Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PID-Regelkreis Basics


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Gerd (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

ich hätte mal eine Anfängerfrage zu einem PID-Regelkreis (erst mal egal 
ob der wirklich diskret aufgebaut oder mittels einer Software in einem 
DSP implementiert ist):

Angeommen, ich habe einen Lautsprecher, der ein Feedbacksignal liefert, 
d.h. ich kann zu jedem Zeitpunkt feststellen, wie stark dessen Membran 
wirklich ausgelenkt ist. Dann könnte ich diesen ja prinzipiell mit einem 
PID-Regelkreis betreiben, um eine möglichst wirklichkeitsnahe Wiedergabe 
zu erhalten, sprich dass die Trägheit der Lautsprechermembran 
ausgeglichen wird.

Weiterhin angenommen, die Maximalauslenkung dieses Lautsprechers ist bei 
+3V bzw. -3V Eingangsspannung erreicht (und die Spulen sind ausreichen 
dimensioniert, so dass diese für meine folgende Frage keine Rolle 
spielen).

Wenn der Lautsprecher jetzt einen Sprung zu einer bestimmten Auslenkung 
ausführen soll, so dauert das ja eine gewisse Zeit, in der sich die 
Membran dort hin bewegt und in der die Sollposition ungleich der 
Istposition ist.

Meine Frage: kann ich einen Regelkreis so dimensionieren, dass er für 
die Dauer des Weges zur Istposition eine höhere Spannung (z.B. 40 V) an 
die Spule anlegt, diese aber mit Annäherung der Soll- and die 
Istposition auf die entsprechende Spannung herunterregelt? Also dass der 
Regelkreis nicht nur mit den maximal +-3V arbeitet, sondern so lange die 
Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer deutlich höheren 
Spannung und Leistung arbeitet?

Danke!

von Rumms kaputt (Gast)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Deine Vorstellungen sind falsch!

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gerd schrieb:
> ...sondern so lange die Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer
> deutlich höheren Spannung und Leistung arbeitet?

Der D-Anteil macht genau das.

von Gerd (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Rumms kaputt schrieb:
> Deine Vorstellungen sind falsch!

Vielen Dank für deine umfangreichen und ausführlichen Ausführungen.
Jetzt weiß jeder Bescheid ;-)

von NichtWichtig (Gast)


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Das ist ja der Sinn und Zweck eine PID Reglers.

Aber bedenke das die maximale Frequenz der Regelung nicht über der vom 
Chassis liegen sollte wo die Membran noch keine Partialverzerrungen 
erzeugt, dann wäre der Vorteil der Regelung für die Katz weil diese 
Verzerrungen nicht kontrolliert werden könnten.

Wenn Du die Trennfrequenz aber tief genug ansetzt hast Du noch Raum nach 
oben für die Regelung.

Bei 40V würde ein krasse Beschleunigung wirken und bei Annäherung an die 
Sollposition wäre die Membran schnell was entsdprechende Bremskräfte 
nötig macht => PID Regler.

Achte auf die maximal Leistung des Chassis.

von Dussel (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ob das in dem Fall sinnvoll ist, ist eine Frage, aber grundsätzlich ist 
es genau das, was meine Regelung macht.

von Dergute W. (derguteweka)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Moin,

Ist genauso, wie wenn du Nudeln kochen willst: Du stellst das 
Nudelwasser auf den Herd und gibst Vollgas. Wenns dann kocht, Nudeln 
rein und den Herd auf deutlich kleiner stellen, sonst gibts Sauerei.
Denn du willst ja moeglichst schnell Nudeln essen, also sollte das 
Wasser idealerweise in einer Art Sprungfunktion von Wasserhahntemperatur 
auf 100°C sein.
Genauso laeufts bei deinem Lautsprecher. Nur sollte der eben die hoehere 
Leistung vertragen. So wie deine Herdplatte prinzipiell dafuer gebaut 
ist, mit maximaler Leistung zu laufen.
Verbaselst du deinen Herdanschluss, und die Platte haengt zwischen 2 
Phasen, dann koennte es zwar sein, dass dein Nudelwasser noch schneller 
kocht, aber koennte auch gut sein, dass deine Herdplatte einfach an 
Ueberlastung stirbt.
Das sollte bei Nudelwasserkochplatten und Lautsprechern vermieden 
werden.

