Hallo,
ich habe eine Verständnisfrage. Nehmen wir einen Lageregler der einen DC
Motor steuert (PWM=Speed) und ein Poti das die Ist Position erfasst.
Dazu gibt es als Input eine Vorgabe der Solllage. Der Lageregler
produziert je nach Soll/Ist Abweichung als Ausgangsgröße eine Drehzahl
für den Motor. Wenn die Abweichung sehr klein ist wird eine kleine
Drehzahl vorgegeben. Nun wirkt am Motor aber ein Gegendrehmoment, d.h
der Motor dreht sich nicht mit der kleinen Drehzahlvorgabe (was ja einer
PWM Spg. am Motor entspricht. ) Damit der Motor in Bewegung kommt und
das gegenmoment überwinden kann muss die Drehzahlvorgabe = Spg. am Motor
steigen, das macht der Regler aber nicht selbständig. Was kann man
Regelungstechnisch tun ?
pb1966
In der Praxis wird mit einer Stromüberhöhung gearbeitet, die das
Losbrechmoment kompensiert. Bei entsprechenden Regelungen ist das ein
Parameter, der gesetzt werden kann. Ein zweiter Parameter wäre, wie
lange diese Überhöhung anliegen darf. Üblicherweise nimmt man dort
einige wenige Sekunden.
pb1966 schrieb:> Was kann man> Regelungstechnisch tun ?
PID-Regler benutzen mit P, I und D-Anteil. Dafür sind die Dinger da. Je
länger die Regelabweichung vorliegt desto stärker wird der Motor
angesteuert.
2 unabhängige Regelkreise aufbauen. Der innere Regelkreis regelt die
Drehzahl des Motors nach der Sollvorgabe, welche vom äuseren Regelkreis
vorgegeben wird.
Der äusere Regelkreis regelt dann die Lage.
Ralph Berres
Martin S. schrieb:> In der Praxis wird mit einer Stromüberhöhung gearbeitet, die das> Losbrechmoment kompensiert. Bei entsprechenden Regelungen ist das ein> Parameter, der gesetzt werden kann. Ein zweiter Parameter wäre, wie> lange diese Überhöhung anliegen darf. Üblicherweise nimmt man dort> einige wenige Sekunden.
Das funktioniert nicht, der Strom stellt sich ein wenn eine Spg. am
Motor anliegt, ist diese Spg. klein fließt kein höherer Strom aufgrund
des Innenwiderstands. Nur wenn die Spg. erhöht wird fließt mehr Strom
Einfach kannst du die PWM Spannung statt von 0%-100% immer von 0 ->
10%-100% laufen lassen (also die ersten 10% überspringen), damit
kompensierst du den Totbereich in dem der Motor nicht dreht. Die
Stromüberhöhung wird aber auch über den Stromsollwert gesteuert ist aber
ein kurzer starker Impuls. Die Länge und Höhe zu bestimmen ist aber
nbicht ganz ohne außerdem kann der Impuls auch immer nett resonanzen
anregen.
Das Ganze ist letztenendes ein Haftreibungsproblem. Kann einem die
schönsten Regelungen versauen.
Tom schrieb:> Ralph hat es angedeutet, die Regelkreise sich dann aber nicht mehr> unabhängig.
Der innere Regelkreis ( also die Drehzahlregelung ) muss (ohnehin )
wesentlich schneller sein als die Lageregelung, sonst funktioniert das
nicht.
Natürlich führt die Drehzahlregelung nur das aus, was er von der
Lageregelung als Sollwert vorgegeben bekommt.
Ralph Berres
Ralph B. schrieb:> 2 unabhängige Regelkreise aufbauen. Der innere Regelkreis regelt die> Drehzahl des Motors nach der Sollvorgabe, welche vom äuseren Regelkreis> vorgegeben wird.
Das ganze nennt sich dann nicht mehr Regelkreis, sondern Schwingkreis.
Solange du dran glaubst, dass dieser Schwingkreis deine Aufgabe regelt,
KANN es funktionieren, muss aber nicht. Und sowie dir leiseste Zweifel
kommen, ob zwei gekoppelte Differentialgleichungen erster Ordnung nicht
eigentlich einen harmonischen Oszillator charakterisieren statt eine
Fixpunktlösung zu halten, wird dir der Arbeitspunkt wegrutschen, und
dein Motor schüttelt alles kräftig durch. Viel Spaß dabei.
