und Störungen sieht überraschend gut aus. Aber wie schaut es mit der
Störübertragungsfunktion aus? Und wie mit der Robustheit? Könnte man den
Regler so wie Du ihn entworfen hast in der Praxis einsetzen?
Kenne mich mit LTSpice nicht so gut aus, ich komme aus der Matlab-Ecke.
Es ist mir leider nicht gelungen ein Bode-Diagramm des offenen Kreises
zu ermitteln. Es kam immer eine Fehlermeldung: `Matrix is singular`. Du
bekommst das sicher schneller hin als ich. Schaue Dir da mal den
Amplituden- und Phasenrand an und bewerte die Robustheit des Entwurfs.
Aber auch im Zeitbereich kannst Du schon ein Problem Deines Regelkreises
erkennen: Gebe mal einen nicht ganz so winzigen Sollwert vor, z. B. 1V,
und gebe eine sprungförmige Störung auf den Ausgang der Strecke, z. B.
0.1V. Prinzipiell solltest Du noch Rauschen addieren. Real vorhandenes
Messrauschen und auftretende höherfrequente Störungen schränken in der
Praxis die Verwendung des D-Anteils stark ein bzw. verhindern ihn sogar
(zumindest in mechatronischen Systemen, aus der Ecke komme ich).
Schau Dir auch mal das Kriterium nach Aström an: Der Quotient aus dem
Integral über die Impulsantwort und dem Integral des Betrages der
Impulsantwort muss größer als ca. 0.8 sein (aus dem Gedächtnis, habe die
Qualle nicht hier). Ein ungedämpftes PT2 hätte hier als Ergebnis `0`,
ein PT2 mit nur reellen Polen ein '1', alles andere liegt dazwischen.
Öhm schrieb:>>Mach doch einfach mal und überzeuge mich mit Fakten.>> Voila. hier eine PID Regler realisiert mit OPVs.
Schoen waere es wenn sich die Regler mit Potis von 0 bis 100 %
einstellen liessen in der Simulation.
> Strecke ist eine schwach gedämpfter LC Schwingkreis.>> Oben (in grün) sieht man die Sprungantwort ohne Regler.>> Unten mit PID Regler in blau. Sehr schön zu sehen, wie die Strecke> entdämpft wird.>
Ist es nicht gerade umgekehrt? Ich wuerde vermuten dass das
Gegenteil richtig ist.
> Anbei auch das LTC Spice ASC File
Vielen Dank fuer die Muehe.
Darf ich das mit dem Nudelwasser mal aufgreifen?
Sprungantwort:
Ich hab tatsächlich nen riesigen(!) Topf mit Gargut, welches auf 62°C
gehalten werden soll. Also ohne Regler erstmal Strom auf die Heizplatte
und die Zeit stoppen, die es braucht, das Wasser auf Zieltemperatur zu
erwärmen.
(Ich hab so'n genaues DDR-Laborthermometer)
Ist das die Sprungantwort, oder muss ich die Zeit hinzurechnen, die es
braucht, das Wasser wieder auf Zimmertemperatur abkühlen zu lassen?
Dankeschön,
Äxl
Habs im Parallelthread eben gegenlesen können.
Aufheizen und abkühlen sind zwei paar Schuhe. (Man, ist das kompliziert,
son Topf Wasser auszuregeln - wenn man davon keine Ahnung hat).
Moin,
Die Sprungantwort ist ja hoechstwahrscheinlich noch nicht zuende, wenn
dein Topf 62° erreicht hat. Wahrscheinlich wuerde dein Topf ja noch
waermer, wenn du weiterheizt. Wenns soweit geht, dass die Bruehe in
deinem Topf verdampft, wird's auch noch nichtlinear. Ganz bloed...
Wenn du deinen Topf eine Zeitlang aufheizt und danach die Heizung
komplett abstellst, ist der Temperaturverlauf eine Ueberlagerung von 2
Sprungantworten, wo die 2. um deine Heizzeit spaeter einsetzt und
umgekehrtes Vorzeichen gegenueber der ersten hat.
