Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning Kaskadenregelung vs Zustandsregelung


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von svenD (Gast)


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Hallo, Folgendes:

Angenommen man macht eine Positionsregelung einer linearen Strecke und 
kennt die Übertragungsfunktion zwischen Stellgröße und dem 
zurückgelegten Weg.

Um die Regelung zu verbessern, wird ja oft eine Kaskadenregelung 
implementiert, die zusätzlich z.B. Geschwindigkeits-und 
Beschleunigungsregler hat. Könnte man stattdessen auch einfacher eine 
Betrachtung im Zustandsraum machen, wobei die Zustände Weg, 
Geschwindigkeit und Beschleunigung existieren und die anderen zwei aber 
nur über Integratoren zur Position in Bezug stehen?

Von der Auslegung her wäre ja eine Zustandsregelung viel einfacher als 
eine 3-schleifige Kaskade...

von Ulf (Gast)


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svenD schrieb:
> Hallo, Folgendes:
>
> Angenommen man macht eine Positionsregelung einer linearen Strecke und
> kennt die Übertragungsfunktion zwischen Stellgröße und dem
> zurückgelegten Weg.
>
> Um die Regelung zu verbessern, wird ja oft eine Kaskadenregelung
> implementiert, die zusätzlich z.B. Geschwindigkeits-und
> Beschleunigungsregler hat. Könnte man stattdessen auch einfacher eine
> Betrachtung im Zustandsraum machen, wobei die Zustände Weg,
> Geschwindigkeit und Beschleunigung existieren und die anderen zwei aber
> nur über Integratoren zur Position in Bezug stehen?
>
> Von der Auslegung her wäre ja eine Zustandsregelung viel einfacher als
> eine 3-schleifige Kaskade...

Du musst bei der Zustandsregelung beachten, dass dir dein Beobachter 
mehr gröalt sicher stellen auch die Größen durch Beobachter

svenD schrieb:
> Hallo, Folgendes:
>
> Angenommen man macht eine Positionsregelung einer linearen Strecke und
> kennt die Übertragungsfunktion zwischen Stellgröße und dem
> zurückgelegten Weg.
>
> Um die Regelung zu verbessern, wird ja oft eine Kaskadenregelung
> implementiert, die zusätzlich z.B. Geschwindigkeits-und
> Beschleunigungsregler hat. Könnte man stattdessen auch einfacher eine
> Betrachtung im Zustandsraum machen, wobei die Zustände Weg,
> Geschwindigkeit und Beschleunigung existieren und die anderen zwei aber
> nur über Integratoren zur Position in Bezug stehen?
>
> Von der Auslegung her wäre ja eine Zustandsregelung viel einfacher als
> eine 3-schleifige Kaskade...

In jedem Fall benötigst du bei der Zustandsregelung nen geeigneten 
Beobachter

von svenD (Gast)


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ich meinte ja nur die 3 Zustände Weg, Geschwindigkeit und 
Beschleunigung.. und es sollte doch schneller gehen, wenn ich für die 
Geschwindigkeit meine Positionsmessung differenziere und für die 
Beschleunigung noch einen Beschleunigungssensor nehme, oder?

von Timo (Gast)


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svenD schrieb:
> Von der Auslegung her wäre ja eine Zustandsregelung viel einfacher als
> eine 3-schleifige Kaskade
Das sehe ich anders. Die Kaskade ist viel einfacher einzustellen. Das 
kann auch ein Techniker ohne den mathematisch Hintergrund der 
Regelungstechnik verstehen zu müssen.
Zustandsregler sind komplexer in der Auslegung. Wie würdest du das denn 
einfach machen?



Ulf schrieb:
> In jedem Fall benötigst du bei der Zustandsregelung nen geeigneten
> Beobachter
Das stimmt so pauschal nicht. Wenn die Zustandsgrößen messbar sind, kann 
man diese auch einfach messen. Position und Strom werden einfach in 
diesem Fall einfach gemessen. Geschwindigkeit entweder auch gemessen 
oder aus der Position oder sensor am Motor abgeleitet.

von Ulf (Gast)


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Timo schrieb:
>
>
> Ulf schrieb:
> In jedem Fall benötigst du bei der Zustandsregelung nen geeigneten
> Beobachter
>
> Das stimmt so pauschal nicht. Wenn die Zustandsgrößen messbar sind, kann
> man diese auch einfach messen. Position und Strom werden einfach in
> diesem Fall einfach gemessen. Geschwindigkeit entweder auch gemessen
> oder aus der Position oder sensor am Motor abgeleitet.

Habe auch nicht pauschal sondern auf diesen Fall geantwortet. Gerade bei 
den (absoluten) Geschwindigkeiten ist die Sensorik doch recht dürftig. 
Die Differenzierung ist in jeden Fall nur mit Delay möglich. Es sei den 
su willst schwere Artillerie anwenden. Dann würde ich dir aber doch 
lieber die recht gängige Kaskade empfehlen.

von Timo (Gast)


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OK, hab bei deine frage nicht ganz aufgepasst.
Für den theoretischen weg (lineares Modell bekannt) ist der 
Zustandsregler optimaler und einfach.

Deine Beschreibung hatte mich zu sehr an die Praxis aus der 
Antriebsregelung erinnert. Da ist die kaskade einfacher auszulegen, da 
gar kein mathematisches Modell der Strecke benötigt wird.

Also die kaskadierten Regler kommen eher aus der praxis. Wenn man das 
ganze theoretisch betra htet gewinnt immer der Zustandsregler.

von Timo (Gast)


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Ulf schrieb:
> Habe auch nicht pauschal sondern auf diesen Fall geantwortet. Gerade bei
> den (absoluten) Geschwindigkeiten ist die Sensorik doch recht dürftig.
> Die Differenzierung ist in jeden Fall nur mit Delay möglich. Es sei den
> su willst schwere Artillerie anwenden. Dann würde ich dir aber doch
> lieber die recht gängige Kaskade empfehlen.

Wobei bei der kaskade ja das selbe Problem besteht: wenn da ein 
geschwindigkeitsregler drin ist, muss man die auf selbe Weise messen 
oder ableiten.

Aber ich halte das hier für den Unterschied zwischen theorie und praxis: 
Die kaskadierten Regler sind gängig, einfach verfügbar, recht einfach 
parametrierbar ohne Modelle der Strecke haben zu müssen. Einfach die 
standardlösung. Ein Zustandsregler ist in der Praxis aufwendiger zu 
entwerfen.

In der Theorie, wenn man das nur als Formeln betrachtet oder z. B. in 
Matlab simuliert, landet man beim Zustandsregler.

von svenD (Gast)


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Es geht tatsächlich um eine praktische Antriebsanwendung.. Aber ich bin 
Ingenieur und von mir wird verlangt, dass ich das "richtig" mache und 
nicht irgendwelche "Rumprobiererei", wie es der Fall vor, bevor ich 
angefangen habe :D

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