Hallo allerseits, ich bau mir gerade eine Art kleiner "Klimakammer" die ich mittels Peltier-Element auf konstanter Temperatur halten will. Hardware (AVR) ist fertig und funktioniert, mit der Software kämpfe ich gerade. Dabei bin ich draufgekommen, dass ich wohl massive Defizite in Regelungstechnik habe :-( Vorab: ich weiss dass es ein reiner Zwei-Punkt-Regler auch täte, weil die Temperatur an und für sich unkritisch ist, aber ich möchte das Beispiel nutzen um etwas zu lernen... Erstmal hab ich einen reinen P-Regler versucht: Temperatur (recht genau) gemessen, Delta zur Solltemperatur ermittelt, mit einem Faktor multipliziert, begrenzt auf 0..255, ergibt meine PWM-Größe für die Peltier-Ansteuerung. Diesen "Faktor" hab ich mal versuchsweise so gesetzt, dass bei 5° Abweichung volle Pulle geheizt wird. Problem: Regelabweichung recht groß (logisch!). Wenn ich nun den Faktor vergrößere, wird die Abweichung zwar geringer, dafür beginnt das Ding zu schwingen (langsam, aber doch). Soweit glaube ich das zu verstehen, und es ist mir auch klar dass der reine P-Regler da nicht optimal arbeiten kann. Nächster Versuch sollte sein, einen PI-Regler (mit Anti-Windup) zu verwenden. Hier hab ich aber keine Ahnung wie ich den I-Anteil abschätzen soll. Es gibt wohl eine Methode die Parameter abzuschätzen, Basis dafür ist aber ein reiner P-Regler, wobei der P-Anteil solange erhöht wird bis die Strecke zu schwingen beginnt. Das ist aber etwas mühsam, weil das System sehr träge ist, ich würde vermutlich Stunden brauchen bis ich mir hier ans "Schwingen" herangetastet hätte. Was ich machen kann ist regelmäßig alle Parameter per UART an den PC senden und aufzeichnen, daraus kann ich auch nette Diagramme malen etc. Was mir spontan einfiele wäre eine Art "Sprungantwort" aufzuzeichnen, d.h. ist lasse das Ding sich auf Raumtemperatur einpendeln, geb dann Vollgas (bei deaktiviertem Regler) und zeichne die Temperatur auf. Hilft mir das was? Danke schon mal!
hallo, hast du die möglichkeit die Strecke zu analysieren?? also peltier auf 100% und dann in regelmäßigen Abständen die Temperatur in deiner Klima Kammer messen. wenn du dir dann die resultierende Kurve anguckst, kann man Rückschlüsse auf das Verhalten ziehen. aus dem Bauch raus würde ich auf eine PT1 Strecke tippen. optimal wäre es wenn du das Ergebnis hier mal postest.! vg
Abgesehen davon dass ich niht nur barfuß in Regelungstechnik bin, bin ich offensichtlich auch zu dumm zum googeln :-( http://www.rn-wissen.de/index.php/Regelungstechnik#Dimensionierung_durch_Probieren_.28Empirisches_Einstellen.29 Da ist eine methode mit Sprungantwort beschrieben. Das werd ich jetzt mal ausprobieren... @mLindner: Gerne werd ich das Diagramm dan posten...
Michael Reinelt schrieb: > Hier hab ich aber keine Ahnung wie ich den I-Anteil abschätzen soll. Hallo, ich verwende 2 getrennte Temperatursensoren Ein schneller P-Regler für den Temperatursteller und einen langsamen I-Regler (Temperaturoffset für den P-Regler-Setpoint) der dann die Temperatur dort regelt wo sie gebraucht wird. Der I-Anteil wird nur dann geändert wenn stabile Temperaturen vorhanden sind. Beitrag "Re: Temperaturreglung für einen Brutschrank" Gruß Anja
hinz schrieb: > Michael Reinelt schrieb: >> PWM-Größe für die >> Peltier-Ansteuerung. > > PWM ist da keine gute Idee. PWM wird sauber geglättet, am Peltier kommt nur Gleichstrom an.
