Hallo, ich habe ein Problem bezüglich der richtigen Parametrierung eines Universalreglers (UR4848) ohne externe Programmierung. Und zwar soll ein Prüfstand, besser gesagt eine Schraube aufgeheizt werden. Dafür stehen zwei Heizmanschetten zur Verfügung, welche allerding in einem gewissen Abstand zur Schraube verbaut werden mussten. Neben diesen Manschetten sind Thermoelemente angebracht, die an jeweils einem Regler angeschlossen und somit für die Steuerung der Wärmezufuhr zuständig sind. Zusätzlich habe ich an eine Schraube unanbhängige Thermoelemente angebracht, um zu überprüfen, welche Temperatur wirklich bei der Schraube ankommt. Es war natürlich nicht die, die ich als Sollwert vorgegeben habe (durch den langen Weg von den Manschetten bis zur Schraube). Nun ist es mein Ziel zwei Thermoelemente an der Schraube für die Steuerung zu verwenden, da ich ja so die wahre Temperatur der Schraube steuern kann. Jedoch habe ich durch die lange Totzeit, also bis sich eine Temperaturänderung an der Schraube einstellt, eine starke und zu lange Aufheizung der Manschetten und so auch ein starkes Überschwingen etwas später an der Schraube (Siehe angehängtes Diagramm, die Temperaturen am Heizelement zeigt die wahre Temperatur der Manschetten, die Position Schraubenkopf- und Ende sollen für die Steuerung zuständig sein) Ich bin jetzt etwas überfragt, mit welchen Parametern des Reglers ich anfangen soll das ganze einzustellen... Was kann ich eigentlich direkt mit dem Proportionalband einstellen? und Ist ein PI-Regler für eine lange Totzeit besser? Es tut mir leid, wenn das alles etwas undruchsichtig wirkt, aber Theorie und Praxis sehen dann doch etwas verschieden aus... Ich hoffe ihr versteht mein Problem und könnt mir vielleicht einen Ansatz geben, wie ich jetzt am besten vorgehen kann. Vielen Dank
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Hallo Marie, Wenn ich das richtig sehe bist du in der Struktur des Reglers auf einen klassischen PID beschränkt. In dem Fall solltest du auf jeden Fall ein Thermoelement an der Schraube für das Feedback nutzen. PI sollte vermutlich auch reichen, hat aber meiner Ansicht nach keine Vorteile, außer dass du einen Parameter weniger "finden" musst. Wenn du Zugang zu Matlab mit Simulink hast würde ich dir empfehlen eine Sprungantwort auf zu nehmen und das System zu identifizieren und dann entsprechend in Matlab die passenden Reglereinstellungen vorab aus zu tarieren. Das kann enorm viel Zeit sparen. Auf den ersten Blick würde ich sagen: Lass den D-Teil erst mal weg wenn du von Hand einstellst. Suche mal nach Ziegler und Nichols. Sieht für mich aus als ob du das gaanze langsamer aufheizen musst, also alle Parameter mal runter schrauben, vor allem den I-Anteil. Gruß Flo
Marie schrieb: > Ich hoffe ihr > versteht mein Problem und könnt mir vielleicht einen Ansatz geben, wie > ich jetzt am besten vorgehen kann. Geeignet wäre dieser Regler hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Regelkreis#Smith-Pr.C3.A4diktor Aber sicher schon etwas anspruchsvoller.
