Hallo die Herrschaften, zur Regelung eines Piezo's benötige ich einen extremen Regler. Da die äußeren Störungen allerdings so groß sind reicht ein einfacher PI Regler nicht aus: bei dem benötigten gain, um die äußeren Störungen auszuregeln, läuft der Piezo in seine Resonanz (auch bei nachgeschaltetem Tiefpass 1.Ordnung [Resonanz 17kHz, 3db Tiefpass: 500Hz]). Welche Ansätze wären da Regeltechnisch zu verfolgen: - Notchfilter bei der Eigenresonanz? ...? Welche alternativen gibt es? Kann man auch einen Tiefpaß höherer Ordnung verwenden, oder läßt die größere Phasenverschiebung das System doch wieder schwingen? Werde die Tage versuchen eine komplette Charakterisierung des mechanischen System vorzunehmen (Phasen und Amplitudengang im Bodeplot ) um einen Notchfilter anpassen zu können. Kennt Ihr noch weitere Ansätze? VG Tom
Niemand versteht was du willst. Was für ein Piezo ? Schwingquartz ? Regeln als Disziplinierung ducrh eoen Atomuhr ? Oder Piezo als Aktor ? Regeln auf Position, aber was macht dann deine Resonanzfrequenz dabei ?
Claus schrieb: > ?Kann mir keiner behilflich sein? Ich verstehe nicht einmal, wovon du redest. Piezo - Hochtöner ? Piezo-Piepser ?? Piezo - Feuerzeug ???
... Tunnelmikroskop ... Bei den schlechten Lichtverhältnissen?
Ein Piezoaktor, der auf einem statischen Wert gehalten werden soll. Die PI Regelung hat, um externe Schwingungen auszuregeln einen so großen gain, dass er bedingt durch die Eigenresonanz des mechanischen Systems und den damit verbundenen Phasenschub in eine Resonanz läuft...
Ist die Erklärung immer noch so unverständlich, oder könnt Ihr mir vllt doch nicht helfen?
Schwingungen ausregel und dann dabei in resonanz kommen passt ja nicht so wirklich zusammen.. ..also beschreibe uns mal deinen genauen verwendungszweck. oder soll resonanz unterbunden werden?
Nochmals: es geht um die Positionsstabilisierung mit Hilfe eines Piezoaktuators. Das mechanische System (Piezo + zu stabilisierende Masse, weissen eine Resonanz auf ~15kHz). Mit Hilfe eines Positionssignals soll die Position stabilisiert werden. Raumschall ist die Störgröße. Um raumschall-induzierten Schwingungen der zu stabilisierenden Masse wegzuregeln, wird ein PI-Regler verwendet, der den Aktuator ansteuert. Der notwendigerweise sehr hohe gain des Reglers (bedingt durch hohe Raumschallpegel) bringt das System zum schwingen (was es logischerweise nicht soll) - Eigenresonanz. Und selbst dann reicht der gain noch nicht vollständig aus... Ansätze zur Unterdrückung der Resonanz waren ein Tiefpass 1. Ordnung (Ziel: Erhöhung des möglichen Gains bei niedrigen Frequenzen und erhöhung des Gainmargins). 1. Ordnung, da höhere Ordnungen die Phase zu weit drehen. Weiterer Ansatz: Notchfilter, um die Resonanz des Systems zu unterdrücken. Die Frage lautet an Euch: gibt es noch weitere/eventuell noch effektivere Methoden, den möglichen Gain zu erhöhen (um den Schall rauszuregeln) und dabei nicht in die Resonanzen des Systems zu laufen. VG
Raumschall wegregeln ? Und bei 15kHz hat dein System eine Eigenresonanz ? Klingt wie ein blöde Idee. Du kannst natürlich Schall bis 1kHz oder so je nach Filtersteilheit wegregeln, und den Rest einfach so lassen.
Als erste Massnahme sollte mn den Schall daemmen, zB mit einem Deckel auf der Anlage. Dann sollte man die Ausbreitung daempfen, zB indem man die Anlage auf einen Luftgefederten Tisch stellt. Ich hab sowas auch mal gemacht, dh eine Koerperschall kompensation. Beide Massnahmen haben die Piezospannung um den Faktor 10 gesenkt. Bei einem Piezo mit 150V maximal, wir hatten einen langsamen Integrator, der die mittlere Spannung auf 75V regelte, dann einen PI Regler, der den Koerperschall wegmachte. Die Bandbreite war nicht speziell interssant, die Stoergroess war mehrheitlich unterhalb 5kHz, die Piezoresonanz (der ganze Aktor) bei ueber 30kHz. Wir kamen von 1Vpp auf wenige mV Rauschen am Piezo runter. Worum geht's denn ?