Oszillator schrieb:> Das ganze nennt sich dann nicht mehr Regelkreis, sondern Schwingkreis.> Solange du dran glaubst, dass dieser Schwingkreis deine Aufgabe regelt,> KANN es funktionieren, muss aber nicht. Und sowie dir leiseste Zweifel> kommen, ob zwei gekoppelte Differentialgleichungen erster Ordnung nicht> eigentlich einen harmonischen Oszillator charakterisieren statt eine> Fixpunktlösung zu halten, wird dir der Arbeitspunkt wegrutschen, und> dein Motor schüttelt alles kräftig durch. Viel Spaß dabei.
99% aller Vorschubachsen an Werkzeugmaschinen beweisen wie unglaublich
unrecht du damit hast. Die sind alle als Kaskadenregelungen aufgebaut,
und dabei von sogar 3 Regelkreisen: Strom-> Drehzahl -> Position.
Sollche systeme die aus mehreren Differentialgleichungen bestehen können
übrigens auch sehr gut gedämpft sein.
Darum geht es hier aber garnicht. Es geht darum das der Motor nicht auf
kleine Erregerspannungen reagiert. Und das löst man am besten indem man
den Strom etwas mehr anschubst bis der Motor dreht.
Sly_marbo schrieb:> 99% aller Vorschubachsen an Werkzeugmaschinen beweisen wie unglaublich> unrecht du damit hast. Die sind alle als Kaskadenregelungen aufgebaut
Kaskadenregelungen, die nachweislich NICHT zum Schwingen tendieren,
haben aber weitere Stabilisierungselemente integriert, die für alle
erwarteten Lastfälle ausgelegt sein müssen.
Bei der Auslegung hast du die Wahl. Du beschränkst dich auf harmlose
Lasten, und die Kaskadenregelung arbeitet im Normalfall so, wie du es
dir wünschst. Wenn aber im falschen Moment jemand hustet, springst du in
den singulären Zustand, und dein System zerlegt sich.
Oder du stabilisierst für den worst case, und die Zeitkonstante der
Regelung geht gegen unendlich, so dass die Kaskadenregelung um so
unbrauchbarer wird, je mehr Stabilität gefordert ist.
Wie du es drehst und wendest, einen stabile und brauchbare
Kaskadenregelung schließt sich gegenseitig aus. Einzig der Glaube hilft,
wie du schon sagst, "es hätt noch immer jot jejange", und in der Praxis
werden häufig System betrieben, deren Stabilitätsgrenzen mathematisch
berechenbar wären. Werden diese Grenzen zufällig nach ein paar Tagen
oder Jahren überschritten, springt die Versicherung ein. Mit
Ingenieurswesen hat solche Arbeitsweise nichts gemein, sondern es
braucht intelligentere Mechanismen als eine Kaskadenregelung.
Mit
> Ingenieurswesen hat solche Arbeitsweise nichts gemein, sondern es> braucht intelligentere Mechanismen als eine Kaskadenregelung.
Und welche sind das?
Martin S. schrieb:> Und welche sind das?
Ich werde dir wohl nicht verständlich machen können, dass beliebig große
Systeme aus P,I- und D-Reglern mit mindestens 2 D-Elementen nicht linear
stabilisiert werden können. Dafür fehlen dir 2-3 Jahre Mathestudium.
Allgemeine Verfahren gibt es nicht. Für kritische Anwendungen behilft
man sich mit adaptiven, nichtlinearen Regelstabilisatoren mit
likelyhood-Charakterisierung, die das System bei charakteristischer
Instabilität in weniger als einer Resonanzperiode kontrolliert
herunterfährt.
Oszillator schrieb:> dass beliebig große> Systeme aus P,I- und D-Reglern mit mindestens 2 D-Elementen nicht linear> stabilisiert werden können.
Man muss die innere Regelschleife ja nicht zwangsläufig als PID Regler
ausführen. Das dürfte in diesem Falle , wo es eine Hysterese gibt
ohnehin nicht zielführend sein. Hier würde ein reiner P-Regler eventuell
schon helfen.
