Hallo Leute,
Wir haben in der Schule ein Aufgabe bekommen. Dort geht es dadrum, dass
wir einen Motor regeln sollen, so dass die Drehzahl unabhängig von der
Last ist. Durch unsere Recherche sind wir auf diese PDF gestoßen
(https://files.elv.com/service/manuals/Drehzahlreglung/36620-Drehzahlregelung.pdf),
jedoch sollen wir statt der PWM die hier benutzt wird, einen Transistor
im Linearbetrieb betreiben (dadurch wird natürlich Abwärme erzeugt). Die
Information zur Ist Drehzahl liefert uns eine Spannung, die im Bereich
von 0 bis 5 Volt arbeitet.
Unser Ansatz ist es das wir die Soll Drehzahl und die Ist Drehzahl in
einem Nichtinvertierendem Verstärker (mit Offsetspannung) geben, und
dieser steuert dann unseren Leistungstransistor. Hat jemand einen Ansatz
von euch wie sowas mit OP's realisiert werden könnte ?
Hallo Thomas,
baut einfach einen Differenzverstärker mit einem OP auf.
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm
Soll und Ist an die beiden Eingänge, Transistor mit Basiswiderstand an
den Ausgang.
Dann habt ihr einen einfachen P-Regler und der sollte genügen :-)
Eventuell die Verstärkung über ein Poti einstellbar machen um ein wenig
probieren zu können.
Viel Erfolg! :-)
Super vielen Dank, das hört sich aber sehr einfach an :-D
Aber bei dem Differenzverstärker bekomme ich doch nur eine Differenz der
Soll Ist Spannung inklusive Verstärkung. Wie kommt denn dort die Reglung
zustande ?
Thomas schrieb:> Aber bei dem Differenzverstärker bekomme ich doch nur eine Differenz der> Soll Ist Spannung inklusive Verstärkung. Wie kommt denn dort die Reglung> zustande ?
Dadurch, dass die gewählte Verstärkung hoch genug ist.
Bei einem P-Regler bleibt natürlich immer ein Fehler (=Regelabweichung),
den man mit einem I-Anteil verkleinern kann.
Die Kunst der Dimensionierung von Verstärkung (P-Anteil) und I-Anteil
ist, die Regeleigenschaften zu optimieren ohne dass der Regelkreis
schwingt.
Thomas schrieb:> Durch unsere Recherche sind wir auf diese PDF gestoßen
Die Schaltung regelt die Drehzahl durch Auswertung der Gegen-EMK, also
der vom Motor im Leerlauf erzeugten Generatorspannung, die
drehzahlabhängig ist.
Beitrag "Drehzahlregler für DC-Motor, ATmega48-328"
Der Motor darf bei der Methode also nicht dauernd an Spannung hängen,
wie bei euch.
Thomas schrieb:> Die Information zur Ist Drehzahl liefert uns eine Spannung,> die im Bereich von 0 bis 5 Volt arbeitet.
Habt ich einen extra Drehzahlsenor, einen Tachogenerator ?
Thomas schrieb:> Unser Ansatz ist es das wir die Soll Drehzahl und die Ist Drehzahl in> einem Nichtinvertierendem Verstärker (mit Offsetspannung) geben, und> dieser steuert dann unseren Leistungstransistor. Hat jemand einen Ansatz> von euch wie sowas mit OP's realisiert werden könnte ?
Kann wohl keine Drehzahlregelung, sondern nur eine Laststabilisierung
sein, wie in
https://www.precisionmicrodrives.com/application-notes/ab-026-sensorless-speed-stabiliser-for-a-dc-motor
"Die Mitkopplung muss aber immer kleiner als 1 sein sonst schwingt die
Regelung."
Michael B. schrieb:> Habt ich einen extra Drehzahlsenor, einen Tachogenerator ?
Ja genau...
Ich habe in dieser PDF solch einen Regler gefunden
(http://www.hit-karlsruhe.de/hit-mic/projekte/balanceakt/PIDReglerPlatine.pdf).
Dort ist das Schaltbild was ich angehägt habe dabei.