oha das klingt allerdings etwas anspruchvoll und ich bin mir nicht sicher, ob ich das aus einem normalen Universalregler rausbekommen kann... :/ Gibt es vielleicht noch eine andere Möglichkeit mit Anpassung von Proportionalband, Integralzeit und Differntialzeit? Die Augangsleistung liegt schon nur bei 25%
Florian H. schrieb: > Suche mal nach > Ziegler und Nichols. Schau Dir das mal an: https://de.wikipedia.org/wiki/Faustformelverfahren_%28Automatisierungstechnik%29#Methode_von_Ziegler_und_Nichols
Einstellvorschrift ganz einfach: I-Anteil und D-Anteil auf 0. Den P-Anteil solange verringern bis das Ueberschwingen weg ist. Dann "ein wenig" I-Anteil damit der Sollwert zuverlaessig erreicht wird. Fertig [x]
Hi, welche Ausführung des UR4848 hast du ? Kannst du mit den beiden Reglern einen Kaskade bauen ? Also 0-100 % über 4-20 mA als Sollwert für den Folgeregler als 20 - 160 °C ? Siehst du den Stellgrad von dem Regler ? Wie lange ist der bei dem Wert der Begrenzung die du eingegeben hast ? Wenn der Regler Ist das Diagramm bereits mit der Begrenzung auf 25 % ? Wie wird die Leistung der Manschetten geregelt ? Über Relais oder SSRs ? Evtl kannst du mit einer Kaskade die Regelgüte verbessern so das die Maschette früher abkühlt so das du diese Schwinger nicht hast. Durch die Bregrenzung der Temperatur über die Kaskade, düftest du mit der Totzeit weniger Probleme haben. Gruß JackFrost
Erstens eine Vorwaertsfunktion definieren : Heizleistung = funktion (SollTemperatur - Ambient) Dann parallel noch einen langsamen Integrator. Also Heizleistung = funktion (SollTemperatur - Ambient) + Integrator(Soll-Ist);
Die Regelung mit 2 gekoppelten Systemen ist schon trickreich / aufwändig, weil die Heizungen nicht jeweils nur auf die eine Seite wirken. Bei dem trägen System wird man schon den kompletten PID Regler benötigen. Ohne den D Anteil wird es deutlich langsamer, gerade bei hoher Totzeit. Der Nachteil ist halt die aufwändigere Bestimmung der Parameter. Wegen der langen Zeitkonstanten sollte man hier wohl die Sprung- (oder alternativ die Impuls-) Antwort(en) messen und dann die Regel-parameter weitgehend rechnerisch bestimmen, etwa nach Faustregeln oder auch per Simulationssoftware. Wegen der 2 gekoppelten Systeme wird es noch einmal etwas komplizierter: Normal sollte die mittlere Temperatur der langsamere (und damit kritische) Fall sein als die Temperaturdifferenz. Entsprechend arbeiten für die Auslegung beide Heizungen / Regler parallel und man müssten die Antwort für beide Heizungen zusammen nutzen, auch wenn man nachher die Heizungen einzeln regelt.
Das Verfahren nach Zieger/Nichols habe ich schon versucht, als ich noch mit der alten Steuerung (Thermoelemente bei den Heizmanschetten), allerdings habe ich bei dem Regler keinen direkten P-Wert sondern nur das Proportionalband und da weiß ich nicht, wie das mit dem P-Wert im Verhältnis steht... Auch sonst habe ich so nur eine eine "Sägezahnkurve" erhalten... Die Einstellung von Ti unf Td habe ich empirisch vorgenommen... @jackfrost: Das hier ist der Regler: http://www.wachendorff-prozesstechnik.de/ur4848 Das mit der Kaskade ist eine gute Idee, allerdings glaube ich nicht, dass ich das umsetzen kann... wir haben die Steuerung fertig geliefert bekommen mit den zwei Reglern, die bis jetzt unabhängig laufen. Ich habe auch schon getestet, ob nur eine von beiden Manschetten ausreicht und das scheint so... vielleicht wird es dadurch einfacher. Kann ich nicht das rechtzeitige stoppen der Beheizung durch die Regelparameter einstellen? und ja das ist bereits bei 25% Leistung (wird glaube ich über Relais gesteuert, ich kann den Wert direkt am Regler definieren), weiterhin war Ein Pb-Wert von 10, Ti=27s, Td=8,1s eingestellt (das waren die Einstellung von der Regelung davor) @супертроль: Wie meinst du das mit der Funktion? Was ist Ambient?
