Hallo, ich habe für ein praktisches Labor an meiner Hochschule die Aufgabe, eine Stromregelung für ein Solarmodul zu entwerfen. Folgendes Problem: Um den Kurzschlussstrom zu messen, muss der Soll-Wert größer sein als der Kurzschlussstrom. Das findet der Regler nicht schön, aber ohne dass der Kurzschlussstrom bekannt ist, geht das nicht anders. Wenn dann ein geringerer Strom eingestellt wird, springt der Ausgang. Er soll aber linear abnehmend verlaufen (Modell und Zeitverlauf im Anhang). Hat jemand einen Ansatz, wie sich das vermeiden lässt? Ein Anti-Windup für den I-Anteil habe ich schon probiert. Das begrenzt dann nur die Stellgröße, der Sprung ist trotzdem da.
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Jan schrieb: > Er soll aber linear abnehmend verlaufen Häh ? Was willst du regeln, den Strom ? Der ist in einer PV Solarzelle abhängig von der Sonneneinstrahlung, du willst also die Sonne bzw. deren Ersatz regeln ? Wenn ich PERC lese hab ich den Eindruck als ob die Ahnungslosesten wieder mal im fachkräftemangelnden Billiglohnland Deutschland zur Erforschung der modernsten high tech eingesetzt werden sollen. An einer Stromquelle regelt man durch die Last nicht den Strom, schau doch erst mal in die grundlegenden Grundlagen: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Stromquelle_(Schaltungstheorie)
Ja der Strom soll geregelt werden, gemessen über die Spannung an einem 5 mOhm Shunt. In der Simulation wird der Arbeitspunkt des Moduls vom Kurzschluss bis zum Leerlauf verändert, mit einer linearen Kurve (im Strompfad). Die Bestrahlung ist konstant bei 1000 W/m². Das Problem ist, dass das Modul maximal den Kurzschlussstrom liefern kann. Wenn der nicht bekannt ist, muss der Soll-Wert größer sein als der Kurzschlussstrom, damit das Modul sich in dem Arbeitspunkt befindet. Wenn dann langsam der Soll-Wert abgesenkt wird, springt der Strom im Modul schlagartig. Der Regler muss recht zackig der Soll-Kurve folgen und weiß nicht, an welchem Punkt (Kurzschlussstrom) das Modul anfängt zu reagieren. Ich weiß nicht, wie ich diesen Sprung vermeiden kann. Ursache ist ja eigentlich, dass der Soll-Wert außerhalb des maximalen Stroms ist und der Regler sich dadurch an einem "falschen" Punkt befindet.. ich kenne den notwendigen Punkt für den Soll-Wert ja aber nicht.
Meine regelungstechnischen Kenntnisse liegen seit > 30 Jahren ziemlich brach. Insofern nur ein "educated guess". Wenn ich einen PID Regler sehe und du das System in einem Modus betreibst wo die Regelschleife nicht ausregeln kann, dann hat der Regler ein Wind-Up gemacht, sprich der I Anteil hat sich bis zum Maximum aufsummiert, ohne die Regeldifferenz beseitigen zu können. Sobald das System jetzt "zurück" in den regelbaren Bereich kommt schlägt der aufsummierte I Anteil zu. Lösung wäre ein Erkennen dass man in einem "stationären" Zustand außerhalb des Regelbereichs ist und für diesen Fall den I-Anteil auf 0 setzt.
Jan schrieb: > Ja der Strom soll geregelt werden Eine Solarzelle ist eine Stromquelle. Wie oft soll man schreiben: die Last regelt an einer Stromquelle nicht den Strom die Last regelt an einer Stromquelle nicht den Strom die Last regelt an einer Stromquelle nicht den Strom die Last regelt an einer Stromquelle nicht den Strom die Last regelt an einer Stromquelle nicht den Strom ?? Man will sicherlich die Kennlinie der Solarzelle an unterschiedlicher Last aufnehmen, dazu variiert man die Last und misst Spannung und Strom, aber man regelt nicht den Strom, sondern nimmt ihn zur Kenntnis. Verändern wird man Beleuchtung und Umgebungstemperatur. Vielleicht solltet ihr euch fachlichen Rat in China einholen, es geht in Deutschland einfach nicht mehr, alle Fachkräfte sind offensichtlich weg. Da eine Solarzelle exakt den Strom produziert, den die Beleuchtung hervorruft, gibt es nur die Frage, wie viel von dem Strom über die äusseren Klemmen fluesst und wie viel intern über die in Leitrichtung vefindlichen Diodenstrecken abfluesst. Bei Klemmenspannungen unter halber Diodenflussspannung zeigt die Shockley-Gleichung, dass so gut wie kein Strom intern abfliesst, natürlich springt also die Spannung bis fast auf die Knickspannung wenn man auch nur Nanoampere weniger als Kurzschlussstrom abnimmt. Daher regeln Solarladeregler nach MPP maximum power point.