> Da ist eine methode mit Sprungantwort beschrieben. Das werd ich jetzt > mal ausprobieren... Einfach Methoden setzen einfache Regelstrecken vorraus. Hast du soetwas gebaut? :-) Dazu drei Tips: 1. Dein Temperaturfuehler sollte einen guten thermischen Kontakt zu deinem Peltierelement haben. Ist da nicht der Fall so gibt es eine Zeitkonstante zwischen deinem Heiz/Kuehlelement und deinem Fuehler und das macht deine Regelstrecker schwieriger. 2. Dein Peltierlement sollte an deine Regelstrecke angepasst sein. Wenn du z.B maximal 0Grad erreichen willst und dein Peltier laeuft dabei mit 80% PWM so ist das okay. Wenn es aber erheblich ueberdimensioniert ist, also sagen wir mal dafuer nur 30% seiner Leistung braucht, so bekommst du grosse Probleme wenn du nur einen Teil der Leistung abrufen willst weil du z.b gerade nur auf 10Grad regeln moechtest. Es kann dann notwendig sein mit angepassten Parametern fuer verschiedene Sollwerte zu arbeiten. 3. Die Theorie geht ueblicherweise von LTI-Systemen aus. Erwartet also einen linearen Zusammenhang zwischen Stellgroesse und Eingangsgroesse. Sollte das nicht der Fall sein kann es dein Leben viel einfacher machen wenn du eine Kennlinie aufnimmst und dein System darueber linearisierst. Olaf
Im Kühlbereich, vor allem wenn man sich der Leistungsgrenze annähert, ist ein Peltierelement recht nichtlinear - es gibt halt einen optimalen Strom, und darum eine Parabel für die Leistung . Auch PWM mit Glättung (per Induktivität und Diode+Kondensator ?) ist nichtlinear. Das sollte man raus rechnen. Für die Glättung muss man ggf. die Kennlinie nachmessen. Beim Peltierelement lohnt es sich ggf. auch die Temperatur der anderen Seite (außen) zu messen, denn auch die Temperatur außen hat einen deutlichen Einfluss. Das ist dann zwar schon fortgeschrittene Regelungstechnik, aber auch nicht so kompliziert. Es geht auch ohne (ggf. braucht man dann auch noch das Differentialglied), aber den Sensor sollte man wenigstens vorsehen. Das Peltierelement darf zum kühlen ruhig ein bisschen größer ausgelegt sein, wenn nicht die volle Temperaturdifferenz benötigt wird. Ein zu knapp ausgelegtes Element braucht da ggf. mehr Strom und im Bereich über etwa 80% des Stromes wird die Sache sehr nichtlinear. Wichtig ist auch eine gute Kühlung der heißen Seite, vor allem wenn man die nicht zusätzlich misst. Zum heizen darf das Peltierelement ruhig kleiner sein - da ist ein Peltierelement sowieso nur etwas besser ein ein einfacher Heizwiderstand. Die Aufnahme der Sprungfunktion ist schon ein guter Weg.
Angehängte Dateien:
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Peltier.png
99 KB
Sodala, die Sprungfunkion wäre ermittelt (siehe Bild) Y ist Temperatur in °C, X ist Zeit in Sekunden. ich hab versucht diese "Wendetangente" einzuzeichnen, und die Werte wie im obigen Link auf rn-wissen zu ermitteln. ich komme auf eine Verzugszeit Tu = 60 Sekunden, und eine Ausgeichszeit Tg = 850 Sekunden. Istwertänderung = 26.4°C, Stellgrößenänderung = 200 (ich hab absichtlich nicht voll ausgesteuert) Ergibt eine Ks von 0.132 Was mich verwirrt ist dass die beiden Einstellregeln so unterschiedliche Werte liefern: Ziegler/Nichols: Kp=96,5 Ki=0,5 Chien/Hrones/Reswick: Kp=37,5 Ki=0,04 Naja, ich werd halt beide mal probieren.... Danke für den Hinweis auf die Nichtlinearität des Peltier-Elements. Die Kennlinie sollte ich dann auch noch erfassen :-(
Die Parameter nach Z.N. geben normal eine ziemlich aggressive Einstellung mit deutlichem Überschwingen / nachschwingen. Das ist mehr ein guter Startpunkt um dann von Hand weiter zu optimieren. Das man danach die Werte für Ki und Kp nochmal deutlich reduziert ist nicht ungewöhnlich. Es gibt halt auch nicht einen Optimalen Satz Parameter - was man als optimal empfindet hängt von der Anwendung ab. Der 2. Vorschlag ist da wohl mehr auf der sicheren Seite, also langsamer aber dafür sicher kein Schwingen. Die Linearisierung ist vor allem wichtig wenn die Regelung schnell und damit dicht an der Grenze der Stabilität eingestellt ist.
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