Anspruchsvolle Geschwindigkeitsregelung

[Jo-Janzen]

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Hallo Zusammen!
Ich soll eine neue Geschwindigkeitsregelung einer Stranpresse entwickelt.
Es soll der Istwert eines Wegmessgeber, der am Pressstempel befestigt ist, (Auflösung 1um) zunächst auf eine Geschwindigkeit umgerechnet werden. Z.b. in S7.
Anschließend soll die Istgeschwindigkeit auf Sollwert vom Poti geregelt werden. Der Stellwert geht auf ein Servoventil, der den Schwenkwinkel
einer Axialkolbenpumpe verändert (zur Fördervolumenveränderungen und somit zur Geschwindigkeitsveränderung des Pressstempels).
Mir ist es überlassen wie ich das mache.
Die Schwierigkeit dabei ist, dass es sich um niedrige Geschwindigkeiten im Bereich von 0,1 -0,5 mm/sek handelt.
Aufgrund der Anforderungen am Material muss die Geschwindigkeit sehr konstant sein, also kein Schwanken.
Die aktuelle analoge Regelung mit analoger externer Regelkarte und einem Seilzuggeber als Wegmessgeber sind dazu nicht in der Lage.
Hat jemand Vorschläge für eine Lösung? Wie oder womit kann man solch niedrige Geschwindikeiten optimal regeln?
Mein Anatz wäre mit der S7- PID oder einer modernen digitalen Regelkarte.
Oder um es anspruchsvoller zu gestalten: Eine Regelung selber programmieren.
Das ist für meine Bachelorarbeit, und wäre für jeden Vorschlag dankbar!
Gruß Johann

 

[LT Smash]

1. Charakterisiere die Regelstrecke in die Grundglieder P, I, D, PT1 usw.
2. Ermittle deren Parameter durch Sprungantworten
3. Sind Störgrößen im Spiel? Wenn ja, wie kann man diese charakterisieren?
4. Im Falle einer klassischen PID Regelung: Ermittle die optimalen Reglerparameter anhand der einschlägig bekannten Methoden.
5. Reicht eine quasikontinuierliche Regelung? Wenn ja, dann kannst Du mit S7 alles mit Standardbausteinen erschlagen
6. Digitale Regelung erforderlich? Mit S7 möglich, aber wohl mit Matlab einfacher umzusetzen.

Gruß,
LT Smash

 

[Blockmove]

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Evtl. wäre eine Bosch Rexroth HACD-Regelkarte für deine Anwendung geeignet.

Gruß
Dieter

 

[Onkel Dagobert]

Hallo Johann,

ich glaube, der Knackpunkt liegt zunächst bei der Messung der Regelgröße bzw. des Weges. Bei einer minimalen Geschwindigkeit von 100µm/s ist eine Auflösung von 1µm für eine Regelung schätzungsweise gerade mal ausreichend. Was ist es für ein Sensor, was hat er für einen Meßbereich und was liefert er für ein Signal? Wenn du einen Analogwert wandeln mußt, dann könnte es schon sehr schwierig bzw. unmöglich werden. Der Analogeingang sollte dann auf jeden Fall eine entsprechend hohe Auflösung haben. Besser wäre auf jeden Fall ein digitales Signal von einem Inkrementalgeber.

Bei der alten Anordnung war ein Seilzugsensor verbaut. Das finde ich genial.

Was hast du für einen Wegmessgeber?


Gruß, Onkel

 

[rostiger Nagel]

Zur Wegerfassung an einenHydraulikzylinder bitten sich auch Sensoren von MTS an
http://www.mtssensor.de/Industrie-Sensoren.31.0.html

Ausreichende Auflösung (1micrometer); einfache Montage; sehr unanfällig gegen äußere Störgrößen
wie Hydraulköl oder Mechanik und zb direkt am Profibus anzubinden.

 

[Jo-Janzen]

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1. Charakterisiere die Regelstrecke in die Grundglieder P, I, D, PT1 usw.
2. Ermittle deren Parameter durch Sprungantworten
3. Sind Störgrößen im Spiel? Wenn ja, wie kann man diese charakterisieren?
4. Im Falle einer klassischen PID Regelung: Ermittle die optimalen Reglerparameter anhand der einschlägig bekannten Methoden.
5. Reicht eine quasikontinuierliche Regelung? Wenn ja, dann kannst Du mit S7 alles mit Standardbausteinen erschlagen
6. Digitale Regelung erforderlich? Mit S7 möglich, aber wohl mit Matlab einfacher umzusetzen.