Ralph Berres
Ralph B. schrieb:> Hier würde ein reiner P-Regler eventuell> schon helfen.
Und da ist es schon wieder, das Wörtchen "eventuell". Ja, wenn du dir
die Randbedingungen schönredest, keine Störungen, kein Noise, keinen
Bias, keinen Drift annimmst, kann es eventuell funktionieren. Das ist
aber nicht die Situation, aus der der OP fragt.
Ohne Angaben über Zeitkonstanten, dominante Störungen im nieder- und
hochfrequenten Spektrum sowie Gleichanteil kann man seinen Frage mal nun
so gar nicht beantworten. Es sei denn man will sich lächerlich machen
und zeigen, dass man nur Lehrbuchinhalte nachplappern kann.
Oszillator schrieb:> Martin S. schrieb:>> Und welche sind das?>> Ich werde dir wohl nicht verständlich machen können, dass beliebig große> Systeme aus P,I- und D-Reglern mit mindestens 2 D-Elementen nicht linear> stabilisiert werden können. Dafür fehlen dir 2-3 Jahre Mathestudium.
Glaub mir, mein Mathe reicht zumindest für das Verständnis aus, obgleich
ich beim Entwurf scheitern würde (7 Jahre nach dem Studium, und nie
benutzt, ist das halt leider so). Außerdem betrifft das doch eher die
Systemtheorie, oder?
Abgesehen davon: Wir wissen nichts über seinen Regler und auch nicht, ob
das Signal durch einen Regelkreis erzeugt wird, oder ob das Ding nur
stupide nach Poti-Stellung ein Äquivalent ausgibt. Daher auch meine
obere Aussage (2ter Post).
> Allgemeine Verfahren gibt es nicht.
Das dachte ich mir schon. Aber da auch immer neue Verfahren entwickelt
werden, hätte es ja durchaus sein können, dass jemand eine bessere Idee
hatte.
> Für kritische Anwendungen behilft> man sich mit adaptiven, nichtlinearen Regelstabilisatoren mit> likelyhood-Charakterisierung, die das System bei charakteristischer> Instabilität in weniger als einer Resonanzperiode kontrolliert> herunterfährt.
Was aber voraussetzt, dass diese Störgröße von Anfang an in Betracht
gezogen wurde. Für alle anderen sieht es dann ziemlich düster aus.
Oszillator schrieb:> Allgemeine Verfahren gibt es nicht. Für kritische Anwendungen behilft> man sich mit adaptiven, nichtlinearen Regelstabilisatoren mit> likelyhood-Charakterisierung, die das System bei charakteristischer> Instabilität in weniger als einer Resonanzperiode kontrolliert> herunterfährt.
Und du bist natürlich der Einzigste (!) der dieses Gebiet beherrscht ;-)
Natürlich funktionieren Kaskadenregler und die schwingen auch nicht.
Auch ist das kein Glück, sondern Auslegungssache. Natürlich gibt es
viele Anwendungen, wo der Kaskadenregler nicht zum Erfolg führt. Das ist
aber eine Binsenweisheit. Es gibt auch viele Anwendungen wo der
Akkuschrauber nicht zum Erfolg führt.
Übrigens kann ein Zustandsregler in Kaskadenform überführt werden.