In dem ersten Teil sind die OP's ja dazu da um das Signal nicht zu
belasten.
In dem zweiten Teil ist der berüchtigte Differenzverstärker mit einer
Verstärkung von 1. Wofür sind denn da nochmal die anderen PID glieder,
vor allem das P-Glied. Hätte man sich denn nicht sparen können und die
Verstärkung schon im Differenzverstärker einstellen können?
Thomas schrieb:> Wofür sind denn da nochmal die anderen PID glieder,> vor allem das P-Glied.
Damit der Regler an die Trägheit des Motors anpassbar ist und nicht
schwingt.
Die Schaltung ist aber nicht elegant. Die weitere Störgrösse und der
hochgradig nichtlineare (Totregion) Ausgangstreiber machen es nicht
besser.
Wäre das funktionsprinzip den auch gegeben, wenn nur der
Differenzverstärker da gewesen wäre (rein Theoretisch) ?
Und noch mal zur letzten Frage. Hätte man sich nicht das P-Glied sparen
könne, da ja schon beim summierer die Verstärkung bestimmt werden kann
?
Thomas schrieb:> Wäre das funktionsprinzip den auch gegeben, wenn nur der> Differenzverstärker da gewesen wäre (rein Theoretisch) ?
Ein PID-Regler hat ein anderes Verhalten, als ein P-Regler.
Thomas schrieb:> Wäre das funktionsprinzip den auch gegeben, wenn nur der> Differenzverstärker da gewesen wäre (rein Theoretisch) ?
Nein, es schwingt sich auf, die Drehzahl wird NICHT konstant sein
sondern schlimmer als ohne Regelung.
Michael B. schrieb:> Nein, es schwingt sich auf, die Drehzahl wird NICHT konstant sein> sondern schlimmer als ohne Regelung.
Pauschal würde ich das so nicht sagen...
Thomas schrieb:> Michael B. schrieb:>> schwingt>> Wodurch kommt denn solch eine Schwingung zustande ?
Stell dir vor, du stehst unter der Dusche und willst angenehm warmes
Wasser, sagen wir 40°C. Du spielst den P-Regler mit einer extrem hohen
Verstärkung. Du machst die Dusche an, fühlst das Wasser und stellst
fest: "Zu kalt!". Ergo drehst du das Wasser wärmer. Da deine Vorgabe
aber eine hohe Verstärkung der Temperaturdifferenz ist, knallst du den
Wasserhahn ganz nach rechts und das Wasser wird auch schnell wärmer, bis
es gerade über deine gewünschten Temperatur ist - folglich knallst du
den Wasserhahn ganz nach links. Und so weiter und so fort.
Stefan S. schrieb:> Stell dir vor, du stehst unter der Dusche und willst angenehm warmes> Wasser,
Gutes Beispiel..
Und wie man sieht, entscheidet die "Feinfühligkeit" der Hand am Mischer,
ob man sich abwechselnd verbrennt und friert, oder ob man eine angenehme
Temperatur eingestellt bekommt.
Bei einem P-Regler wäre das die Konstante Kp, die richtig zu
dimensionieren ist.
Stefan S. schrieb:> Stell dir vor, du stehst unter der Dusche und willst angenehm warmes> Wasser, sagen wir 40°C. Du spielst den P-Regler mit einer extrem hohen> Verstärkung. Du machst die Dusche an, fühlst das Wasser und stellst> fest: "Zu kalt!". Ergo drehst du das Wasser wärmer. Da deine Vorgabe> aber eine hohe Verstärkung der Temperaturdifferenz ist, knallst du den> Wasserhahn ganz nach rechts und das Wasser wird auch schnell wärmer, bis> es gerade über deine gewünschten Temperatur ist - folglich knallst du> den Wasserhahn ganz nach links. Und so weiter und so fort.
Das ist ein Super beispiel, jetzt habe ich es verstanden.
Jedoch wurde oben erwähnt, dass wenn ich denn Differenzverstärker nehme,
ich dann auch sofort ein P-Glied habe. Sind dann in der Schaltung zwei
P-Glieder? Und wenn ja, warum genügt einer nicht ?