Gruss
WK

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Solche Ansätze mit einer Regelung der Membramauslenkung gab es schon vor 
langer Zeit, d.h. in der 1970er Jahren, aber sie haben sich in den 
meisten Fällen als nicht vorteilhaft erwiesen. Alle paar Jahre holt zwar 
irgendjemand dieses Thema wieder aus der Schublade, aber das war es dann 
auch.

Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt 
sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene 
Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die 
Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher 
zwei gegensätzliche Anätze:

1. maximale Steifheit der Membran
2. maximale Schwingungsdämpfung

Die Lösung 1. sieht einfach aus, hat aber den Nachteil, dass es zur 
Ausbildung von Resonanzen kommen kann. Ein Weinglas klingt beim Anstoßen 
ja auch wesentlich stärker nach als ein Pappbecher, obwohl sich der 
Pappbecher deutlich stärker verformt.

Lösung 2. hat zwar tolle Dämpfungseigenschaften (Pappbecher), aber auch 
einen schlechten Wirkungsgrad und eine stark frequenz- und 
amplitudenabhängige Richtungsabhängigkeit der der Schallabstrahlung.

Wenn man nun mit einem einfachen PID-Regler ankommt und versucht, die 
Position der Lautsprechermembran an welchem Punkt auch immer zu regeln, 
machen sich die unterschiedlichen Laufzeiten der im Lautsprecher 
reflektierten Signalanteile deutlich bemerkbar. Das ganze wird dann eher 
völlig instabil werden. Wesentlich erfolgversprechender sind daher 
mittlerweile Ansätze mit adaptiven prädiktiven Reglern, die auf 
historische Abweichungen schauen, um damit ihre Parameter für zukünftige 
Signale zu optimieren.

Letztendlich ist aber die Position der Lautsprechermembran an einem 
bestimmten Punkt ohnehin nur ein mittelmäßig prächtiges Maß für die 
"korrekte" Schallabstrahlung. Letzendlich will man ja in den meisten 
Fällen den Sinneseindruck des Hörers optimieren. Und da liegen eben im 
wahrsten Sinne des Wortes Welten dazwischen.

Ein anderes, durchaus funktionsfähiges Verfahren besteht darin, am 
vermuteten Aufenthaltsort des späteren Zuhörers einen Kunstkopf zu 
platzieren und dann mittels geeigneter Testsignale die 
Systemeigenschaften der ganzen Signalübertragungskette vom 
Testsignalgenerator bis zum Ohr zu bestimmen und dann entsprechend zu 
optimieren. Mit PID-Reglern kommt man auf Grund der langen Totzeiten 
aber auch hier nicht voran.

von Hm... (Gast)


Bewertung
-3 lesenswert
nicht lesenswert
Alles tolle Theorie, aber im praktischen Beispiel Lautsprecher würden 
diese "Turboeffekte" das Endprodukt Schall totall verzerren, da das 
ganze System ja für die bekannte/ungetunte Dynamik ausgelegt ist.

von Öhm (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>> ...sondern so lange die Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer
>> deutlich höheren Spannung und Leistung arbeitet?

>Der D-Anteil macht genau das.
Nein. Der P Anteil macht das.

von Öhm (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Aufgabe des D-Anteils ist es, das System zu dämpfen.

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dergute W. schrieb:
> Denn du willst ja moeglichst schnell Nudeln essen, also sollte das
> Wasser idealerweise in einer Art Sprungfunktion von Wasserhahntemperatur
> auf 100°C sein.

Nein, das ist ein Trugschluss. Idealerweise sollte das Wasser sofort 
kochen. Wäre der Luftdruck geringer als bei Normbedingungen, so dass das 
Wasser z.B. bei 97°C kocht, dann hätte die schlagartige Erwärmung auf 
100°C zur Folge, dass der Schmodder überall durch die Gegend fliegt. 
Spätestens beim Hineinlegen der Nudeln würde der Siedeverzug zu einer 
schlagartigen Verdampfung führen.

