PID Stellungsalgorithmys

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hi Experten,

ich braeuchte mal dringend Rat. Es geht um die Regelung von einem Regelventil mit Stellmotor. Dieser ist ja als Integrator ansehbar. Diesen also mit einem PID Regler zu regeln waere, so mein Verstaendnid Quatsch, da ich dann zwei I-Glieder hintereinander geschaltet haette. Aus meiner Matlab Simulation entnehme ich, das ein PID-Regler aufgrund des I-Teils zu einem sehr instabilen Verhalten fuehrt. Gut. Nun will ich den Regler digitalisieren und aus Taschenbuch der Regelungstechnik, entnehme ich nun, das ich einen digitalen PID Regler mit Stellalgorithmus nutzen sollte (einem PWM vorgeschaltet).
Warum sollte das funktionieren??? muesste ich nicht einen digitalen PD-Regler verwenden??? Mein einziger Ansprechpartner, welcher leider ein wenig cholerisch ist und leider nicht meine Sprache(n) spricht, sagte (nach meinem Verstaendnis) das im digitalen PID Regler eine Differenzierung stattfindet…und ich daher einen PDD’ Regler nutzen wuerde, wenn ich einen digitalen PID-Regler verwende…
Das Verstehe ich leider nicht im geringsten…

Kann mir da jemand weiterhelfen?? das waere echt suuuuuper, weil ich sitze naemlch grade ziemlich in der Sch$$%%e!

Vielen dank

#2

Hi Experten,

ich braeuchte mal dringend Rat. Es geht um die Regelung von
einem Regelventil mit Stellmotor. Dieser ist ja als Integrator
ansehbar.

Also sicher bin ich mir jetzt nicht, aber ist dieses Regelventil nicht ähnlich wie eine permanentmagnetische Gleichstrommaschine anzusehen. Wenn dem so wäre, könnte man die Strecke (also das Ventil) in zwei Teile aufspalten. Einmal in den elektrischen Kreis und einmal in den mechanischen Teil. Den elektrischen Kreis würde man aber dann eher als PT1-Glied ansehen. Den mechanischen kann man zwar auch als PT1-Glied ansehen, aber auch als I-Glied approximieren. Worauf ich hinaus möchte ist, dass eine Kaskadenregelung eine Option wäre. Mit dieser kann man auch mehr Performanz erzielen, muss aber zwangsläufig den Strom als Zustand zurückführen.

Also meine Frage die ich in den Raum stelle, wie gut ist die Näherung, dass das Stellglied ein reines I-Glied ist. Ich frage das deswegen, da aus einer elektrischen Größe ja in eine mechanische Größe (Stellweg des Ventils) umgewandelt wird. Also, ich lehne mich mit meiner Hypothese aus dem Fenster, soll also nur als Denkanstoß dienen.

Aus meiner Matlab Simulation
entnehme ich, das ein PID-Regler aufgrund des I-Teils zu einem
sehr instabilen Verhalten fuehrt.

Falls die Approximation der Strecke als I-Glied zutreffend ist, dann sollte man eine Strecke mit I-Verhalten definitiv nicht mit einen I-Regler ausregeln. Den I-Regler benutzt man ja nur dann, wenn man bei einer normalen Strecke die bleibende Regelabweichung weghaben möchte. Dies ist aber bei einer Strecke mit I-Verhalten nicht notwendig.

…das im digitalen PID Regler eine Differenzierung
stattfindet…und ich daher einen PDD’ Regler nutzen wuerde,
wenn ich einen digitalen PID-Regler verwende…

Das verstehe ich auch nicht. Benutzt du für die Regelung ein digitales System? Also z.B. dSPACE, LabVIEW, Matlab, µ-Controller??? Oder steht es dir frei, auch mit analoger Schaltungstechnik, also OPV-Schaltungen, die Regelung zu entwickeln?

#3

Es gibt Koeffizienten. Gib dem I-Anteil Gewicht 0 oder/und eine große Zeitkonstante, dann hast Du einem PD-Regler.

#4

Vielen Dank fuer die schnele und hilfreiche Antwort.
Richtig, bei der Modellierung habe ich den elektrischen Kreis vernachlaessigt und nur den mechanischen Teil, als I-Glied, verwendet. Das liegt daran, da ich die elektrischen Kenngroessen des Stellmotors, welchen ich simulieren will, nicht kenn. Nur die Geschwindigkeit der Hubaenderung und den Hub.

Ich denke ich habe jetzt zumindest den Ansatz, den der Prof meinte, verstanden. Er wollte mir wohl den PID-Geschwindigkeitsalgorithmus erklaeren. Der Regler gibt dann einfach die Aenderungsgeschwindigkeit an das Stellglied weiter. So ganz verstanden habe ich das zwar noch nicht aber zumindest einen Ansatz. Falls du da irgend ne Quelle oder sowas kennst oder darueber beascheid weisst waere das echt super wenn du mir was dazu sagen kannst =)))

Falls du irgendwelche fragen zu Thermdynamik oder Prozesstechnk hast kannst du dich uimmer an mich wenden! )

Am ende moechte ich den Code mittels CoDeSys in eine SPS geben.

