Temperaturregler mit Tuecken

[Michael Eggert]

On Wed, 26 Nov 2003 17:17:05 +0100, Tilmann Reh
<tilmann.reh@autometer.de> wrote:

Hi!

Totzeit ist immer problematisch. Je länger die Zeit, desto
langsamer und vorsichtiger muß der Regler reagieren.

Dacht ich mir schon.

Dem Reglerwechsel beim Erreichen des Zielfensters gebührt daher
besondere Aufmerksamkeit, sonst läuft die Temperatur wieder aus
dem Fenster heraus, bevor der PI-Regler "gegriffen" hat.

Ja, das hab ich beim Peltier schon gemerkt. Heizt man einfach nur bis
knapp vor Soll und schaltet dann auf PI, sackt die Kiste erstmal
kräftig durch, weil noch kein I da ist. Hab dann experimentell einen
Wert gefunden, der über die Aufheizzeit integriert einen guten
I-Startwert gibt.

Gehe außerdem davon aus, daß Du recht schnell die Heizung an- und
ausschalten mußt (also PWM), um eine einigermaßen fein stellbare
Heizleistung zu haben. Das kann der Controller aber mit links.

Das hab ich ja schon..

Gruß,
Michael.

 

[Michael Eggert]

On Thu, 27 Nov 2003 19:52:02 +0100, greim <greim@schleibinger.com>
wrote:

Hi!

Schau mal unter Luenberg Beobachter oder Zustandsregelung mit
Beobachter.

Hm, das ist alles so grundlegend, daß die meistens Treffer Vorlesungs-
oder Inhaltsverzeichnisse sind - ziemlich nervig auf Dauer. Hab aber
dennoch ziemlich weit abgeschlagen was dazu gefunden.

Du rechnest in deinem Controller die Strecke mit , Daumen mal Pi reicht,

Und wie genau darf "Daumen" sein?
Das Verhalten dürfte doch einigermaßen abhängig von der absoluten
Temperatur sein, die der Controller nicht kennt.

einfach z.B. I (Addier mal schön) oder PI + Totzeit (Ringpuffer).
Dann bekommst du einen Streckenausgang yb vor der Totzeit und yb' nach
der Totzeit.
Regeln (z.B. klassisch mit PID oder noch einfacher Zwipunkt)
tust du yb, nicht das Temperatursignal y vom Fühler !
D.h. du hast virtuell eine Strecke ohne Totzeit, das ist dann machbar.
Dann berechnest du noch k(y-yb') als Korrektur der Abweichung Modell -
Real
und ziehst das vom Eingang deines Modells (1 oder 0 bei Zweipunktregler)
ab.

Klingt der prädiktiven Regelung recht ähnlich, zumindest in den
Teilen, die ich bei beiden verstanden hab.

Gruß,
Michael.

 

[Michael Eggert]

Ich schrieb:

Klingt der prädiktiven Regelung recht ähnlich, zumindest in den
Teilen, die ich bei beiden verstanden hab.

glaube verstanden zu haben ^^^^^^^^^^^^^^
sollte das heißen.

Gruß,
Michael.

 

[greim]

Michael Eggert wrote:

Ich schrieb:

Klingt der prädiktiven Regelung recht ähnlich, zumindest in den
Teilen, die ich bei beiden verstanden hab.

glaube verstanden zu haben ^^^^^^^^^^^^^^
sollte das heißen.

Ja, du sagst ja das Verhalten vor der Totzeit voraus.

Ich kenn ja deinen Versuchsaufbau nicht genau, aber vielleicht kannst du
ja noch einen zweiten Temperatursensor näher an der Heizung spendieren,
dann hast du die Totzeit natürlich auch draussen. Mesit die aller
simpelste Lösung.

Grüße

Markus Greim

 

[Oliver Betz]

greim <greim@schleibinger.com> schrieb:

[...]

Ja, du sagst ja das Verhalten vor der Totzeit voraus.

Dummerweise sind die ganzen Temper-Regelstrecken keine einfachen
Totzeiten, sondern _Ausgleichsvorgänge_. Versuche einmal, die DGL für
die Impuls- oder Sprungantwort zu lösen <eg>...