Wie schon in meinen Ausführungen zu Lautsprechern dargestellt, ist daher 
ein einziger fester Surrogatparameter (Wassertemperatur) nur 
eingeschränkt sinnvoll.

Wesentlich sinnvoller wäre daher eine Anleitung wie: "Erhitze das Wasser 
so lange mit voller Leistung, bis rechnerisch bei bekannter Wassermenge 
und bekanntem Luftdruck der Siedepunkt knapp erreicht sein kann. Danach 
heize mit reduzierter Leistung weiter, bis kein Temperaturanstieg mehr 
erfolgt, also das Wasser siedet. Dann reduziere die Leistung weiter, um 
das Sieden aufrechtzuerhalten." Wenn die Wassermenge und der Luftdruck 
nicht bekannt sein sollten, muss ggf. von Anfang an nach der 
Temperaturanstiegsmethode geregelt werden, so wie es ja auch bei 
besseren Ladegeräten für NiCd- und NiMH-Akkus gemacht wird.

von NichtWichtig (Gast)


Bewertung
-4 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas S. schrieb:
>
> Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt
> sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene
> Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die
> Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher
> zwei gegensätzliche Anätze:

Ein solch mieses Chassis würde ich nichtmal ohne Regelung verbauen.

Der nutzbare F-Bereich ist jedoch beschränkt und wenn die membran 
anfängt nicht mehr Kolbenmässig zu arbeiten ist es Vorbei mit Klang.

Jeder LS-Bauer weis das und wählt seine Chassis und 
Trennfrequenzen/Steilheit entsprechend aus.

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Öhm schrieb:
> Die Aufgabe des D-Anteils ist es, das System zu dämpfen.

Je nachdem von wo aus man guckt. Es kommt darauf an, ob das 
Differenzierglied im Signalweg, oder in der Gegenkopplung liegt.

von Udo S. (urschmitt)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Öhm schrieb:
> Die Aufgabe des D-Anteils ist es, das System zu dämpfen.

Nein, D steht für differenzieren. Der D Anteil ist proportional zur 
Änderungsgeschwindigkeit der Regeldifferenz.
Sprich eine schnelle Sollwertänderung führt zu einem Regelsignal, 
genauso wie eine schnelle Momentanwertänderung.
Dabei ist es erst mal unerheblich ob die schnelle Momentanwertänderung 
auf eine Änderung des Stellwerts oder auf eine Störgröße zurückzuführen 
ist.

Korrekter wäre die Aussage das D Verhalten wirkt einer schnellen 
Änderung des Momentanwerts entgegen. Dämpfen ist falsch, denn ein zu 
starker D Wert macht ein System gerne auch mal instabil, ist dann also 
das Gegenteil einer Dämpfung.

von Joe G. (feinmechaniker) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Man beschreibe einen elektrodynamischen Lautsprecher mit 
(Beschleunigungs)gegenkopplung und berechne sein Verhalten grob 
(meinetwegen auch mittels Simulation). Somit bekommt man ein Gefühl 
dafür, was möglich ist. Ein guter Ansatz dafür ist in [1] zu finden.

[1] U. Mende: Netzwerkanalyse mit Mason-Graphen

von Gerd (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Andreas S. schrieb:
> Wesentlich sinnvoller wäre daher eine Anleitung wie: "Erhitze das Wasser
> so lange mit voller Leistung, bis rechnerisch bei bekannter Wassermenge
> und bekanntem Luftdruck der Siedepunkt knapp erreicht sein kann.

OK, erst mal vielen Dank für die umfangreichen Hinweise. Grundsätzlich 
geht es mir darum, mit dem System ein wenig zu spielen und mich endlich 
mal in die Regelungstechnick hineinzufuchsen. D.h. auch wenn der 
Lautsprecher hinterher auf Grund anderer Seiteneffekte schei** klingt, 
will ich mich doch an so einem System versuchen.