@Hey noch Was: Vielen Dank für die Antwort. Luftdämpfung und Schallisolation sind Bestandteil des Systems. Die Frage richtete sich nach alternativen Schaltungsansätzen bzw. Filtern für die Ansteuerung, weniger nach der Sinnhaftigkeit.
Es ist weniger eine Frage der Sinnhaftigkeit, ich hab's ja auch schon gemacht. Als eher eine Frage nach dem Umfeld. Das ist nun auch klar. Die einzelnen Elemente des Aufbaus sollten auch schon auf minimale mechanische Auslenkung optimiert sein. Ferner sollte der Aktuator leichtmoeglichst sein, sodass die Aktuatorresonanz so hoch wie moeglich ist. Alle Massnahmen zusammen erniedrigen die noetige Verstaerkung und sollten das system stabil laufen lassen. Wir hatten allerdings auch den Fall, das sich das System verschlechtert und ploetzlich in eine Resonanz laeuft. Diese sollte man detektieren und die Verstaerkung herunterfahren, da der Aktuator sich im Resonanzfall selbst langsam zerstoert. Wir gehen in einem Resonanzfall auf Stoerung und schuetzen so das System. Da muss dann eben nachjustiert werden bis die Parameter wieder passen.
Demnach habt ihr keinerlei angepassten Filter verwendet, sondern nur den PI / PID regler mit angepassten Parametern?
Bist Du jetzt eigentlich Tom oder Claus? Habt Ihr die komplette Regelstrecke versucht zu modellieren und mit den entsprechenden Regelungstechnischen Verfahren ein entsprechender Regler entworfen bzw. die Parameter optimiert? Oder nehmt ihr einfach einen PI Regler und spielt am P Parameter herum weil Du/Ihr nur von Gain redet? Wenn Eure Regelstrecke eine Resonanz hat die in den gleichen Frequenzbereich fällt wie die Störgröße, dann könnt ihr das nicht mehr einfach über einen P bzw. PI Regler regeln. Das ist dann schon weiterführende Regelungstechnik, und da bin ich schon 20j draussen. Euch bleibt m.E. eigentlich nur, die (erfasste) Störgröße und/oder die Stellgröße auf einen sicheren Bereich unterhalb der Resonanz zu begrenzen. Also Tiefpassfilter.
Mit den klassischen linearen PI/PID-Reglers ist bei solchen Strecken nicht wirklich was zu gewinnen. Aber wenn's so ein Reglertyp sein soll, dann in etwa so: Es wäre z.B. ein nichtlinearer "entarteter" PID-Regler möglich. Benutze ich z.B. für Teilhubregelung von Piezoinjektoren. "Entartet" meint hier, dass der D-Anteil negativ eingekoppelt wird und nur abhängig ist vom Istwert der Strecke. Dadurch wirkt er als arbeitspunktabhängige Dämpfung, die dann noch in Abhängigkeit deiner Störgrösse veränderlich sein könnte. Zusätzlich kannst Du durch die Nichtlinearität in der Nähe Deines Setpoints z.B. dramatisch die P-Verstärkung zurücknehmen, die Dämpfung erhöhen, da ja nach der Ausregelung die Stellgrösse vom I-Anteil bereitgestellt wird. das verlangsamt die Ausregelung nicht wesentlich. Ein sehr guter weiterführender Regleransatz für diese Art von Strecke wäre sicherlich ein Sliding-Mode Regler. Einfach mal googeln. Habe ich schon öfter eingesetzt. Ist gerade bei Piezo's eine nettes Konzept, da hier doch grosse Stellenergien zur Verfügung stehen ... Gruss
Das Problem ist ein wenig, dass die zu regelnden Masse am Piezo "Blackbox-artig" unzugänglich ist. Da wie oben beschrieben die Resonanzkurve bisher nicht bestimmbar war, war bisher nur die übliche PI optimierungsvariante per Einstellen / Trial&Error erfolgt. Genauere Bestimmungen kann ich demnächst erst vornehmen, um als ersten Versuch den Notchfilter auszutesten und dann weitere Schritte, wie von Euch vorgeschlagen zu implementieren. Resonanz und Frequenz der Störgröße sind deutlich unterschiedlich (Störung:<2KHz und Resonanz: ~10KHz). Na dann habe ich jetzt Stichworte, an denen ich mich entlanghangeln kann. Besten Dank & Viele Grüße
Wie schon gesagt, dass Problem besteht darin, dass du versuchst, mit einem linearen PI Regler eine nichtlineare Strecke zu regeln. Das geht nicht. Der Notchfilter ist eine Lösung des Problems, habe ich schon erfolgreich angewendet und ist so auch in vielen älteren (analogen) Steuerungen der Piezoaktorhersteller vorzufinden.
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