Damit es nicht zu einfach wird, ist der Verlauf natürlich nicht
kontinuierlich: Isolator zwischen Heizdraht und Klotz, Klotz
dreidimensional. Und wenn Du Pech hast, bekommst Du keine einzelne
dominierende Teilstrecke, sondern mehrere wollen berücksichtigt
werden.

Ich habe einmal ein Modell einer Heizung gemacht und letztlich viel
mehr Arbeit investiert, als der (gute) Erfolg wert war. Gut - der
Regler regelt Störungen (die in meinem Fall das Problem für den PID
waren) sehr gut aus, aber es war wirklich knifflig.

Ferner ist es selbst bei bekanntem Streckenverhalten nicht (immer)
einfach, eine optimale Anregungsfunktion zu ermitteln, ohne massiv
Rechenzeit mit einer "brute force" Methode (Ausprobieren) zu
verbraten.

Also nochmal ganz knapp: die Strecke zu simulieren, _ermöglicht_ einen
optimalen Regler, aber es ist nicht einfach, ein in der Praxis gut
funktionierendes System aufzubauen.

Übrigens: Hut ab vor den "von der Stange" PID-Reglern, die mit den
üblichen Widrigkeiten so gut zurechtkommen, wie es ein
Selbstbau-Regler selten schaffen wird. Da steckt _viel_ Erfahrung und
Optimierung drin.

Servus

Oliver
--
Oliver Betz, Muenchen

 

[Michael Eggert]

On Fri, 28 Nov 2003 19:47:52 +0100, greim <greim@schleibinger.com>
wrote:

Hi!

Ja, du sagst ja das Verhalten vor der Totzeit voraus.
Ich kenn ja deinen Versuchsaufbau nicht genau,

Versuchsaufbau ist - vereinfacht gesagt - ein Aluklotz 20x40x40mm, in
die äußeren vier Kanten kommen Nuten, in die ich je einen dieser ca
30x6x6mm großen Zementwiderstände klebe (Sekundenkleber). Messen
möchte ich mit _einem_ AD590 möglichst dicht an _einem_ der
Widerstände - das sollte reichen, da der Aufbau symmetrisch ist. Der
AD590 kommt seitlich in eine Bohrung im Alublock, evtl so weit, daß er
mit der Stirnfläche den Widerstand berührt.

aber vielleicht kannst du
ja noch einen zweiten Temperatursensor näher an der Heizung spendieren,
dann hast du die Totzeit natürlich auch draussen. Mesit die aller
simpelste Lösung.

Ich zitier mich mal aus diesem Thread:
|Bloß was soll ich sonst nehmen, die Zement-Dinger sind schön eckig,
|kann ich prima mit Sekundenkleber in eine Nut bappen. Die komischen
|Metalldinger von Conrad (421111) haben innen sicher auch Zement,
|müssen ja isoliert sein. Und normale runde Drahtwiderstände könnt ich
|zwar in eine Bohrung stecken, die haben selbst auch weniger
|"drumherum", aber keinen konstanten Durchmesser -> mehr Kleber.

Ich hoffe einfach mal, daß letztendlich die Zeitkonstante der
Wärmekapazität größer sein wird als die Totzeit - denn darauf kommts
wohl an beim PID? Leider kann ich das noch nicht testen, da der
Versuchsaufbau eben noch nicht steht, es fehlen noch Teile, von denen
dann die genaue Geometrie abhängt usw...
Ich kann mich aber nicht drauf verlassen, daß der PID schon tun wird,
und so ist es gut zu wissen, daß es eben noch andere Möglichkeiten
jenseits von PID gibt.

Gruß,
Michael.

 

[Dieter Wiedmann]

Michael Eggert schrieb:

Versuchsaufbau ist - vereinfacht gesagt - ein Aluklotz 20x40x40mm, in
die äußeren vier Kanten kommen Nuten, in die ich je einen dieser ca
30x6x6mm großen Zementwiderstände klebe (Sekundenkleber).