Und: ich kann keine Annahmen über das Verhalten des Lautsprechers/des 
Wassertopfes und den Eigenschaften seiner Umgebung treffen, da ich 
dessen Verhalten nicht kenne. D.h. es wäre eher meine Idee, diesen (da 
kommt dann eine DSP-Regelung ins Spiel) auszumessen und die besten 
PID-Werte mehr oder weniger Automatisch zu ermitteln. Aber das ist eher 
noch Zukunftsmusik :-)

von Gerd (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Öhm schrieb:
>>> ...sondern so lange die Membran nicht da ist, wo sie sein soll, mit einer
>>> deutlich höheren Spannung und Leistung arbeitet?
>
>>Der D-Anteil macht genau das.
> Nein. Der P Anteil macht das.

OK, der P-Anteil ist dann auch genau der, der zu einem Überschwingen 
führt, wenn er zu groß gewählt wird, richtig?

D.h. es muss abhängig vom Verhalten der Membran in der Nähe des 
Istwertes runtergeregelt/gedämpft werden. Das macht der D-Anteil?

von Günter Lenz (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
von NichtWichtig schrieb:
>Andreas S. schrieb:
>
>> Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt
>> sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene
>> Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die
>> Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher
>> zwei gegensätzliche Anätze:

>Ein solch mieses Chassis würde ich nichtmal ohne Regelung verbauen.

>Der nutzbare F-Bereich ist jedoch beschränkt und wenn die membran
>anfängt nicht mehr Kolbenmässig zu arbeiten ist es Vorbei mit Klang.

Ist aber grundsätzlich immer so wie "Andreas S." schrieb,
auch beim besten Lautsprecher. bei hohen Frequenzen schwingt
nur noch ein kleiner Teil in der Mitte der Membranfläche.
Es gibt Lautsprecher die haben deshalb einen Kleinen
Hochtonkegel in der Mitte.

Das gröste Problem bei Regelkreisen algemein ist, Regelschwingen
zu verhindern wenn das Steuern träge ist. Das war auch der
Grund, daß der Reaktor in Tschernobyl durchgegangen ist,
die Leute hatten schon längst gegengesteuert aber die
Temperatur ist trotzdem noch gestiegen. Ein anderes Beispiel,
ein Bauer hat mit seinem Trecker eine Kreissäge angetrieben,
der Trecker hatte eine Drehzahlregelung. Die Drehzahl lief
im Leerlauf immer abwechselnd schnell und langsam, nur
beim Sägen, also unter Last hat es sich dann stabilisiert.

von Frank K. (kibabalu)


Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Ein PID-Regler kann prinzipiell keine Strecken mit konjugiert komplexen 
Polen, also schwingungsfähige Systeme, regeln, ausser die Dämpfung ist 
ausreichend hoch. Es gibt dafür auch ein Kriterium. Schau mal in eines 
der Bücher von Aström rein. Er hat ein sehr anschauliches Kriterium 
basierend auf der Impulsantwort des Systems definiert.

Eine eingespannte Membran ist mit Sicherheit nicht stark gedämpft, dies 
widerspräche dem Sinn und Zweck einer Membran, stellt also ein schwach 
gedämpftes schwingungsfähiges System dar und ist daher nicht mittels 
eines PID-Reglers regelbar.

Aber auch wenn dem nicht so wäre, kann ein PID-Regler keine Dynamik bzw. 
Trägheit kompensieren. Deine Grundannahme in deinem Eröffnungsbeitrag 
war also schon falsch.

von Gunnar F. (gufi36)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gerd schrieb:
> Grundsätzlich
> geht es mir darum, mit dem System ein wenig zu spielen und mich endlich
> mal in die Regelungstechnick hineinzufuchsen.