Jan schrieb: > Ich weiß nicht, wie ich diesen Sprung vermeiden kann. Ursache ist ja > eigentlich, dass der Soll-Wert außerhalb des maximalen Stroms ist und > der Regler sich dadurch an einem "falschen" Punkt befindet.. ich kenne > den notwendigen Punkt für den Soll-Wert ja aber nicht. Und wenn du die Richtung umkehrst, also den Strom von null (Leerlauf) an hochfährst?
Rolf schrieb: > Jan schrieb: >> Ich weiß nicht, wie ich diesen Sprung vermeiden kann. Ursache ist ja >> eigentlich, dass der Soll-Wert außerhalb des maximalen Stroms ist und >> der Regler sich dadurch an einem "falschen" Punkt befindet.. ich kenne >> den notwendigen Punkt für den Soll-Wert ja aber nicht. > > Und wenn du die Richtung umkehrst, also den Strom von null (Leerlauf) an > hochfährst? Da hat er vermutlich das gleiche Problem, er wird ja nicht auf 0 Ohm kommen, d.h. auch nicht auf 0V
Moin Jan, zuerst einmal: es ist sehr gedankenlos, dem Forum-Leser einen Plot (Scope oder Sim) mit schwarzem Hintergrund vor die Nase zu setzen. Da erkennt man NICHTS. Es ist doch nich zu viel verlangt, mit einem x-beliebigen Bildbearbeitungstool die Farben zu invertieren. Zur Sache: Natürlich kann man hinter einem Solarmodul den Strom regeln (mit einer Standardschaltung), er muss nur deutlich kleiner sein als der aktuelle Max.-Strom, den das Modul gerade liefern kann. Soll heißen: das Panel muss sich auf dem Kennlinienbereich > Umpp (max. Power Poin) befinden. Dein Text: kaum verständlich. der Ausgang springt? Hä?. Was verhält sich da sprunghaft? Da hilft einem auch dein Simulink-Gedöns nicht weiter.... Gruß, W.
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Moin Wolfgang, Wolfgang D. schrieb: > Moin Jan, > zuerst einmal: es ist sehr gedankenlos, dem Forum-Leser einen Plot > (Scope oder Sim) mit schwarzem Hintergrund vor die Nase zu setzen. Da > erkennt man NICHTS. Es ist doch nich zu viel verlangt, mit einem > x-beliebigen Bildbearbeitungstool die Farben zu invertieren. ich habe das Diagramm einmal in Weiß angehängt. Wolfgang D. schrieb: > Dein Text: kaum verständlich. der Ausgang springt? Hä?. Was verhält sich > da sprunghaft? Ich will beim Kurzschluss anfangen die Kennlinie bis zum Leerlauf durchzufahren, das macht ein PID-Regler. Als Soll-Wert kommt in das System der Soll-Strom (blaue Linie), rückgeführt wird eine über einen Shunt gemessene Spannung, also proportional zum Strom des Moduls (orange Linie). Will ich sicher den Kurzschluss des Moduls treffen, muss der Soll-Wert ein bisschen darüber liegen, dann liefert das Modul sicher den Kurzschlussstrom. Dann habe ich eine konstante Regelabweichung für die Dauer, die ich im Kurzschluss verweile (grüne Linie). Anschließend sinkt der Soll-Strom. Irgendwann ist der Soll-Strom kleiner als der Kurzschlussstrom. Jetzt merkt der Regler erst, dass er in einer Voll-Aussteuerung war und rast mit seinem Ausgang nach unten (hellblaue Linie). Das passiert so schlagartig, dass der Strom im Modul nicht smooth abnimmt, sondern einen Satz nach unten macht, und sich dann erst dem Soll-Wert annähert. Der Sprung ist unerwünscht, da ändert sich der Arbeitspunkt vom Modul viel zu plötzlich. Der Sprung ist unabhängig von der Dynamik des Reglers immer da, mal größer, mal kleiner. Die Frage ist nun, wie ich dem Regler beibringen kann, diesen Sprung nicht zu machen. Gibt es z.B. Methoden zu erkennen, dass meine Regelstrecke "am Anschlag" ist (ohne den Anschlag zu kennen) und eine weitere Aussteuerung der Stellgröße nicht zweckmäßig ist? Oder gibt es einen besseren Aufbau für den Regelkreis, der solche Sprünge des Systemausgangs vermeidet?