pb1966 schrieb:> Hallo,>> ich habe eine Verständnisfrage. Nehmen wir einen Lageregler der einen DC> Motor steuert (PWM=Speed) und ein Poti das die Ist Position erfasst.> Dazu gibt es als Input eine Vorgabe der Solllage. Der Lageregler> produziert je nach Soll/Ist Abweichung als Ausgangsgröße eine Drehzahl> für den Motor. Wenn die Abweichung sehr klein ist wird eine kleine> Drehzahl vorgegeben. Nun wirkt am Motor aber ein Gegendrehmoment, d.h> der Motor dreht sich nicht mit der kleinen Drehzahlvorgabe (was ja einer> PWM Spg. am Motor entspricht. ) Damit der Motor in Bewegung kommt und> das gegenmoment überwinden kann muss die Drehzahlvorgabe = Spg. am Motor> steigen, das macht der Regler aber nicht selbständig. Was kann man> Regelungstechnisch tun ?>> pb1966
dazu braucht es mindestens einen integralen Anteil in der
Reglerstruktur. In "einfachen" Kaskadenreglern erledigt meist der dem
Lageregler unterlagerte Drehzahlregler diese Aufgabe und um den Motor
performanter und überlastfrei zu regeln, bedient man sich meist noch
eines Stromreglers als unterste Schicht. Diese Struktur ist weit
verbreitet, wirft aber Stabilitäts- und Abgleichsprobleme auf wie schon
erwähnt. Eleganter ist das mit einem Beobachter für Last/Reibung in
Verbindung mit einer Motor-/Lastmodellierung lösbar. PWM stellt übrigens
keine Drehzahl, sondern über Motorkonstante 1 und Strom ein Moment. Die
wirksame Spannung wird über Motorkonstsnte 2 und Drehzahl dann wieder
reduziert, wobei sich ein Gleichgewicht bei einer gewissen Drehzahl
einstellt. Beobachtet man jetzt z.B. das Losbrechmoment im Betrieb kann
man das entsprechend vorhalten und somit die Nichtlinearität der Strecke
entfernen. Genauso verhält es sich mit Antriebshysteresen etc. Es lassen
sich dafür bestens MPC-Regelerstrukturen verwenden, da sich
Antriebssysteme durchaus sehr gut modellieren lassen und die
Motormomente zusätzlich meist deutlich über den zu erwartenden
Lastmomenten liegt, was die Sache zusätzlich veteinfacht.
Grüsse
Kaskadenregelungen sind bei Servoantrieben seit Jahrzehnten bewährte
Technik. Die Regler müssen dabei von außen nach innen schneller werden.
Der Lageregler ist üblicherweise ein reiner P-Regler, Drehzahl- und
Stromregler sind PI- oder PID.
Schwingen tut da nichts, so lange man es mit den Reglereinstellungen
nicht übertreibt. Dann wird das System instabil, das ist logisch und
kann auch mit den bewährten systemtheoretischen Methoden (Bode-Diagramm,
Pol-Nullstellendarstellung usw.) nachvollzogen werden.
Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann
Thorsten O. schrieb:> Die Regler müssen dabei von außen nach innen schneller werden.
So sehe ich das auch. Der innere Regler muss der schnellste sein.
> Der Lageregler ist üblicherweise ein reiner P-Regler, Drehzahl- und> Stromregler sind PI- oder PID.
Kannst du mir erklären warum das so ist?
Ich hätte es jetzt umgekehrt vermutet.
Ralph Berres
Ralph B. schrieb:> Kannst du mir erklären warum das so ist?
Da brauch es noch nichtmal viel Systemtheorie für.
Einfaches Beispiel:
Kaskadierter Lageregler mit unterlagertem asymptotisch stabilen
Drehzahlregler.
Da steckt der geforderte I-Anteil schon in der Strecke.
Eingang = Drehzahl, Ausgang = Winkel
DC schrieb:> dazu braucht es mindestens einen integralen Anteil in der> Reglerstruktur.
Wenn der überlagerte Lageregler (P-Regler) nun einen verbleibenden
Regelfehler hat resultiert das in einer Solldrehzahl, die (dank
asymptotisch stabilen Regler) auch erreicht wird. Und diese Solldrehzahl
wird erst zu Null wenn der Regelfehler gleich Null ist.
Was gibt denn bei der Kaskadenregelung die Lageregelung (10ms) der
Geschwindigkeitsregelung (2ms) für eine Geschwindigkeit vor, wenn die
Abweichung vom Soll ein Inkrement ist?
Ralph B. schrieb:> Thorsten O. schrieb:>> Die Regler müssen dabei von außen nach innen schneller werden.>> So sehe ich das auch. Der innere Regler muss der schnellste sein.
Das gibt zumindest die sauberste Oszillation, ja.
Zitronen F. schrieb:> Allenfalls sollte man sich auch von DC Motoren loesen ... Und einen> Schrittmotor oder einen BLDC einsetzen.
Das sind natürlich genauso kaskadierte Regler. In der innen
Regelschleife wird der Strom für jeden Strang individuell geregelt, in
der äußeren die Drehzahl bzw. Positionierung.
pb1966 schrieb:> Nehmen wir einen Lageregler der einen DC> Motor steuert (PWM=Speed) und ein Poti das die Ist Position erfasst.