Du weißt, dass Cyanacrylatklebstoffe (AKA Sekundenkleber) nur bis ca.
80°C geeignet ist?


Gruß Dieter

 

[Rafael Deliano]

Der AD590 kommt seitlich in eine Bohrung im Alublock, evtl so weit,
daß er mit der Stirnfläche den Widerstand berührt.
Welche Temperatur soll dann geregelt werden ? Die der äußeren Oberfläche

des Alublocks, etwas im Inneren des Alublocks ?
Elegante Lösung für zusätzlichen Meßfühler wäre die Temperatur des
Heizwiderstands mittels dessen Widerstandsänderung selber messen.
Leider selten praktikabel, weil Tempco von handelsüblichem Widerstand
zu gering. Man müsste Thermistoren oder Draht als Heizer nehmen.
An der Oberfläche kann man dann weiteren Sensor anbringen.

Ich hoffe einfach mal, daß letztendlich die Zeitkonstante der
Wärmekapazität größer sein wird als die Totzeit
Die ist die Ursache der Totzeit.

Klassischer Physikversuch an Hochschulen: dünner Metallstab wird
plötzlich
an einem Ende in Eiswasser getaucht. Am anderen Ende hängt Thermoelement
und dessen Verlauf gibt man dann auf Schreiber/Oszilloskop.
Nach einiger Zeit sieht man ca. Sprung, wenn die Kälte durchgelaufen
ist.
Die elektrische Analogie ist eine Kette von 1pol RC-Tiefpässen.
Vgl auch Kabel bei tiefen Frequenzen.
Offensichtlich wird eine dünne Platte kürzere Zeitkonstante als
langer Stab haben.

- denn darauf kommts wohl an beim PID?
Es gibt Faustformeln für das Verhältnis Anstiegszeit zu Totzeit

bei Sprung.
Ta/Tt > 10 einfach ; PID ok
= 6 schwierig
< 3 sehr schwierig
Wenn man ein Totzeitsystem hat, wird man entweder den Aufbau
ändern. Z.B. mehr Sensoren.
Oder explizit Regler für Totzeit nehmen. Der älteste dürfte
Smith Predictor sein. Es sind aber modellbasierende Regler.
Schlechtes Modell = schlechter Regler. Daran scheitern
state space Methoden ja typisch, abgesehen vom Aufwand.

daß es eben noch andere Möglichkeiten jenseits von PID gibt.
Es gibt ganze Bücher drüber.

Z.B. Marshall "Control of time-delay systems" Peregrinus 1979
( dürfte allerdings kaum noch zu bekommen sein, hatte Mühe
mein Exemplar via abebooks aus Antiquariat in England zu beschaffen ).
Auch in Büchern über Regelungstechnik für chemische Industrie
sind oft Kapitel darüber. Z.B. in Schöne "Prozessrechensysteme der
Verfahrensindustrie" Hanser 1969 8 Seiten, bei Bedarf scanbar.

MfG JRD

 

[Michael Eggert]

Dieter Wiedmann <Dieter.Wiedmann@t-online.de> wrote in message news:<3FCA7F7D.B9432555@t-online.de>...

Hi!

Du weißt, dass Cyanacrylatklebstoffe (AKA Sekundenkleber) nur bis ca.
80°C geeignet ist?

Ui, gut zu wissen, danke!
80°C war so meine angepeilte Obergrenze, meist wirds so um 60°C haben.

Geht 80°C kurzfristig, oder sollte ich einen anderen Kleber nehmen
(welchen)?

Übrigens: Auf "Wärmeleitkleber" steht ja auch Cyanacrylat drauf, sieht
auch aus wie Sekundenkleber, riecht so und fühlt sich auch so an.
Bislang bin ich immer davon ausgegangen, daß das ein- und dasselbe
ist, nur zu unterschiedlichen Preisen verkauft.
Zumal die Wärmeleitung besser ist, je dünner die Schicht ist - und
dünne Schichten bekommt man auch mit Sekundenkleber prima hin. Also:
Gibts da nen Unterschied?

Gruß,
Michael.

