Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Taktender Regler


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von Harald B. (grieko)


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Hallo,
ums gleich zu sagen, ich habe nicht wirklich Ahnung von 
Regelungstechnik.
Es geht um folgendes Problem:
Ich muss hier eigentlich eine banale Sache realisieren, einen 
Metallbehälter mit einer Flüssigkeit auf einer einigermaßen konstanten 
Temperatur halten.  Ich denke so an +- maximal 2° Abweichung.
Derzeit ist als Temperaturfühler ein Pt1000 installiert, geschaltet von 
einem einfachen Temperaturschalter (TMS1000 von Reichelt). Man definiert 
hier einfach eine Ein- und eine Abschalttemperatur, und das Gerät 
schaltet dann entsprechend die Heizung ein und aus.
Grundlegende funktioniert das Ganze ja. Das Problem dabei ist, wir haben 
hier einen Musteraufbau und als Heizung dient eine herkömmliche mobile 
Kochplatte.
Die reagiert nun mal leider extrem träge.
Beim Anheizen ist sie also schon mal sehr lange eingeschaltet (20° auf 
ca. 80°), und heizt dementsprechend lange nach. Das Medium wird dann mal 
locker 95° heiss, obwohl die Platte ausgeschaltet ist. Wenn sich das 
Ganze dann mal eingeschwungen hat, dann läuft es eigentlich ganz gut. 
Wobei ich derzeit zwischen Ein- und Abschaltpunkt eine Differenz von 0.2 
°C eingestellt habe.
Um das Ganze zu verbessern, hatte ich an einen taktenden Regler gedacht. 
D.h. der die Heizplatte wird kontinuierlich ein- und ausgeschaltet (z.B. 
1 Sekunde ein, 2 Sekunden aus). Das Impuls-Pausenverhältnis ist dabei 
abhänging von der Abweichung. Beim Anheizen beispielsweise die Platte 1 
Minute ein, danach immer nur noch sekundenweise an......
Die Hardware ist nicht das Problem, ich würde wohl einen Raspberry 
nehmen und das Ganze in C++ oder C realisieren....

Hat schon mal jemand mit sowas oder so etwas ähnlichem Erfahrungen 
gemacht  ?

: Verschoben durch Moderator
von Frieder (Gast)


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Harald B. schrieb:
> Um das Ganze zu verbessern, hatte ich an einen taktenden Regler gedacht.
> D.h. der die Heizplatte wird kontinuierlich ein- und ausgeschaltet (z.B.
> 1 Sekunde ein, 2 Sekunden aus)

Kannst du machen, aber das Aufheizen dauert natürlich genauso lange 
(oder länger), als wenn du das Einschwingen abgewartet hättest.
Was man dadurch verringert (nicht ganz vermeidet), ist das 
Überschwingen.

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
Heizungen sind in vielen Fällen sehr träge, weil meist rel. große Massen 
beteiligt sind. Das macht die Sache meist einfacher.

Ich habe in verschiedenen Geräten Heizungen, die per PWM in einem 
Zeitintervall von 10s getaktet werden. Mit einer Grundeinheit von 0,1s 
kann man also die Einschaltzeit und damit die rel. Heizleistung in 
Prozent gut darstellen.

> Harald B. schrieb:
> Um das Ganze zu verbessern, hatte ich an einen taktenden Regler gedacht.
> D.h. der die Heizplatte wird kontinuierlich ein- und ausgeschaltet (z.B.
> 1 Sekunde ein, 2 Sekunden aus).
Bei der beschriebene Trägheit des Systems kann die Periodendauer auch 
länger sein, z.B. 10s...30s.
Das hat den Vorteil, das wesentlich weniger Schaltstörungen erzeugt 
werden, als bei schnellerer Taktung.
Als Schalter eignen sich bei solchen Anwendungen auch SolidStateRelays 
besser als mechanische Relais. Bei rel. langen Periodendauern mit 
wenigen Schaltungen h kann man aber auch mech. Relais nutzen.

> Das Impuls-Pausenverhältnis ist dabei
> abhänging von der Abweichung. Beim Anheizen beispielsweise die Platte 1
> Minute ein, danach immer nur noch sekundenweise an......
Ja, so kann man das machen.
Wenn man an die Solltemp. heran kommst, wird  die Einschaltzeit langsam 
verringert. Im eingeschwungenen Zustand hast du dann eine Einschaltzeit, 
die gerade ausreicht, um den Sollwert zu halten. Das kann man leicht 
ausprobieren.
Die Steilheit der Funktion, mit der du aus einer Abweichung des 
Sollwertes die Änderung der Einschaltzeit anpasst, kann man auch leicht 
durch Experiment bestimmen. Man muß also für solch eine Aufgaben nicht 
unbedingt die Theorie der Regelungstechnik studieren. Ein paar 
Grundlagen sind aber auch nicht schlecht.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von tommy (Gast)


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Für diese Art der Zweipunktregelung gibt es einen
Namen, der mir gerade nicht einfällt ;-)

Finde die Zeit der Strecke:
Schalte die Heizung an, nach welcher Zeit ist die Temperatur
um 1 Kelvin gestiegen? Beispiel: 60 Sekunden

Regelung:
z.B. alle 5 Sekunden Temperatur messen.

Die Temperatursteigung von letzter Messung zu aktueller
Messsung ermitteln.

Dann die Entscheidung:
Wo geht die Temperatur in 60 Sekunden hin, wenn ich jetzt
noch weiter heize?

BTDT

von nvarchmin@web.de (Gast)


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tommy schrieb:
> Für diese Art der Zweipunktregelung gibt es einen
> Namen, der mir gerade nicht einfällt ;-)

Schrittregler?

von StefG (Gast)


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Dafür bietet sich ein PID-Regler an, der als Ausgang eine PWM 
Aussteuerung generiert.
Damit kann das Überschwingen beim Aufheizen und die Temperaturführung am 
Arbeitspunkt ziemlich gut kontrolliert werden.

von georg (Gast)


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Harald B. schrieb:
> Das Impuls-Pausenverhältnis ist dabei
> abhänging von der Abweichung

PID statt 2Punkt, das ist schon besser einstellbar, aber die Verzögerung 
zwischen Einschalten und Ansteigen der Temperatur verschwindet damit 
natürlich nicht, das ist eine konstante Eigenschaft der Regelstrecke.

Ich habe das mit einem "prediktiven" Regler gut in den Griff bekommen, 
d.h. der Regler berechnet zunächst durch Extrapolation des 
Temperaturverlaufs die voraussichtliche Temperatur in z.B. 60 Sekunden, 
und auf diese zukünftege Temperatur wird eine PID-Regelung angewandt. 
Allerdings ist sowas nicht durch die akademische Regelungstheorie 
gedeckt und wird daher meistens von Fachleuten wutschnaubend abgelehnt. 
Ist mir aber egal wenn es funktioniert.

Georg

von Der Andere (Gast)


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georg schrieb:
> Allerdings ist sowas nicht durch die akademische Regelungstheorie
> gedeckt

Sorry aber die Aussage ist jetzt Unfug, siehe:
https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtlineare_modellbasierte_pr%C3%A4diktive_Regelung

Gabs in der RT-Theorie schon seit mindestens 30-40 Jahren und seit es 
Prozessrechner gibt auch in der Praxis.
Vor allem in der chemischen Industrie oder eben auch Heizungen.

georg schrieb:
> und wird daher meistens von Fachleuten

Das sind wohl die Art von "Fachleuten" die einen PID Regler für den 
heiligen Gral halten.
Auf die muss man nicht hören, du hast also alles richtig gemacht.

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