PID-Temperaturregler mit PWM o. Linearausgang

Hallo,

Es kann auch sein dass ein PID Regler damit auch nicht klar kommt. Da müsstest du erstmals die Streckenidentifizierung durchführen und gucken wie die 2 Strecken aussehen. Erstmal ohne einführen, dann mit einführen.

Ich glaube da wirst du etwas brauchen, wo du die Regelparameters umschalten kannst. Deine Strecke ändert sich, dass heißt der Paramtersatz muss auch angepasst werden. Sprich, versuche erstmal ganz low tech vorzugehen und gucken was würde passieren, wenn du nur ein Schalter hättest womit du dein Heizer einfach zwischen 2 vordefinierte Stufen schalten könntest. Zum Beispiel 10% und 100%. Ob so die Temperaturen mehr oder weniger passen. Wenn dass so klappt kann man das Problem mit einem P Regler lösen was natürlich irgendwie wissen müsste in welcher Zustand da benötigt wird. Wenn das nicht klappt, dann kannst du immerhin noch die Strecken identifizieren. Dann klassisch vorgehen, zu den Strecken Struktur und Paramteres ein Reglerstruktrur wählen und dann Parametrieren.

Christoph K. schrieb:

andere Lösung

Setze den Sensor direkt an die Heizung, thermisch besser gekoppelt als das Gussteil.

Michael B. schrieb:

Setze den Sensor direkt an die Heizung, thermisch besser gekoppelt als das Gussteil.

Meiner Meinung nach sollte man den Sensor genau da setzen wo man die Temperatur regeln möchte. Alle anderen Punkte werden je nach Distanz andere Werte aufweisen.

Meiner Meinung nach sollte man den Sensor genau da setzten wo man die Temperatur regeln möchte.

Mag ja sein das dies deine Meinung ist, aber die allgemeine Meinung der Regelungstechnik ist das man den Sensor am Heizelement haben sollte weil du sonst eine zusaetzliche Totzeit im System hast die dir viel Freude machen kann.

Vanye

Vanye R. schrieb:

Vanye

Hmm. Macht irgendwo Sinn :)

Wie wird dann das Problem gelöst, dass dadurch wo man wirklich die Temperatur regeln möchte, ganz andere Werte hat als was man haben möchte? Sollte man dann den Totzeit aus dem System irgendwie wegmachen?

Andras H. schrieb:

Hmm. Macht irgendwo Sinn :)

Wie wird dann das Problem gelöst, dass dadurch wo man wirklich die Temperatur regeln möchte, ganz andere Werte hat als was man haben möchte? Sollte man dann den Totzeit aus dem System irgendwie wegmachen?

So ist es schon gelöst - siehe Bild. Die Patrone sitzt fast auf der Achse, der Sensor nur wenig daneben. Ein Kompromiss aus Totzeit und Genauigkeit. Hab mir das auch mal mit ner Simulation angeschaut, die Position im Zylinder ist sehr unkritisch was Totzeit und Temperaturfehler angeht.

Danke schonmal für euren Input. Das Problem lässt sich über Regelparameter so einfach nicht lösen. Die Strecke ist so schnell, dass sie bei den üblichen Temperaturreglern deren Stellgröße ein grob gerastertes 1/0 ist (SSR, Relais etc) im Fall ohne das Gussteil keine stabile Regelung möglich ist - meiner Meinung nach wegen der zu groben Zeitdiskretisierung. In anderen Worten: Die Bandbreite des Reglers reicht nicht aus um die Kombination aus 70W Heizung und einer recht kleinen Wärmekapazität zu regeln.

Da hilft alles genannte nicht. Ich habe es aus neugier mal analog gelöst mit einer DC tauglichen Audioendstufe und einem OPV-basierten Regler. alles kein Problem.Allerdings möchte ich hier eine käufliche Lösung und kein privates gebastel.

Vanye R. schrieb:

Mag ja sein das dies deine Meinung ist, aber die allgemeine Meinung der Regelungstechnik ist das man den Sensor am Heizelement haben sollte weil du sonst eine zusaetzliche Totzeit im System hast die dir viel Freude machen kann.

Die Ausbreitung der Wärme wird durch den Gradienten und nicht durch eine Geschwindigkeit bestimmt. Damit ergibt das bestimmt keine Totzeit im System.

Rainer W. schrieb:

Vanye R. schrieb:

Mag ja sein das dies deine Meinung ist, aber die allgemeine Meinung der Regelungstechnik ist das man den Sensor am Heizelement haben sollte weil du sonst eine zusaetzliche Totzeit im System hast die dir viel Freude machen kann.