Leute, ihr wisst doch gar nicht warum das mit einer Stromquellenregelung sein soll. Das kann auch Absicht sein, weil der Betreuer ganz andere Ziele verfolgt als hier zu erkennen ist. Er schreibt doch Student, da kann man jetzt keine Jahre Berufserfahrung voraussetzen. Seids doch zumindest ein wenig konstruktiv. Ich hätte noch eine andere Vermutung. In dem Moment wo der Regler aus dem Kurzschluss rauskommt, fängt ja der Schalter (bei dir ein JFET? ist das etwa SiC?) an zu leiten. 1. Die meisten modernen Mosfets sind fürs schalten optimiert. Die können in dem geforderten Linearbetrieb möglicherweise instabil sein. 2. Der Treiber ist auch nicht unendlich schnell. Möglicherweise hast du hier einfach Zeitabhängigkeiten die sich in der Regelung als Tiefpass und Totzeiten äußern. Da die Solarzelle selbst eine Stromquelle ist, so ändert sich die Spannung sehr schnell (Steilheit) wenn du aus dem Kurzschlussstrom rauskommst. Die Diodenkennlinie ist sehr steil und viel Kapazität ist vermutlich auch nicht da die den Spannungsanstieg begrenzen könnte.
Jan schrieb: > Ich will beim Kurzschluss anfangen die Kennlinie bis zum Leerlauf > durchzufahren Wenn du das umdrehst und vom Leerlauf zum Kurzschuss fährst sollte es ohne Sprung gehen. Und man erkennt dass du in den nicht auszugeregelten Bereich kommst sobald die Regeldifferenz nicht mehr 0 wird.
Benjamin K. schrieb: > weil der Betreuer ganz andere Ziele verfolgt Es wäre interessant, diese Ziele (also die Gesamtaufgabe) zu kennen. Evtl. sieht dann diese Teilaufgabe hier ganz anders aus.
Hannes schrieb: >> Und wenn du die Richtung umkehrst, also den Strom von null (Leerlauf) an >> hochfährst? > > Da hat er vermutlich das gleiche Problem, er wird ja nicht auf 0 Ohm > kommen, d.h. auch nicht auf 0V Wieso? Falls er wirklich nicht bei null anfangen kann, dann eben bei 0,0...1 Ohm. Er will die Kennlinie des Panels ermitteln, dafür genügt das doch.
Rolf schrieb: > . Er will die Kennlinie des Panels ermitteln, Offenbar nicht, sondern einen Holzweg finden.
Rolf schrieb: > Hannes schrieb: >>> Und wenn du die Richtung umkehrst, also den Strom von null (Leerlauf) an >>> hochfährst? >> >> Da hat er vermutlich das gleiche Problem, er wird ja nicht auf 0 Ohm >> kommen, d.h. auch nicht auf 0V > > Wieso? Falls er wirklich nicht bei null anfangen kann, dann eben bei > 0,0...1 Ohm. Er will die Kennlinie des Panels ermitteln, dafür genügt > das doch. Sein JFET wird einen Innenwiderstand haben und seine Kabel auch. Also sind wir bestimmt bei 10mOhm, in der Simulation sind es 20A oder 40A? Skalierung… da sind wir schon bei 0,2 - 0,4V und du kommst von 0V auch wieder außerhalb der Regelung.
Jan schrieb: > Ein Anti-Windup für den I-Anteil habe ich schon probiert. Das begrenzt dann > nur die Stellgröße, der Sprung ist trotzdem da. Die Aussage erscheint mir unsinnig. Ein Anti-Windup soll nicht die Stellgröße begrenzen, die Stellgröße ist von Natur aus begrenzt. Der Anti-Windup soll den I-Anteil begrenzen oder rücksetzen für den Fall, dass die Stellgröße in der Begrenzung ist. Bzw. in deinem Fall eigentlich schon früher. Wenn du nach oben hin und nach unten hin Sollwerte vorgeben willst, die du nicht erreichen kannst, wirst du um einen funktionierenden Anti-Windup nicht herumkommen. Die Frage ist, was du genau probiert hast, und warum das nicht funktioniert hat. Die Frage ist weiterhin, ob du den Simulink-PID-Block überhaupt entsprechend beeinflussen kannst, oder ob du was komplett eigenes verwenden musst. Wenn du nach unten hin nicht zwingend auf 0 musst, könntest du wie schon vorgeschlagen einen Minimalstrom vorgeben, der sicher erreicht werden kann, und die Kennlinie in anderer Richtung durchlaufen. Damit umgehst du die Notwendigkeit des Anti-Windup.