Während hier über Kaskadenregelung philosopiert wird:
> Dazu gibt es als Input eine Vorgabe der Solllage. Der Lageregler> produziert je nach Soll/Ist Abweichung als Ausgangsgröße eine Drehzahl> für den Motor. Wenn die Abweichung sehr klein ist wird eine kleine> Drehzahl vorgegeben.
Das nennt man P-Regelung, effektive PWM Spannung und damit Drehzahl
proportional zu Lageabweichung.
Der P-Anteil im PID Regler sorgt dafür, daß man nicht über's Ziel hinaus
schiesst und drumrum pendelt.
> Nun wirkt am Motor aber ein Gegendrehmoment, d.h> der Motor dreht sich nicht mit der kleinen Drehzahlvorgabe (was ja einer> PWM Spg. am Motor entspricht. ) Damit der Motor in Bewegung kommt und> das gegenmoment überwinden kann muss die Drehzahlvorgabe = Spg. am Motor> steigen, das macht der Regler aber nicht selbständig. Was kann man> Regelungstechnisch tun ?
Das macht der I-Anteil eines PID Reglers: Je länger eine Regelabweichung
besteht, um so mehr dreht man auf, hier die Spannung am Motor damit er
die Drehzahl erreicht die man braucht.
Der I-Anteil im PID sorgt dafür, daß der Sollwert EXAKT getroffen wird.
Man ist also bei dem einfachen Beispiel noch weit weg von einer
Kaskadenregelung.
Michael B. schrieb:> Das nennt man P-Regelung, effektive PWM Spannung und damit Drehzahl> proportional zu Lageabweichung.>> Der P-Anteil im PID Regler sorgt dafür, daß man nicht über's Ziel hinaus> schiesst und drumrum pendelt.
du vergisst aber das es bei dem Motor eine Schwelle gibt , bei der er
erst losläuft, und dabei dann schon viel zu schnell läuft.
Um das zu vermeiden wäre jetzt die innere Regelschleife vonnöten.
Ralph Berres
Oh man, wenn ihr keine Ahnung von Mathematik habt und gerade einmal das
Wort "Regelkreis" fehlerfrei copy&pasten könnt, dann beteiligt euch doch
nicht an Diskussionen zum Thema Regelung.
Mit jedem Wort, das ihr tippt, verstrickt ihr euch in mindestens 2
Widersprüche. Da kommt man einfach nicht gegenan.
@pb1966, glaub diesen Spinnern kein Wort. Nichts von alledem
funktioniert. Du hast nichts von der Dimensionierung deines Systems
verraten. Daher kann dir niemand seriös helfen. Wer das Gegenteil
behauptet, hat von Regelungstechnik weniger Ahnung als ein 3-Jähriger,
der immerhin schon mit einer Schaukel umgehen kann.
Wenn dir eine Lösung wichtig ist, vergib einen Auftrag an ein
Ingenieursbüro, das erwiesenermaßen komplexe Regelungen beherrscht, die
über PID und Kaskadenregler hinausgehen.
Ich werde langsam das Gefühl nicht los, dass Du als High-Performer für
11:10 verdammt viel Zeit zum Tippen von Forenbeiträgen hast.
Wenn ich jemanden mit Deiner Expertise anstellen würde, dann würde ich
dafür sorgen, dass Deine Zeit durch produktive Arbeit ausgelastet ist.
11:00
11:10
11:59
13:28
15:00
15:42
Entweder hast Du also von 10:45 bis 11:30, dann von 11:45 bis 13:30 und
von 14:45 bis 15:45 Pause, oder nichts zu tun (was Deinem Wissenstand
nicht ensprechen würde), oder bist arbeitslos.
Bevor Du dich also zum Oberlehrer aufspielst, und allen an den Kopf
wirfst, wie unfähig sie sind, könntest Du Deine Zeit vielleicht weitaus
sinnvoller nutzen, wenn Du an Dir arbeitest - oder Dir eine neue Stelle
suchen, die Deinem Wissenstand gerecht wird.
Aktuell scheinst Du ziemlich unter- oder überfordert.