Die Ausbreitung der Wärme wird durch den Gradienten und nicht durch eine Geschwindigkeit bestimmt. Damit ergibt das bestimmt keine Totzeit im System.

das ist so erstmal Falsch bzw mindestens unvollständig. Das System kann man als Serienschaltung von Wärmewiderständen und Wärmekapazitäten verstehen. Damit ergibt sich automatisch auch eine zeitliche Komponente. Super zu sehen wenn z.B. Wärmeübergänge schlechter sind als die Leitfähigkeit vom Bulkmaterial. So z.B. am Übergang von der Hülse aufs Gussteil (Spielpassung).

Allerdings ist die Diskussion müßig und führt in die falsche Richtung. Das Problem ist aktuell, dass die REGELHARDWARE die zeitliche Dynamik der Strecke im nicht eingebauten Zustand nicht bedienen kann. Es bedarf also Hardware die entweder ein stetiges Stellglied oder aber eine deutlich höhere zeitliche Auflösung aka halbwegs zügige PWM bietet.

Grüße

Danke schonmal für euren Input. Das Problem lässt sich über Regelparameter so einfach nicht lösen.

Dein Problem ist das du natuerlich zwei unterschiedliche Regelstrecken hast. Also braeuchtest du eigentlich zwei unterschiedliche Parametersaetze.

Oder du verabschiedest dich vom PID ansatz und kaufst einen fertigen Regler.

Also sowas hier:

https://www.eurotherm.com/de/products/pid-regler/einkanalregler/2400-temperature-controller-programmer/

Da duerfte SEHR viel Arbeit in den Reglern und der automatischen Parametrierung stecken. Es ist vermutlich klueger einfach so ein Teil zu kaufen anstatt selber viel dazu zu lernen. Jedenfalls fuer ein Einzelstueck.

Vanye

Vanye R. schrieb:

Dein Problem ist das du natuerlich zwei unterschiedliche Regelstrecken hast. Also braeuchtest du eigentlich zwei unterschiedliche Parametersaetze.

Oder du verabschiedest dich vom PID ansatz und kaufst einen fertigen Regler

Wie weiter oben schon beschrieben habe ich die Strecke mit einem analogen PID Regelkreis und Leistungsendstufe problemfrei in Betrieb. Die Argumentation trifft es also nicht so wirklich.

Grüße

Das Problem lässt sich ziemlich schön als Serienschaltung von Widerständen und Kondensatoren modellieren. Ungünstig für die Regelung sind:

a) Phaselag aka Totzeit der Strecke-> die habe ich stark reduziert durch die Sensorposition (Sensor ist großflächig und gut leitend an die Patrone angebunden, die Wärmekapazität ist klein), sie ist nicht das Problem.

b) das Verhältnis von Stellgröße und Kapazität. Es ist vergleichbar mit einem PWM-Ausgang der auf einen Kondensator geht. Wenn die kleinstmögliche Pulsweite bereits mehr Ladung liefert als abfließt kommt es zwangsläufig zu Instabilität.

Christoph K. schrieb:

Wie weiter oben schon beschrieben habe ich die Strecke mit einem analogen PID Regelkreis und Leistungsendstufe problemfrei in Betrieb.

Sagtest du nicht, dass sie fürchterliche Überschwinger zeigt - wegen falscher Parametrierung?

Christoph K. schrieb:

... führt das dazu, dass die herkömmlichen "günstigen" Regelungen mit SSR oder Relais nicht mehr in der Lage sind die Temperatur ohne massive (Über-)schwinger zu halten.

Christoph K. schrieb:

Das System kann man als Serienschaltung von Wärmewiderständen und Wärmekapazitäten verstehen

Eben, deswegen ergibt das einen Tiefpass und keine einfache Totzeit. Den Unterschied siehst du besonders anschaulich in der Sprungantwort. Bei einer Totzeit käme der Sprung in der Form unverändert am Sensor an (lediglich um die Totzeit verzögert), bei dem betrachteten System nähert sich der Wert am Sensor exponentiell.

Wie weiter oben schon beschrieben habe ich die Strecke mit einem analogen PID Regelkreis und Leistungsendstufe problemfrei in Betrieb.

Gut, hab ich uebersehen. Aber wenn dir das gelungen ist dann sollte es auch problemlos mit PWM klappen. PWM ist doch genau dasselbe wie eine analoge Leistungsendstufe. Du musst nur darauf achten das die PWM-Frequenz so hoch ist das von deiner Regelung linear war genommen wird. Also sagen wir mal >10x deine Regelgeschwindigkeit.

Vanye

Rainer W. schrieb:

Eben, deswegen ergibt das einen Tiefpass und keine einfache Totzeit.