Gruß,
LT Smash

Zu
1. Habe ich gemacht. Ist eine PT1 Strecke
2.Ich bekomme keine Sprungantwort in dem Sinne. Durch die Sollwertänderung über einen Poti erhält man eher eine Anstiegsfunktion, die dann auch eine verfälschte Sprungantwort zu folge hat, oder liege ich da falsch? Kann man daraus tgrotzdem die Parameter entnehmen?
Wenn ich zuerst den Sollwert einstelle und dann das Pressen beginne, dann ist die Sprungantwort sehr unstabil. Bis die Geschwindigkeit ihren Sollwert erreicht hat, schlägt Sie noch erheblich 3-4 Zacken nach unten und zurück.
3.Störgrößen sollten nach austausch der (wahrscheinlich) defekten Pumpe auf mechanische (noch unbekannten Störgrößen) reduziert werden.
4. Werde ich machen. Mein Betreuer redet auch von klassischer PID-Regelung. Was gibt es denn sonst für moderne Technolgien zu Regelung.
Wird eine Regelung nicht generell mit P-I-D Anteilen aufgebaut?
5. Wenn ich "quasikontinuirlich" richtig verstehe, dann ist doch eine quasikontinuierliche Regelung immer besser, weil es im gegensatz zur diskreten Regelung keine Lücken in der Aufzeichnung exestieren.
6. Warum einfacher?

 

[Jo-Janzen]

Danke für die Antworten

 

[Jo-Janzen]

Was sind die Vor und Nachteile zwischen S7 PID und einer Rexroth Karte.
Besonders im Bezug zur geringen Geschwindigkeit?

 

[Jo-Janzen]

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Hallo Johann,

ich glaube, der Knackpunkt liegt zunächst bei der Messung der Regelgröße bzw. des Weges. Bei einer minimalen Geschwindigkeit von 100µm/s ist eine Auflösung von 1µm für eine Regelung schätzungsweise gerade mal ausreichend. Was ist es für ein Sensor, was hat er für einen Meßbereich und was liefert er für ein Signal? Wenn du einen Analogwert wandeln mußt, dann könnte es schon sehr schwierig bzw. unmöglich werden. Der Analogeingang sollte dann auf jeden Fall eine entsprechend hohe Auflösung haben. Besser wäre auf jeden Fall ein digitales Signal von einem Inkrementalgeber.

Bei der alten Anordnung war ein Seilzugsensor verbaut. Das finde ich genial.

Was hast du für einen Wegmessgeber?


Gruß, Onkel

Also es ist wie "Rostiger Nagel" vorgeschlagen hat ein MTS-Stab RP 1um Auflösung und 1ms Messzyklus. Also Digital über Profibus.
Messbereich 2m. Mit dem Seilzuggeber haben wir schlechte Erfahrung gemacht. Also laut Aufzeichnungen gibt er zeitlich gesehen unstabile
Impulse. D.h.1 Impuls kann schon mal 2-4 mal länger anstehen als andere. Mit SPS Analyzer geprüft.

 

[Jo-Janzen]

Kennt sich einer zufällig mit Strangpressen aus?

 

[Jo-Janzen]

Zur Wegerfassung an einenHydraulikzylinder bitten sich auch Sensoren von MTS an
http://www.mtssensor.de/Industrie-Sensoren.31.0.html

Ausreichende Auflösung (1micrometer); einfache Montage; sehr unanfällig gegen äußere Störgrößen
wie Hydraulköl oder Mechanik und zb direkt am Profibus anzubinden.

mit diesem MTS-Stab werden wir testfahrten machen. was sind den Störgrößen wie Hydraulik-Öl und mechanik?
Ok mechanisch könnten Reibungen oder sowas sein. Aber Hydraulik-Öl?
Kennst du dich mit Strangpressen aus?

 

[Matze001]

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wow! ein Monolog! Hätte nicht ein Beitrag gereicht (es gibt nen Editier-Knopf)

Grüße

Marcel

 

[Jo-Janzen]

ja sorry, bin erst zum 2.mal aktiv im Forum. Ich weiß nicht, was du meinst mit "Editierknopf". Ich hatte schon versucht meine Antworten eleganter zu gestalten, aber das hat auf Anhieb nicht geklappt, und hatte gestern Abend auch keine Lust mehr rumzusuchen.

 

[rostiger Nagel]

Kennst du dich mit Strangpressen aus?

Nöh....

Ok mechanisch könnten Reibungen oder sowas sein. Aber Hydraulik-Öl?

Wenn ich deine Eingangspost richtig deute, führst du dieses Pressen doch mit einen Hydraulikzylinder aus.
Hydraulik hat die Eigenschaft, das diese schon mal etwas schwitzt, dieses schlägt sich dann auf umliegende
Bauteile nieder. Das hat nicht immer nur eine gute schmierende Wirkung.