 

[Dieter Wiedmann]

Michael Eggert schrieb:

80°C war so meine angepeilte Obergrenze, meist wirds so um 60°C haben.

Geht 80°C kurzfristig, oder sollte ich einen anderen Kleber nehmen
(welchen)?

Kurzzeitig schon, aber ich würde dennoch zu Zweikomponentenepoxidkleber
(z.B. UHU plus) raten.

Übrigens: Auf "Wärmeleitkleber" steht ja auch Cyanacrylat drauf, sieht
auch aus wie Sekundenkleber, riecht so und fühlt sich auch so an.
Bislang bin ich immer davon ausgegangen, daß das ein- und dasselbe
ist, nur zu unterschiedlichen Preisen verkauft.
Zumal die Wärmeleitung besser ist, je dünner die Schicht ist - und
dünne Schichten bekommt man auch mit Sekundenkleber prima hin. Also:
Gibts da nen Unterschied?

Im Wesentlichen ist es einfach der Preis, manche enthalten auch noch
feinstkörnige Füllstoffe (z.B. ZnO), das verbessert die
Wärmeleitfähigkeit.


Gruß Dieter

 

[Michael Eggert]

On Mon, 01 Dec 2003 16:32:20 +0100, Dieter Wiedmann
<Dieter.Wiedmann@t-online.de> wrote:

Hi!

Kurzzeitig schon, aber ich würde dennoch zu Zweikomponentenepoxidkleber
(z.B. UHU plus) raten.

Hm mal schauen, wie das passt.. Vorteil von Sekundenkleber seh ich
darin, daß man wirklich dünnste Schichten machen kann. Macht man die
Passung so eng, daß es schon schabt, schiebt das den Zweikomponisten-
kleber schon raus.


[Wärmeleit- gegen Sekundenkleber]

Im Wesentlichen ist es einfach der Preis, manche enthalten auch noch
feinstkörnige Füllstoffe (z.B. ZnO), das verbessert die
Wärmeleitfähigkeit.

Hm, der Wärmeleitkleber den ich mal hatte, war absolut klar.

Gruß,
Michael.

 

[Michael Eggert]

On Mon, 01 Dec 2003 09:14:42 +0100, Rafael Deliano
<Rafael_Deliano@t-online.de> wrote:

Hi!

Welche Temperatur soll dann geregelt werden ? Die der äußeren Oberfläche
des Alublocks, etwas im Inneren des Alublocks ?

Die des Alus an der Heizung würde mir schon reichen.

Elegante Lösung für zusätzlichen Meßfühler wäre die Temperatur des
Heizwiderstands mittels dessen Widerstandsänderung selber messen.

Iihgitt, und das bei PWM? Nee ich glaub, das macht keinen Spaß.

Ich hoffe einfach mal, daß letztendlich die Zeitkonstante der
Wärmekapazität größer sein wird als die Totzeit
Die ist die Ursache der Totzeit.
Klassischer Physikversuch an Hochschulen: dünner Metallstab wird
plötzlich
an einem Ende in Eiswasser getaucht. Am anderen Ende hängt Thermoelement
und dessen Verlauf gibt man dann auf Schreiber/Oszilloskop.
Nach einiger Zeit sieht man ca. Sprung, wenn die Kälte durchgelaufen
ist.

Äähm, ich meinte die Relation zwischen "bis sich überhaupt was tut"
(Zeit, bis die Wärme durch den Widerstand durch ist) und "wie langsam
sich das ganze aufheizt" (Wärmekapazität des Alublocks durch
Heizleistung).

Die elektrische Analogie ist eine Kette von 1pol RC-Tiefpässen.
Vgl auch Kabel bei tiefen Frequenzen.

RC würde ich mit der Wärmekapazität des Alublocks vergleichen. Totzeit
wäre ein delay. Denn während man beim RC schon von Beginn an was sieht
(dU/dt = I/C; I = U/R für den Startzeitpunkt), sehe ich eben beim
Einschalten der Heizung _erstmal_gar_nix_, bis die Wärme außen am
Widerstand ankommt, und erst dann das RC-ähnliche Verhalten.

