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
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
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%
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
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
@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.
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