Dann würde ich sagen, such Dir ein anderes Studienobjekt!
Hier wurde schon erklärt, wie komplex das Schwingungsverhalten der 
Membran ist.
Aber Du schreibst ja nonchalant:
> Angeommen, ich habe einen Lautsprecher, der ein Feedbacksignal liefert,
> d.h. ich kann zu jedem Zeitpunkt feststellen, wie stark dessen Membran
> wirklich ausgelenkt ist.
Hast Du den denn wirklich?
Ich kenne verschiedene Prinzipien, wie ein Mikrofon oder 
Beschleunigungsmesser auf der Membran, aber die haben ja IHRERSEITS auch 
ein dynamisches Verhalten und geben Dir NICHT die Info, wo sich die 
Membran gerade befindet!
Zumal Du den Begriff Auslenkung (s.o.) eh nicht "eindimensional" 
betrachten kannst. Da bilden sich die witzigsten Partialschwingungen und 
damit nichtlineare Verzerrungen.

von NichtWichtig (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Günter Lenz schrieb:
> von NichtWichtig schrieb:
>>Andreas S. schrieb:
>>
>>> Eine Lautsprechermembran ist nicht völlig steif, sondern sie verformt
>>> sich bei der Bewegung ganz erheblich, d.h. zu einen durch ihre eigene
>>> Massenträgheit und zum anderen durch den Luftwiderstand bzw. die
>>> Luftmassenträgheit. Bei der Konstruktion von Lautsprechern gibt es daher
>>> zwei gegensätzliche Anätze:
>
>>Ein solch mieses Chassis würde ich nichtmal ohne Regelung verbauen.
>
>>Der nutzbare F-Bereich ist jedoch beschränkt und wenn die membran
>>anfängt nicht mehr Kolbenmässig zu arbeiten ist es Vorbei mit Klang.
>
> Ist aber grundsätzlich immer so wie "Andreas S." schrieb,
> auch beim besten Lautsprecher. bei hohen Frequenzen schwingt
> nur noch ein kleiner Teil in der Mitte der Membranfläche.
> Es gibt Lautsprecher die haben deshalb einen Kleinen
> Hochtonkegel in der Mitte.
>

Natürlich gibt es Breitbänder die das so machen, sogar sehr gute und 
sehr teure. (z.B. AER 
https://aer-loudspeakers.com/aer-breitbandchassis-bd/?lang=de)

T+A hatte in ihrer A2D optische Sensoren an den Bässen um die 
Digitalweiche mit der IST-Position der Membran zu füttern, die DSP 
werden wohl genau das gemacht haben was der TO hier versuchen möchte.
https://www.ta-hifi.de/wp-content/uploads/solitaire_a2d_de.pdf

Backes&Müller - heute wohl Silbersand - haben aktive Regelungen schon 
vor Jahrzehnten gemacht.

Und es wird sicher noch mehr davon geben.

Bei einer Mehrwegebox werden sinnigerweise Chassis insbesondere im Tief- 
und Mitteltonbereich eingesetzt wo die obere Trennfrequenz so gelegt 
wird das der Bereich wo das Chassis anfängt zu klirren nicht mehr 
angeregt wird.

Z.B. "Klang+Ton" oder "Hobby HiFi" zeigen bei ihren LS Bauvorschlägen 
genau das jedesmal auf!

von Rumms kaputt (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Der Ansatz ist sehr einfach. Mikrophon und Lautsprecher bilden einen 
Verstaerker.

Also das Signal des Lautspreches auf den Pegel des Mikros bringen und 
dann eine Differenz bilden. Ist sie Null, dann ist alles ok.

Mit geeigneten Reglern die Summe zu Null bringen das ist die Aufgabe.

von Peter B. (olduri)


Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Ich empfehle zum Thema mal bei "Motional Feedback" zu googeln, was ja 
auch tatsächlich mal durchgeführt wurde und zu kaufen war.

Ein anderes Verfahren ist, den Lautsprecher in eine Brückenschaltung 
einzugliedern und einen Brückenzweig zur Gegenkopplung zu nutzen. Sollte 
theoretisch dessen Eigenleben wirksam unterdrücken. Kann man als Bastler 
und Hobbyentwickler gerne mal ausprobieren, am besten mit Ohrenschutz, 
wenn die Gegenkopplung zu zur Rückkopplung mutiert ...