Gruss
WK
Öhm schrieb:>>> ...sondern so lange die Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer>>> deutlich höheren Spannung und Leistung arbeitet?>>>Der D-Anteil macht genau das.> Nein. Der P Anteil macht das.
Das ist richtig, der P-Anteil liefert eine der Abweichung proportionale
Ausgangsgröße -> wäre das, was gefragt war
Öhm schrieb:> Die Aufgabe des D-Anteils ist es, das System zu dämpfen.
Das ist meiner Meinung nach Falsch. Der D-Anteil macht alles andere als
dämpfen! Ganz im Gegenteil, er reagiert auf jede kleinste
(differentielle) Änderung.
Er erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, sorgt im Gegenzug aber für
steilflankige Signale (Überschwingen).
Es gibt in der realen Welt keinen idealen Differenzierer, deshalb wird
dieser oftmals zusammen mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung
(DT1-Glied) modelliert.
Paul S. schrieb:> Das ist meiner Meinung nach Falsch. Der D-Anteil macht alles andere als> dämpfen! Ganz im Gegenteil, er reagiert auf jede kleinste> (differentielle) Änderung.
Jein. Der D-Anteil macht zwei Sachen: Ein D-Anteil im Rückführungszweig
dämpft, ein D-Anteil im Führungszweig beschleunigt. Im Differenzzweig
macht er also beides.
Backes&Müller hat die Geschwindigkeitsgegenkopplung erfolgreich swohl
bei Bass als auch bei Mittel und Hochtonchassis seit den 70ger Jahren
durchgeführt und verkauft. Mittlerweile sind nach Ablauf des
Patentschutzes weitere Hersteller hinzu gekommen.
Generell kann man sagen, das weder die Auslenkung noch die
Beschleunigung über ein Chassis gegenkoppelbar ist. Beides führt dazu
das das System entweder unterhalb der Resonanzfrequenzd des Chassis oder
oberhalb des Chassis zu schwingen beginnt, wenn man nennenswerte
Gegenkopplungsfaktoren erreichen will. Deswegen nimmt man auch die
Geschwindigkeit als Führungsgröße , was einer Dämpfung des
schwingungsfähigen Systemes entspricht. Das Verhalten des
schwingungsfähigen Lautsprechers wird somit aperiodisch, und folgt
direkt dem Eingangssignal.
Dazu muss das Signal welches aus der Frequenzweiche kommt integriert
werden um einen frequenzunabhängigen Schalldruck zu bekommen.
Man kann entweder eine zweite um gegenüber der Treiberspule senkrecht
angeordnete Sensorspule nehmen welche sich zwischen den Polen eines
eigenen Magneten bewegt ( diese wird einfach der Endstufe am Eingang in
Reihe geschaltet ) oder man kann es kapazitiv abgreifen, in dem man die
Membran aus Alu herstellt und ihr eine Gegenelektrode hinter der
Membran anordnet.
Das ganze bildet ein Kondensatormikrofon, bei welcher der
Verschiebestrom gemessen wird. Der Strom entspricht ebenfalls der
Geschwindigkeit.
Die Beschleunigungsgegenkopplung wie es Phillips angewendet hat
funktioniert nur bei niedrigen Gegenkopplungsfaktoren, Das heist der
schwingungsfähige Lautsprecher ist noch dominierend.
Es gibt ein Papier von Backes&Müller wo die theoretischen Grundlagen
genau erklärt sind, und wie man die Schwierigkeiten insbesonders was der
nutzbare Dynamikbereich im gegengekoppelten System betrifft umschiffen
kann.
Ralph Berres
Gerd schrieb:> Weiterhin angenommen, die Maximalauslenkung dieses Lautsprechers ist bei> +3V bzw. -3V Eingangsspannung erreicht
Eine Lautsprechermembran wird durch einen Elektromagneten ausgelenkt,
dessen Kraft wiederum durch den Strom bestimmt wird. Die erforderliche
Spannung hängt zusätzlich von Spulentemperatur und
Membrangeschwindigkeit ab.