Jan schrieb: > Ich will beim Kurzschluss anfangen die Kennlinie bis zum Leerlauf > durchzufahren, das macht ein PID-Regler. Und was soll da ein Regler bringen? Einfach eine Rampe durchfahren und Strom und Spannung messen. Zur Not könnte man den I-Anteil auch limitieren. Für die genannte Aufgabenstellung ist es ein Problem, das es nicht gibt. Oder ein völlig verkorkster Ansatz.
Was spricht dagegen einen Widerstand hochzufahrn ? Was soll ein Regler ? Ein Regler kann nichts, ein Regler bringt nichts.
Pandur S. schrieb: > Was spricht dagegen einen Widerstand hochzufahrn ? Was soll ein > Regler ? Ein Regler kann nichts, ein Regler bringt nichts. Hast du nen Poti der ein paar hundert Watt abkann? :D
Stephan schrieb: > Und was soll da ein Regler bringen? Einfach eine Rampe durchfahren und > Strom und Spannung messen. > Zur Not könnte man den I-Anteil auch limitieren. > > Für die genannte Aufgabenstellung ist es ein Problem, das es nicht gibt. > Oder ein völlig verkorkster Ansatz. Die Aufgabenstellung steht im allerersten Posting. Es handelt sich um eine Aufgabe im Studium. Und wenn da explizit "Regler" gefordert ist, muss man es eben so machen, sonst bekommt man die Note 5-Loch.
Rolf schrieb: > Und wenn da explizit "Regler" gefordert ist, muss man es eben so machen Man darf sich aber auch mal anschauen, wie andere so ein Problem lösen. Eine ganz simple handeslübliche Konstantstromquelle/-last hat auch einen Regler drin. Weil kaum eine übliche KSQ einen I-Anteil oder einen D-Anteil hat, haben sie per Definition auch so ein "wind up" Problem nicht.
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Lothar M. schrieb: > Rolf schrieb: >> Und wenn da explizit "Regler" gefordert ist, muss man es eben so machen > > Man darf sich aber auch mal anschauen, wie andere so ein Problem lösen. > Eine ganz simple handeslübliche Konstantstromquelle/-last hat auch einen > Regler drin. Weil kaum eine übliche KSQ einen I-Anteil oder einen > D-Anteil hat, haben sie per Definition auch so ein "wind up" Problem > nicht. In deinem Link haben aber alle OP Regler nen I Anteil und keinen P :D Ohne I wird es auch schwierig bei einem JFET/MOSFET (nicht linear). Das macht Jan schon richtig, ich denke man müsste eher den Reglerausgang messen und darauf mit der Rampe reagieren (verzögern). Das Problem wird schon der Übergang aus ungeregelt zu geregelt sein.
Wolfgang D. schrieb: > Es ist doch nich zu viel verlangt, mit einem > x-beliebigen Bildbearbeitungstool die Farben zu invertieren. Meinst du, dass es damit lesbar wird? Wenn du diese dünnen Linien verkleinert ansiehst, macht es keinen nennenswerten Unterschied, ob der Hintergrund schwarz oder weiß ist.
Hannes schrieb: > In deinem Link haben aber alle OP Regler nen I Anteil und keinen P :D Logisch wird da maßgeblich nur mit dem P-Anteil gereglet (mit der theoretischen Verstärkung "unendlich"). Der "I-Anteil" ist eine Gegenkopplung, dass das Ding wegen der hohen Verstärkung nicht schwingt. Oder zumindest ist die Zeitkonstante mit 10µs so kurz, dass sie für die zugrundeliegende Aufgabe uninteressant ist. Die Zeiten im fas unleserlich kleinen schwaren Zeitdiagramm oben dürften sich eher im 10ms Bereich abspeilen... > Das macht Jan schon richtig, ich denke man müsste eher den Reglerausgang > messen und darauf mit der Rampe reagieren (verzögern). Ich würde da wie bei jedem Reglerabgleich den I-Anteil und den D-Anteil auf 0 setzen und mein Glück mit dem P-Anteil probieren.