Die besten Ergebnisse bekommt man heute schlicht und ergreifend mit 
einem normal (durch die Verstärker-Gegenkopplung niederohmig) 
angeschlossenen Lautsprecher, dessen Frequenzgang und vor allem dessen 
Raum-Moden im Abhörraum (an der Abhörposition!) mittels DSP optimiert 
werden.

Irgendwelche Gegenkopplungen über ein Mikrofon wird entweder völlig 
wirkungslos sein oder zu übelstem Pfeifkonzert führen.

Grüße, OldUri

Nachtrag: ich sehe gerade, dass, seit ich diesen Beitrag begonnen habe, 
einiges von dem schon ausführlich erwähnt wurde.

: Bearbeitet durch User
von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
NichtWichtig schrieb:
> T+A hatte in ihrer A2D optische Sensoren an den Bässen um die
> Digitalweiche mit der IST-Position der Membran zu füttern, die DSP
> werden wohl genau das gemacht haben was der TO hier versuchen möchte.
> https://www.ta-hifi.de/wp-content/uploads/solitaire_a2d_de.pdf

In dem Datenblatt steht keineswegs etwas von einem PID-Regler, wie ihn 
der TE unbedingt verwendet will. Dort wird auch nur allgemein gesagt: 
"Die Bässe werden opto-elektronisch überwacht.", jedoch ohne einen 
Hinweis auf eine Positions- und Geschwindigkeitsregelung. Wahrscheinlich 
hatte der Hersteller so etwas geplant, aber entweder nicht 
fertiggestellt bekommen, oder es klang kacke.

> Backes&Müller - heute wohl Silbersand - haben aktive Regelungen schon
> vor Jahrzehnten gemacht.

Genau. Vor Jahrzehnten. Wie von mir beschrieben.

Und trotzdem hat es sich nicht durchgesetzt, obwohl heutzutage die 
entsprechende Sensorik um Größenordnungen billiger und kleiner wäre als 
damals.

> Bei einer Mehrwegebox werden sinnigerweise Chassis insbesondere im Tief-
> und Mitteltonbereich eingesetzt wo die obere Trennfrequenz so gelegt
> wird das der Bereich wo das Chassis anfängt zu klirren nicht mehr
> angeregt wird.

Du hast offenbar überhaupt nicht ansatzweise die physikalischen 
Hintergründe von Lautsprechern verstanden. Selbst wenn man einen 
Breitbandlautsprecher mit idealer Steifigkeit der Membran und idealer 
Ansteuerung und Auslenkung hätte, käme es dennoch zu Verzerrungen. Die 
Gründe hierfür liegen zum einen in der amplitudenabhängigen 
Dopplerverschiebung verschiedener Frequenzen und zum anderen in einer 
nichtlinearen Dichtemodulation der angeregten Luft. Diese Effekte machen 
sich bei geringen Lautstärken nicht bemerkbar, sondern nehmen erst mit 
der  Lautstärke bzw. Membrangeschwindigkeit zu.

Bei realen Lautsprechern kommen natürlich auch noch andere Effekte 
hinzu.

von NichtWichtig (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Man sollte daher klein anfangen und sich bzw. auf das Basschassis 
begrenzen.

Die bereits angesprochen Membranverzerrungen sollte damit nicht zu 
standen kommen.

Wenn dort ein brauchbares Ergebnis erzielt wurde darf man über den 
Mitteltöner nachdenken und versuchen das Vorhandene dort hin zu 
adaptieren.

Aber die Praxis zeigt das aktiv geregelte Systeme im Hochpreissegment zu 
finden sind und durch lange Entwicklungsprozesse liefen.
Das ist eher nix für Einsteiger.

von Öhm (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Ein PID-Regler kann prinzipiell keine Strecken mit konjugiert komplexen
>Polen, also schwingungsfähige Systeme, regeln, ausser die Dämpfung ist
>ausreichend hoch.