Thomas schrieb:> Jedoch wurde oben erwähnt, dass wenn ich denn Differenzverstärker nehme,> ich dann auch sofort ein P-Glied habe. Sind dann in der Schaltung zwei> P-Glieder? Und wenn ja, warum genügt einer nicht ?
Du musst die Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert bilden.
Wasser hat aktuell 35 Grad, soll aber 40 Grad haben. Also 5 Grad
Differenz.
Ein P-Regler verstärkt diese Differenz mit dem Faktor Kp.
Also z.B. 0.2
Das würde im konkreten Fall bedeuten:
5 Grad Differenz --> Erhöhung um 5*0.2 = 1 Grad
Dann:
4 Grad Differenz --> Erhöhung um 4+0.2 = 0,8 Grad
etc...
So nähert man sich langsam dem Sollwert an. Und man sieht, dass man ihn
nie erreichen kann. Das ist dann die bleibende Regelabweichung, was eine
Eigenschaft des P-Reglers ist.
Bei einem Differenzverstärker kann der Verstärkungsfaktor eingestellt
werden. Das entspricht dann dem Kp. Damit kann er sowhl die Differenz
bilden, als auch diese gleich verstärken.
Ergänzend:
D und I Anteile "verrechnen" die Regelabweichung anders. Multiplizieren
sie also nicht nur mit einer Konstanten. Damit kann eine bleibende
Regelabweichung ausgeglichen werden, die Dynamik des Reglers eingestellt
werden usw.
P, I und D Anteile haben jeweils eigene Konstanten Kp, Ki, Kd mit denen
die Anteile dieses Regelverhaltens "gewichtet" werden.
Am Ende werden alle Anteile aller Relgeranteile von P, I und D addiert
und geben die Stellgröße.
Für das Beispiel der Dusche:
Soll: 40 Grad
Ist: 20 Grad.
D-Anteil des Reglers sorgt dafür, dass erstmal in überproportional stark
die Temperatur erhöht wird. (Mehr, als der P-Anteil zulassen würde).
Ist die Regelabweichung kleiner, so wird der D-Anteil des Reglers
unrelevanter und es wird langsamer die Temperatur erhöht.
Und irgendwann greift der I-Anteil und sorgt für das exakte ausregeln
der Temperatur. Langsam, aber präzise..
Das ist jetzt natürlich sehr vereinfacht dargstellt, aber vielleicht
kann man es sich so vorstellen.
Nichts anderes machst du, wenn du unter der Dusche stehst:
Haut stellt fest: Brrrr Arschkalt
Hirn sagt: ich will es warm haben:
Hand schiebt erstmal zackig den Hebel rüber (D-Anteil)
Dann meldest Haut... schon besser..
Die Hand verlangsamt ihre Bewegung.
Und irgendwann regelst du langsam in kleinen stufen um die
Idealtemperatur herum (I-Anteil)
Du selbst bist also der PID-Regler, wenn du unter der Dusche stehst ;-)
Ok, jetzt kommen wir der Sache etwas näher :-).
Das bedeutet, wenn ich bei dem Differenzverstärker die Widestände anders
dimensioniert hätte, dann hätte ich in dem Schaltbild zwei P-Glieder ?
Thomas schrieb:> Das bedeutet, wenn ich bei dem Differenzverstärker die Widestände anders> dimensioniert hätte, dann hätte ich in dem Schaltbild zwei P-Glieder ?
Richtig!
Allerdings würdest du, wenn du Kp bereits beim Bilden der Differenz mit
einfließen lässt, als Eingangsgröße für D und I bereits die mit Kp
gewichtete Regelabweichung erhalten.
Aber wenn du nur einen P-Regler willst, dann hast du in der Tat erst mit
Faktor 1 multipliziert und dann mit Faktor x
Thomas schrieb:> Hätte ich nicht sogar drei P-Glieder ?> Einmal beim Differenzenverstärker, dann in der Mitte, und dann noch beim> Addierer ?
Da interessiert nur die Gesamtverstärkung, also die Summe der
Verstärkungen aller Stufen.