Hallo Lurchi, ich denke, ich werde morgen einfach mal, wie bereits erwähnt, nur mit einer Manschette zu heizen und dadurch keine weiter Einflussgröße zu haben. Dann versuche ich dir Parameter nochmal mit dem Ziegler/Nichols verfahren zu bestimmen. Ich würde da folgendermaßen vorgehen: Ti und Td auf Null setzen da ich so einen P-Regler habe. Was mache ich aber mit dem Pb-Wert? In welchem Verhältnis steht der zu Kp? Dann gebe ich zum Beispiel als Sollwert wieder 80°C vor und nehme die Kurve auf und berechne/ bestimme mir daraus Tu und Tg? Bin ich da auf dem richtigen Weg? Ich kann halt an diesem Regler irgendwie nur Pb, Ti und Td ändern... und bevor ich jetzt anfange irgendwelche Rampen zu "programmieren" oder ähnliches wollte ich es so einfach wie möglich halten Danke schon mal euch allen :)
Bist Du Dir sicher, dass Du mit einer solchen Konstruktion überhaupt glücklich werden kannst? Hast Du zwischen Schraube und Heizung einen guten Wärmeleiter - kein Problem! Ist Dein Übertragungsmedium aber Luft, so wirst Du immer Probleme haben. Vor allem, wenn die Schraube (Wärmeabfuhr) keinen "Laborbedingungen" unterliegt. Eine nichtkonstante Wärmeabfuhr ist "hinter" einem großen Wärmewiderstand immer ein Griff in die Sch*****. Das lässt sich auch nicht mit einem guten Regler kompensieren.
JA das wird leider ein Problem sein :/ Ich habe zwar alles schon isoliert und es wird auch besser, aber ich will und muss es probieren, da es Bestandteil meiner Abschlussarbeit ist... und nur so kann man halt wirklich auf die Temperatur der Schraube schließen. Wenn ich nach langem probieren zu dem Entschluss komme, das es nicht funktioniert kann ich es begründen, aber ich muss eben erstmal (fast) alles versuchen. ;) Ich teste diesen neuen Aufbau quasi und optimiere ihn, soweit es geht.
Eine Isolation nach "Außen" hin wird Deine Energiebilanz verbessern, ein bisschen auch die Reaktion nach innen - wegen der scheinbar größeren Heizleistung. Behalte bei solchen Tricks aber im Auge, dass die Heizung zu heiß werden kann, vor allem, wenn Deine Sensoren auf der Schraube liegen und die "Eigenwärme" der Heizung, dabei aus den Augen verloren geht. Nicht jede Heizung kann sich, durch die Erhöhung des Innenwiderstandes, selbst schützen.
Es könnte sein das das Proportionalband der Bereich ist bei dem der Stellgrad proportional zur Regelabweichung geändert wird. Bsp. Pd = 10 K Sollwert 80 Istwert 60 Wenn die Regelabweichung größer als das Proportionalband ist gibt der P-Anteil 100% aus. Wenn die Regelweichung nur noch 5 K beträgt gibt der P-Anteil nur noch 50 % aus. In dem Fall dürfte der Zusammenhang zwischen Kp und Pd folgender sein:
Wenn du die Heizung früher stoppen willst müsstest du den I-Anteil langsamer machen und das Pd vergrößern. Wenn es so wie die Formel von oben ist hast du bei einer Regelabweichung von 2,5 K immer noch 25 % vom P-Anteil, d.h, erst nachdem du nah am Sollwert bist heizt du weniger da erst hier der Stellgrad kleiner wird als die Begrenzung. Was ist denn bei t.c. eingestellt ? Gruß JackFrost
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Bearbeitet durch User
@Sebastian: Die Temperatur habe ich ständig im Blick und könnte abbrechen, falls es zu hoch wird. Das sind in dem Diagramm die Datenreihe Heizelement links und rechts @Jackfrost ok, der Zusammenhang macht erstmal Sinn, das probiere ich morgen aus. Bei tc sind 10s nach Werkseinstellung eingestellt
>Heizleistung = funktion (SollTemperatur - Ambient) +
Integrator(Soll-Ist);
Also. Eine Heizung hat Verluste gegen die Umgebung. Deshalb muss man die
Umgebungstemperatur kennen. Das nent sich dann "Ambient", wie auch immer
man auf diesen Begriff kommt. Die Heizleistung ist eine Funktion der
Temperaturdifferenz zur Umgebung. Im einfachsten Fall ist der
zusammenhang linear. Eine Gerade durch Null. Dh bei Null
Temperaturdifferenz muss man nicht heizen. Im Komplizierteren Fall ist
die Funktion bei hoeheren Temperaturen etwas hoeher. Diese Funktion kann
und soll man bestimmen. Denn damit kann man die Heizung schon mal
ansteuern und ist in der Naehe.