Was?
Ein PID ist der ideale Regler für eine PT2 Strecke. Auch für solche mit 
Null Dämpfung.

von Frank K. (kibabalu)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Öhm schrieb:
>>Ein PID-Regler kann prinzipiell keine Strecken mit konjugiert komplexen
>>Polen, also schwingungsfähige Systeme, regeln, ausser die Dämpfung ist
>>ausreichend hoch.
>
> Was?
> Ein PID ist der ideale Regler für eine PT2 Strecke. Auch für solche mit
> Null Dämpfung.

Dann mach das doch mal und widerlege die Theorie.

von Öhm (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das ist keine Theorie. Ich glaube auch nicht, dass das Buch falsch ist, 
dass du zitiert. Vermutlich hast du es falsch verstanden.

Ich könnte auch sehr gut beweisen/darstellen, weshalb ein PID genau der 
passende Regler für eine Strecke 2. Ordnung ist. Erfordert aber einige 
Skizzen.

Aber dass man eine eine ungedämpfte Strecke 2. Ordnung mit einem PID 
oder PD perfekt regeln kann kann man ja mit jedem Simulationsprogramm 
zeigen. Sogar LT Spice.

Sogar ein inverses Pedel kann man gut man mit einem PD regeln. I braucht 
man da ja nicht :)

von Öhm (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Ich könnte auch sehr gut beweisen/darstellen,
Kurzfassung ohne Skizze: über den Umweg eines Zustandsreglers, den man 
dann aber sehr einfach in einen PID überführen kann.
Die PT2 Strecke in der Regelungsnormalform. Die Rückführung der 
Zwischengröße zwischen beiden Energiespeichern entspricht der Dämpfung. 
Parallel dazu kann man sich den D-Anteil denken, denn die Zwischengröße 
kann ich durch den Differentiator beobachten.

von Frank K. (kibabalu)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Öhm schrieb:
> Das ist keine Theorie. Ich glaube auch nicht, dass das Buch falsch ist,
> dass du zitiert. Vermutlich hast du es falsch verstanden.
>
> Ich könnte auch sehr gut beweisen/darstellen, weshalb ein PID genau der
> passende Regler für eine Strecke 2. Ordnung ist. Erfordert aber einige
> Skizzen.
>
> Aber dass man eine eine ungedämpfte Strecke 2. Ordnung mit einem PID
> oder PD perfekt regeln kann kann man ja mit jedem Simulationsprogramm
> zeigen. Sogar LT Spice.
>
> Sogar ein inverses Pedel kann man gut man mit einem PD regeln. I braucht
> man da ja nicht :)

Natürlich kann ich mal etwas nicht verstanden haben. Es gibt sogar sehr 
viel mehr Sachen die ich nicht verstehe, als Dinge die ich verstehe. Das 
muss ich, leider, trotz der vielen Jahre Berufserfahrung als 
Regelungstechniker immer wieder feststellen.

In diesem Fall allerdings mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht. Nach nun 
schon mehreren Dekaden in Lehre und Forschung und industrieller 
Entwicklung hätte schon jemand Prof. Aström und mich aufgeklärt.

Hast Du schon mal einen Regler entworfen? Mach doch einfach mal und 
überzeuge mich mit Fakten.

von Nichtverzweifelter (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ist nur im Bassbereich sinnvoll, weil nur da "merklicher Hub", sprich 
"Wegstrecke".
Ziel: Resonanzfrequenz des geschlossenen Gehäusevolumens mit der 
Federkonstante des Chassis ausbügeln, glatter Frequenzgang.

Serienmässig: Philips MFB567 u.a.
"Motional Feedback Bass", Piezo-Biegeschwinger als 
Beschleunigungsaufnehmer.
Funktioniert hervorragend.

von Rumms kaputt (Gast)


Bewertung
-2 lesenswert
nicht lesenswert
Falsch mein Herr!

von Öhm (Gast)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Mach doch einfach mal und überzeuge mich mit Fakten.

Voila. hier eine PID Regler realisiert mit OPVs.
Strecke ist eine schwach gedämpfter LC Schwingkreis.

Oben (in grün) sieht man die Sprungantwort ohne Regler.