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Bearbeitet durch Moderator
Wolfgang D. schrieb: > Zur Sache: Natürlich kann man hinter einem Solarmodul den Strom regeln > (mit einer Standardschaltung), er muss nur deutlich kleiner sein als der > aktuelle Max.-Strom, den das Modul gerade liefern kann. Natürlich muss der Strom kleiner als der aktuelle Kurzschlussstrom bleiben. Damit gibt es ein Problem, sobald das Stellglied einen höheren Strom einstellen möchte. Eine strohdumme Regelung kennt diesen Kurzschlussstrom nicht und sobald der Regelkreis mehr steuert, läuft der I-Anteil in den Anschlag, weil das System nicht mehr linear arbeitet. Ohne Anti-Windup wird das nichts. Lothar M. schrieb: > Ich würde da wie bei jedem Reglerabgleich den I-Anteil und den D-Anteil > auf 0 setzen und mein Glück mit dem P-Anteil probieren. Der D-Anteil hat hier nichts zu suchen, weil das Solarpanel keinen Speicher enthält, wenn man sich nicht gerade in einem ganz anderen Zeitbereich mit der parasitären Kapazität der Zellen beschäftigt. Mit einem auf 0 gesetzten I-Anteil kann man die Restfehler der P-Regelung nicht los werden.
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Rainer W. schrieb: > Mit einem auf 0 gesetzten I-Anteil kann man die Restfehler der > P-Regelung nicht los werden. Der Fehler muss ja nur kleiner werden als die (Un)Genauigkeit der verwendeten Messgeräte.
Hannes schrieb: > Hast du nen Poti der ein paar hundert Watt abkann? :D Es gäbe ja auch noch Transistoren. Der Einfachkeit halber BJT, allerdings kommt man damit eher nur auf 1V. Kondensator aufladen, passender Vorwiderstand für IBE max, auf die Basis schalten und schon läuft eine "Rampe" ganz von alleine durch. Oder bei 0A anfangen, dann ist der Sprung bei max.-Strom egal. Sobald man grob 1V erreicht hat ist die Messung zu Ende. Oder erst mal kurzschließen, Strom messen und andere Stützpunkte der Kennlinie per Stromquelle mit geeignetem Maximalstrom (etwas kleiner als der Kurzschlussstrom) bestimmen. Oder ein Ansteigen des I-Werts (bei zu geringem Strom) verhindern, sobald mehr als # ms/µs der Strom nicht um mindestens # A/s gestiegen ist, der Strom mindestens # mA (gesicherter Minimalstrom) beträgt und der Sollstrom in den letzten # ms/µs nicht reduziert wurde. Wird aber nur funktioneren, wenn zügig auf max.-Strom gefahren wird und die Messung insgesamt zügig erfolgt. Im "stationären" Betrieb ist die Änderungsrate des Stroms zu gering gegenüber Offsetfehlern.
Lothar M. schrieb: > Der Fehler muss ja nur kleiner werden als die (Un)Genauigkeit der > verwendeten Messgeräte. Bevor man ein nichtlineares System regelt, sollte man sich erstmal über das Problem bewusst werden und nicht einen (linearen) PID-Regler so lange verkrüppeln, bis er es nur noch so gerade tut. Dann kann man gleich einen P-Regler nehmen, der ungestraft in die Begrenzung laufen kann. Stephan schrieb: > Oder bei 0A anfangen, dann ist der Sprung bei max.-Strom egal. Sobald > man grob 1V erreicht hat ist die Messung zu Ende. Statt sich auf einen BJT zu versteifen und die Messung bei 1V zu beenden, könnte man zusätzlich noch einen MOSFET vorsehen, um damit deutlich näher an den Kurzschlussstrom heran zu kommen. Kritisch ist dabei ein Shuntwiderstand, der durch seinen Spannungsabfall (zusammen mit der U_DS des FETs) verhindert, dass man den Arbeitspunkt "Kurzschlussstrom" ideal erreicht. Aber der käme beim BJT auch noch dazu. Um den Zustand "Kurzschlussstrom" mit dem FET einzustellen, braucht man auch keinen Regler, sondern nur ein digitales Steuersignal und kann den Strom dann direkt messen.
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