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 ?
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...
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.
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.