Unten mit PID Regler in blau. Sehr schön zu sehen, wie die Strecke 
entdämpft wird.

Anbei auch das LTC Spice ASC File

von Gerd (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gunnar F. schrieb:
>> Angeommen, ich habe einen Lautsprecher, der ein Feedbacksignal liefert,
>> d.h. ich kann zu jedem Zeitpunkt feststellen, wie stark dessen Membran
>> wirklich ausgelenkt ist.

> Hast Du den denn wirklich?

Ja, habe ich. Das Feedback wird über ein Analogsignal geliefert 
(Stromfluss proportional zur jeweiligen Auslenkung).

von Frank K. (kibabalu)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Öhm schrieb:
>>Mach doch einfach mal und überzeuge mich mit Fakten.
>
> Voila. hier eine PID Regler realisiert mit OPVs.
> Strecke ist eine schwach gedämpfter LC Schwingkreis.
>
> Oben (in grün) sieht man die Sprungantwort ohne Regler.
>
> Unten mit PID Regler in blau. Sehr schön zu sehen, wie die Strecke
> entdämpft wird.
>
> Anbei auch das LTC Spice ASC File

Hallo Ühm,

zuerst einmal Danke für die Mühe. Find ich wirklich klasse, findet man 
in diesem Forum nicht so oft.

Die Führungsübertragungsfunktion für einen kleinen Sollwertsprung unter 
idealen Verhältnissen innerhalb einer Simulationsumgebung ohne Rauschen 
und Störungen sieht überraschend gut aus. Aber wie schaut es mit der 
Störübertragungsfunktion aus? Und wie mit der Robustheit? Könnte man den 
Regler so wie Du ihn entworfen hast in der Praxis einsetzen?

Kenne mich mit LTSpice nicht so gut aus, ich komme aus der Matlab-Ecke. 
Es ist mir leider nicht gelungen ein Bode-Diagramm des offenen Kreises 
zu ermitteln. Es kam immer eine Fehlermeldung: `Matrix is singular`. Du 
bekommst das sicher schneller hin als ich. Schaue Dir da mal den 
Amplituden- und Phasenrand an und bewerte die Robustheit des Entwurfs.

Aber auch im Zeitbereich kannst Du schon ein Problem Deines Regelkreises 
erkennen: Gebe mal einen nicht ganz so winzigen Sollwert vor, z. B. 1V, 
und gebe eine sprungförmige Störung auf den Ausgang der Strecke, z. B. 
0.1V. Prinzipiell solltest Du noch Rauschen addieren. Real vorhandenes 
Messrauschen und auftretende höherfrequente Störungen schränken in der 
Praxis die Verwendung des D-Anteils stark ein bzw. verhindern ihn sogar 
(zumindest in mechatronischen Systemen, aus der Ecke komme ich).

Schau Dir auch mal das Kriterium nach Aström an: Der Quotient aus dem 
Integral über die Impulsantwort und dem Integral des Betrages der 
Impulsantwort muss größer als ca. 0.8 sein (aus dem Gedächtnis, habe die 
Qualle nicht hier). Ein ungedämpftes PT2 hätte hier als Ergebnis `0`, 
ein PT2 mit nur reellen Polen ein '1', alles andere liegt dazwischen.

: Bearbeitet durch User
von Rumms kaputt (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Öhm schrieb:
>>Mach doch einfach mal und überzeuge mich mit Fakten.
>
> Voila. hier eine PID Regler realisiert mit OPVs.

Schoen waere es wenn sich die Regler mit Potis von 0 bis 100 % 
einstellen liessen in der Simulation.

> Strecke ist eine schwach gedämpfter LC Schwingkreis.
>
> Oben (in grün) sieht man die Sprungantwort ohne Regler.
>
> Unten mit PID Regler in blau. Sehr schön zu sehen, wie die Strecke
> entdämpft wird.
>

Ist es nicht gerade umgekehrt? Ich wuerde vermuten dass das
Gegenteil richtig ist.
> Anbei auch das LTC Spice ASC File

Vielen Dank fuer die Muehe.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.