Die modernen Regler haben meist eine Autotune Funktion. Das ist so etwas ähnliches wie der Abgleich nach Zieger/Nichols nur das der Regler das Intern macht und ggf. auch etwas besser. Wegen der 2 Regler die ggf. mehr oder weniger parallel arbeiten, muss man aber ziemlich sicher die Parameter noch anpassen. Also erst einmal Autotune für jeden der Regler einzeln laufen lassen. Dies sollte vermutlich ähnliche Parameter geben. Zur Anpassung an das Zusammenwirken dann die Regelverstärkung jeweils halbieren, also den parameter Proportional Band verdoppeln - je nach Stärker der Kopplung auch etwas weniger als verdoppeln. Die Zeiten für I und D Anteil bleiben unverändert. Alternativ könnte man für den Abgleich jeweils beide Heizungen parallel an den Reglern haben und dann nacheinander Abgleichen. Der Aufbau mit schlechter Kopplung Heizung Probe macht die Regelung prinzipbedingt langsam und schwer zu regeln. Da muss man ggf. noch etwas dran ändern (andere, ggf. zusätzliche Heizungen). Extra Isolierung macht die Regelung oft eher langsamer. Die Kaskadenregelung wäre wohl eine Verbesserung, löst aber das prinzpielle Problem (die lange Totzeit) nicht. Das braucht i.a. Regler die dafür vorgesehen sind - einfach 2 normale Regler koppeln geht nicht gut, weil dann die Anti-Windup Funktion meist nicht gut funktioniert.
Also ich habe es jetzt hinbekommen. :) Nach nochmaliger tiefgründiger Auseinandersetzung mit dem Regler konnte ich doch tatsächlich nur über die Ausgangsleistung regeln und so eine Sprungantwort aufnehmen. Dafür habe ich das Steuerthermoelement am Schraubenkopf angebracht und den Temperaturverlauf aufgezeichnet. Ich habe 5% vorgegbenen und als sich irgendwann ein stationäres Verhalten eingestellt hat, habe ich auf 10% erhöht. Für die Bestimmung von Proportionalband (bei dem ich mittlerweile auch weiß was es ist), Integral- und Differntialzeit habe ich ein Verfahren gefunden, was extra für lange Regelstrecken geeignet ist. Dort wird die Anstiegsgeschwindigkeit (K/s) und der verwendete Ausgangsleistungsbereich im späteren Betrieb berücksichtigt. meine Ergebnisse waren: Xp= 18K Ti=960s Td=240s und es funktioniert tatsächlich einwandfrei ohne großes überschwingen der Temperatur an der Schraube. Vielen Dank für eure Hilfe, das hat mich echt weiter gebracht. Wen die Berechnungen interessieren, ich habe das Buch "Regelungstechnik für den Praktiker" von Manfred Schleicher verwendet. Da ist alles super erklärt.
Das Buch gibt es bei Jumo kostenlos als PDF-Download: http://www.jumo.de/de_DE/support/faq-weiterbildung/literatur/themen/regelungstechnik/FAS525.html
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