Ja, das stimmt - du betrachtest das hier differenzierter auch wenn es sich in meinem Fall ähnlich auswirkt.

Vanye R. schrieb:

Aber wenn dir das gelungen ist dann sollte es auch problemlos mit PWM klappen. PWM ist doch genau dasselbe wie eine analoge Leistungsendstufe.

Das ist ja genau das Problem. die Hardware die ich habe ist viel zu langsam. Diese PID-Temperaturregler für die Schalttafelmontage haben einen Relais oder SSR Ausgang und relativ lange Updateraten für den Temperatursensor...die Stellgröße lässt sich nur in 50..100ms Intervallen aktualisieren und ist keine PWM sondern 1/0 also am ehesten eine "Pulsdichtemodulation" von niedriger Frequenz.

Gleichzeitig ist die Abtastrate für den Temperaturfühler zu gering (etwa 100ms pro Datenpunkt)

Ich brauche einen Temepraturregler mit analogem oder PWM Leistungsteil. Meine Frage: Kennt jemand oder weiss jemand wo ich so etwas zu vernünftigen Preisen bekomme? Bei den Reglern mit stetigem Ausgang müsste ich noch eine entsprechende Leistungsendstufe haben...

Grüße

Das ist ja genau das Problem. die Hardware die ich habe ist viel zu langsam.

Damit ist dann ein PID-Regler nicht mehr moeglich weil dein System nichtlinear ist.

Ich brauche einen Temepraturregler mit analogem oder PWM Leistungsteil.

Geben tut es vermutlich alles irgendwo, aber die Regler die ich kenne haben das getrennt weil die sich ja an unterschiedliche Kunden richtigen die wiederum unterschiedliche Vorstellung von Leistung haben.

Es gibt also schon fertig kaufbare Regler welche dann z.B die LED eines elektronischen Relais ansteuern koennen. Da wird dann der eigentlich Regler so langsam laufen das er wieder die Aussenwelt als linear/gemittelt ansehen kann.

Aber das kannst du ja auch selber machen indem du deinen Regler stark verlangsamst. (und daran denkst das die Abtastzeit deine Regelparameter gewichtet)

Was haelst du von einem anderen Ansatz? Du verzichtest auf die PWM. Stattdessen nimmst du einen Schaltregler dessen Ausgangspannung du linear ueber eine Steuerspannung einstellen kannst. Haken koennte sein das du dann mit dieser Spannung die Leistung quadratisch einstellst. Ich wuerde dann den Ausgang eventuell ueber eine Tabelle auf die Leistung linearisieren.

Was mir aber nicht ganz klar ist wie du das nun loesen willst:

1. Selber aus Bauteilen aufbauen.

2. Fuer eine Firma neue Fertige Regler bei einer anderen Firma kaufen.

3. Als armes Wuerstchen irgendwo einen gebrauchten Regler abgreifen um damit etwas fuer ein einmaliges Projekt zu basteln.

Vanye

Vanye R. schrieb:

Geben tut es vermutlich alles irgendwo, aber die Regler die ich kenne haben das getrennt weil die sich ja an unterschiedliche Kunden richtigen die wiederum unterschiedliche Vorstellung von Leistung haben.

Es gibt ja auch genug Regler die z.B. einen Triac-Leistungsteil haben - das passt halt nicht zu einem DC Modul. Das würde ich aber gerne beibehalten um im Bereich der Schutzkleinspannung zu bleiben.

Aktuell sieht es so aus, dass eine nicht super elegante aber gangbare Lösung wird einen Temperaturregler zu verwenden der einen 0..10V Ausgang besitzt und damit auf https://www.conrad.de/de/p/h-tronic-dc-drehzahlsteller-baustein-12-v-dc-24-v-dc-10-a-191507.html#productDownloads zu gehen. Das Modul hat einen 0..10V Eingang und erzeugt daraus eine PWM.

Das ist zwar weniger elegant als ich es wollte aber immerhin alles Kaufteile.

Vanye R. schrieb:

Was mir aber nicht ganz klar ist wie du das nun loesen willst:

Das Teil ist für eine kleine Prototypenproduktion gedacht und ich habe keine Lust dort eine Bastellösung zu supporten. Das soll jeder I**** nach Doku aufbauen, ersetzen oder Reparieren können. D.h. ich möchte nicht mehr als Verdrahtungsaufwand auf Anwenderseite erzeugen. <60°C und Schutzkleinspannung sind da auch wichtig.

Klar kann man das alles mit SPS oder einem Schnellen µC totschlagen. Das passt aber weder in den Budget noch in den Zeitrahmen. das Ganze ist ein "Gefallen" für ein nichtkommerzielles kleines Projekt.