 

[Jo-Janzen]

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Wenn ich deine Eingangspost richtig deute, führst du dieses Pressen doch mit einen Hydraulikzylinder aus.
Hydraulik hat die Eigenschaft, das diese schon mal etwas schwitzt, dieses schlägt sich dann auf umliegende
Bauteile nieder. Das hat nicht immer nur eine gute schmierende Wirkung.

ja genau, es ist ein Hydraulik-Zylinder

 

[LT Smash]

Zu
1. Habe ich gemacht. Ist eine PT1 Strecke
2.Ich bekomme keine Sprungantwort in dem Sinne. Durch die Sollwertänderung über einen Poti erhält man eher eine Anstiegsfunktion, die dann auch eine verfälschte Sprungantwort zu folge hat, oder liege ich da falsch? Kann man daraus tgrotzdem die Parameter entnehmen?
Wenn ich zuerst den Sollwert einstelle und dann das Pressen beginne, dann ist die Sprungantwort sehr unstabil. Bis die Geschwindigkeit ihren Sollwert erreicht hat, schlägt Sie noch erheblich 3-4 Zacken nach unten und zurück.
3.Störgrößen sollten nach austausch der (wahrscheinlich) defekten Pumpe auf mechanische (noch unbekannten Störgrößen) reduziert werden.
4. Werde ich machen. Mein Betreuer redet auch von klassischer PID-Regelung. Was gibt es denn sonst für moderne Technolgien zu Regelung.
Wird eine Regelung nicht generell mit P-I-D Anteilen aufgebaut?
5. Wenn ich "quasikontinuirlich" richtig verstehe, dann ist doch eine quasikontinuierliche Regelung immer besser, weil es im gegensatz zur diskreten Regelung keine Lücken in der Aufzeichnung exestieren.
6. Warum einfacher?

1. Wenn es tatsächlich eine PT1 Strecke ist, so ist das Ergebnis einfach: PI-Regelung. Erfahrungsgemäß kommt aber noch mehr hinzu. Das Stellglied gehört zur Regelstrecke! Zum Beispiel die Massnträgheit des Antriebsmotors ist allein schon eine Zeitkonstante und damit ein PT1 Glied.
2. Natülrich kann man über das "Rampenverhalten" des Potis keine Sprungantwort aufnehmen. Schaffe Dir also die Möglichkeit für einen Sprungantworttest.
3. ...
4. Die klassiche PID Regelung ist für viele Anwendungen ausreichend. Je genauer Dein ermitteltes Streckenmodell an der Realität ist, umso akademischer kann man beim Reglerentwurf werden. Ich denke da an die wissensbasierten und prädiktiven Verfahren.
5. Der Vorteil der quasikontinuierlichen Regelung liegt darin, daß man ungeachtet der Abtastung mit den Methoden der analogen Regelungstechnik arbeiten kann - eine ausreichende Überabtastung allerdings vorrausgesetzt! Zur Regelstrecke wird ein Totzeitglied mit der halben Abtastzeit hinzugefügt.
6. Ich habe auch schon in S7 die Grundglieder der digitalen Welt (z-Ebene...) programmiert. Die Parametrieren erfolgte dann aber ausserhalb S7. Der Vorteil von Matlab wäre, daß es ermöglicht ohne Weiteres im Bildbereich (s- oder z-Ebene) zu arbeiten (Charakterisieren, Dimensionieren, Umsetzen und Optimieren).

 

[Jo-Janzen]

ich bedanke mich schon mal für die Antworten,
ich werde es dann mal mit der S7 und dem MTS-Stab probieren, und dann berichten wie erfolgreich es war.
Danke noch mal

 

[knechtsenkrecht]

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Anregung

Hallo,
schau mal bei TR-electronic auf den Webseiten unter dem Sichwort Hytrax-Regler nach. Dort sind die klassischen Fallstricke beim Herangehen an ein hydraulisches System recht anschaulich beschrieben.

Mein persönlicher Rat wäre es, mit einem P-Regler und geschaltetem I in Zielpunktnähe zu arbeiten, wobei der Kp als f(irgendwas) vorgesehen werden sollte. Och habe gute Erfahrungen mit eine Parabel 3. Ordnung gemacht, dies lässt sich in S7 einfach programmieren und man kan die Kennlinie des Systems sehr gut linearisieren. Ansonsten wird das System unbeherrschbar.

Bitte auch daran denken, dass die Öltemperatur sehr wichtig ist, sollte für die Regelung konstant sein, da sonst wegen der Viskositätsänderung die Strecke sich wieder weit vom Modell entfernt.

Gruß und viel Glück
Knechtsenkrecht

 

[Jo-Janzen]

Hallo,
Och habe gute Erfahrungen mit eine Parabel 3. Ordnung gemacht, dies lässt sich in S7 einfach programmieren und man kan die Kennlinie des Systems sehr gut linearisieren. Ansonsten wird das System unbeherrschbar.


Knechtsenkrecht

Was meinst du damit? 3. Ordnung?
Das mit dem dazugeschalten I-Anteil ist eine sehr gute Idee. Nur befürchte ich, dass die Sprungantwort zu stark überschwingt.

 

[Blockmove]

Das mit dem dazugeschalten I-Anteil ist eine sehr gute Idee. Nur befürchte ich, dass die Sprungfunktion zu stark überschwingt.

I-Anteil zuschalten ist sinnvoll. Haben wir auch soschon realisiert. Ausserdem musst du auch noch ggf. die Überdeckung deines Servoventils beachten.