#5

Hallo Thomas,

generell ein I System nicht mit einem I Regler regeln zu wollen ist nicht ganz richtig. Es macht nur keinen Sinn, falls deine Störgrößen keinen konstanten Offset haben.

Was dein Ansprechpartner meint ist die Realisierung eines D-Glieds.
Das D-Glied berechnet ja bekannterweise die Ableitung des Reglereingangs und gibt sie mit einem Faktor auf den Ausgang des Reglers. (y = K * de/dt)
Um jedoch die aktuelle Ableitung (Steigung) einer Funktion zu kennen, müsste man Werte aus der Zukunft wissen. Das ist nicht möglich, daher wird im zeitdiskreten das D-Glied durch ein DT1-Glied angenähert. Hier wird der aktuelle Wert mit dem Wert aus der Vergangenheit verglichen und dadurch die Steigung ermittelt.
Stell ruhig weitere Fragen, falls noch was offen ist.

Beste Grüße
Christian

#6

Hi Christian,

vielen Dank. Ich hatte ihn auch gefragt ob der das meint, das verneinte er aber. Ich denke er wollte mir den PID-Geschwindigkeitsalgorithmus erklaeren, bei welchem der Regler die Aenderung der Stellgroesse vorgibt. Das ganze ist u.a. im Handbuch der Regelungstechnik erklaert (s. 482, u.a. z.b. ueber google books erreichbar (ca. 5 Saetze)).

Kennst du dich damit aus?

herzlichen Gruss

Tom

#7

Hallo Thomas

Es geht um die Regelung von
einem Regelventil mit Stellmotor. Dieser ist ja als Integrator
ansehbar.

Je nachdem wie der Motor angesteuert wird, s.u.

Nun will ich den Regler
digitalisieren und aus Taschenbuch der Regelungstechnik,
entnehme ich nun, das ich einen digitalen PID Regler mit
Stellalgorithmus nutzen sollte (einem PWM vorgeschaltet).
Warum sollte das funktionieren???

Für welchen Stellantrieb steht das denn dort? Habe das Buch leider nicht griffbereit.

PWM klingt nach einer Ansteuerung der Spannung.
Wenn mit der Spannung das Drehmoment gestellt wird, muss ich ja auch eine dauerhafte Spannung auf den Motor geben, um die Stellung zu halten (Rückstellkraft des Ventils . Ergo kein I-Anteil.

Wenn allerdings der Stellmotor unterlagert geregelt ist und man von außen die Sollstellung des Ventils als Stellgröße vorgibt stimmt die Aussage, dass der Stellmotor als Integrator gesehen werden kann. Aber das würde man wohl kaum mit PWM tun… Hängt also von der Bauart des Stellmotors und des Regelventils ab.

und ich daher einen PDD’ Regler nutzen wuerde,
wenn ich einen digitalen PID-Regler verwende…
Das Verstehe ich leider nicht im geringsten…

Ich auch nicht, das scheint mir einfach falsch zu sein. Natürlich muss man gewisse Dinge beachten (insbesondere Abtastzeit), aber ein digitaler Integrator ist trotzdem ein Integrator (oder ein Summierer, wenn man pingelig ist :wink:

Hoffe das hilft weiter
Cas

#8

Hi Cas,

Also letztlich gibt der Regler die Aenderung der Geschwindigkeit und die Bewegungsrichtung vor. Also nicht die Sollstellung. Den PWM nutze ich damit ich die Geschwindigkeit (im Mittel) variieren kann.

Ich denke der Prof. wollte mir den PID-Geschwindigkeitsalgorithmus erklaeren, bei welchem der Regler die Aenderung der Stellgroesse vorgibt. Das ganze ist u.a. im Handbuch der Regelungstechnik erklaert (s. 482, u.a. z.b. ueber google books erreichbar (ca. 5 Saetze)).

Kennst du dich damit zufaellig aus?

herzlichen Gruss

Tom

#9

Tom,

da habe ich leider keine Erfahrung mit, sorry.

Beste Grüße
Christian

#10

Falls du da irgend ne Quelle oder
sowas kennst oder darueber beascheid weisst waere das echt
super wenn du mir was dazu sagen kannst =)))

Also die beste Quelle ist in Bezug auf Regelungstechnik fast immer das Taschenbuch der Regelungstechnik von [Lutz, Wendt]. Da steht ziemlich viel drin. Denke da wirst du fündig.

MFG
Sven

#11

Hi Tom,

ja, wenn der Regler nur die Änderung der Stellgröße ausgibt, wollte er vermutlich auf den PID-Geschw.algorithmus raus. Habe ich aber nie eingesetzt und kenne mich deshalb auch nicht weiter damit aus. Sieht aber nicht so furchtbar kompliziert aus, oder?

Gruß

Cas

#12

Am anfang ja, nun aber nicht mehr! =)
Danke allen fuer die Antworten!