Es gibt Faustformeln für das Verhältnis Anstiegszeit zu Totzeit
bei Sprung.

Anstiegszeit ist dann wohl das, was ich mit der Wärmekapazität
verbinde. Wie ist die definiert? Zeit, bis Differenz auf 1/e
abgenommen hat?

Ta/Tt > 10 einfach ; PID ok
= 6 schwierig
3 sehr schwierig

Na, dann lass ich mich mal überraschen, was bei rauskommt.

Wenn man ein Totzeitsystem hat, wird man entweder den Aufbau
ändern. Z.B. mehr Sensoren.

Kann ich leider schlecht machen. Und schon gar nicht dichter an der
Heizung, es sei denn, ich fräs den Zementwiderstand an.

Oder explizit Regler für Totzeit nehmen. Der älteste dürfte
Smith Predictor sein. Es sind aber modellbasierende Regler.
Schlechtes Modell = schlechter Regler. Daran scheitern
state space Methoden ja typisch, abgesehen vom Aufwand.

....und wieder google-Futter

Auch in Büchern über Regelungstechnik für chemische Industrie
sind oft Kapitel darüber. Z.B. in Schöne "Prozessrechensysteme der
Verfahrensindustrie" Hanser 1969 8 Seiten, bei Bedarf scanbar.

Ist das verständlich und übertragbar geschrieben? Dann komm ich evtl
darauf zurück (danke schonmal), wenn ich die Strecke aufgebaut und
durchgemessen hab.

Gruß,
Michael.

 

[Rafael Deliano]

Temperatur des
Heizwiderstands mittels dessen Widerstandsänderung selber messen.
Iihgitt, und das bei PWM?
Da die thermische Zeitkonstant lang sind, kann die PWM ( per Software )

langsam sein, z.B. Millisekundentakt. Wenn man Konstantstromquelle von
einigen Milliampere parallel hängt, kann man in der Off-Phase des
Schalttransistors die Spannung an der Last messen.
Hauptproblem ist ein Heizwiderstand mit üppigem Tempco.
Denkbar sind Ketten von Dioden ( Transistoren ) in passenden Gehäusen
( TO220, TO3 ). Allerdings machen die nicht über 150 ´C.
Man braucht dann steuerbare Konstantstromquelle um die innere
Ube rausmesen zu können.

Die elektrische Analogie ist eine Kette von 1pol RC-Tiefpässen.
Denn während man beim RC schon von Beginn an was sieht ...
, sehe ich eben beim Einschalten der Heizung _erstmal_gar_nix_,
Wenn die Zahl der in Serie geschalteten RC-Tiefpässe "sehr hoch"

ist, machen die die Totzeit auch.
Das Modell wird ausser für Wärmetransport auch für Stofftransport
verwendet: Erdgasnetz oder hydraulische Steuerungen. Es ist
natürlich nur Näherung.

Es gibt Faustformeln für das Verhältnis Anstiegszeit zu Totzeit
bei Sprung.
Wie ist die definiert?
An den schlappen Übergang die Wendetangente anlegen, damit er eckig

wird.
Dann hat man klare Punkte für Totzeit, Anstiegszeit.

|----------------
in |
---------|
/-------------
/
/
out /
-----------------/

Smith Predictor
...und wieder google-Futter
Nach Dahlin kann man auch suchen. U.a. auch in groups.google.

Smith Predictor wurde Ende 50er erfunden und Anfang 70er in
Papierfabriken, Walzwerken eingesetzt. Jedoch: da ist das Modell
einfach. Und man kann z.B. Drehzahlfehler der Walze messen und
ins Modell einspeisen. So günstige Bedingungen hat man sonst nicht.

in Büchern über Regelungstechnik
Ist das verständlich und übertragbar geschrieben?
Naja wohl nicht. Drum bin ich auch noch am Sammeln von Literatur

zu Smith wie speziell das Buch von Marshall.
Heute laufen Walzwerke vermutlich mit state space, was dann aber
nochmal komplizierter ist.
Die vernünftigste Lösung ist meist kein Totzeitregler, sondern
mehr Sensoren.

MfG JRD