Grundsätzliche Frage zu PID Regler

[Heinileini]

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1. Das was du regeln möchtest, ist hingegen schon etwas außergewöhnlich.

2. Den D-Anteil hätte ich im Zusammenhang mit deiner speziellen Regelung niemals erwähnt. Ich bin daher völlig überrascht, dass Heinileini ihn hier so sehr favorisiert. Vielleicht sollte man den höchst unwahrscheinlichen Fall, dass Heinileini den D-Anteil mit dem I-Anteil verwechselt, nicht gänzlich außer Acht lassen .

Zu 1.:
Ja, definitiv recht aussergewöhnlich. Aber irgendwie habe ich mich im Laufe dieses Thread immer mehr mit dem Gedanken angefreundet, zwei voneinander unabhängige PID-Regler wirken zu lassen.
Allerdings, bei der Suche nach der ProportionalVerstärkung, bei der das Schwingen auftritt und nach der Resonanzfrequenz eines RegelKreises, würde ich dazu tendieren, den jeweils anderen RegelKreis irgendwie stillzulegen, z.B. einen festen Wert an das PropVentil auszugeben.
Bei langsamen Schwingungen, wie sie hier zu erwarten sind, kommt man recht gut mit einer Stoppuhr zu Potte. Auch eine "normale" Armbanduhr mit SekundenAnzeige sollte genügen.
Hilfreich kann es sein, wenn man sich die Aufgabe mit einer zweiten Person teilt. Einer beobachtet die Schwingung und zählt laut mit und der andere behält die Uhr im Auge. Es sollte auch einfach genug sein, die Zeit für z.B. 10 Perioden zu ermitteln und dann durch 10 zu dividieren.
Für schnellere Schwingungen dürfte ein Oszilloskop gut geeignet sein.

Zu 2.:
Völlig überrascht kann ich Dich nicht wirklich haben mit meiner Favorisierung des D-Anteils. Zugegeben, ich habe mir dieses Merkmal noch nicht unter "unveränderliche Kennzeichen" im Pass eintragen lassen. Aber im Rahmen dieses Forums wäre eine entsprechende Massnahme vielleicht überlegenswert.
Zur nachträglichen Rechtfertigung: immerhin war in diesem Thread von der Regelung gefordert, dass die Ansteuerung der PropVentile möglichst schnell angepasst werden soll.

 

[milli13]

Vielen Dank wieder einmal für die neuen Anregungen und Ideen. Ein einfaches Ziegler&Nichols führt mich also wohl leider nicht um Ziel.
Es wäre schön wenn ich die Aufzeichnungen auch hin bekommen würde, da ich dieses Projekt im Zuge einer Abschlussarbeit durchführe.
Die Zeiten für den Hub lasse ich mir in der Wago eh schon im ms Bereich anzeigen. Eine Stoppuhr brauche ich daher wohl nicht. Aber die Werte werden halt leider nicht gespeichert sondern nach jedem Hub überschrieben.
Ich bin immerhin schon mal zu dem Ergebnis gekommen, dass ich 2 unabhängige PI(D) Regler für die beiden Richtungen benötige.. Ich hoffe, dass ich mit der Umsetzung dann auch irgendwann voran komme sobald die Teile alle angekommen sind.

 

[Mrtain]

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Die Zeiten für den Hub lasse ich mir in der Wago eh schon im ms Bereich anzeigen. Eine Stoppuhr brauche ich daher wohl nicht. Aber die Werte werden halt leider nicht gespeichert sondern nach jedem Hub überschrieben.

Speicher die Werte doch in einem Array, das wäre zwar auch temporär, aber zumindest hättest du ein paar Werte mehr zur Verfügung.

 

[milli13]

Hallo Leute,
ich habe in der letzten Woche mal mit einem Professor an meiner Uni gesprochen. Er meinte, dass ich mir da viel zu viel Gedanken um die Steuerung machen würde. Laut ihm gibt es in diesem System überhaupt keine Störungen, es sei denn der Druck ändert sich.. Das sollte meiner Meinung nach nicht passieren.. Jetzt stellt sich natürlich die Frage was ich dann überhaupt brauche.. Ist das dann ein einfacher P-Regler? Für den ich einfach verschiedene Betriebspunkte kalibriere? Nach dem Motto: Ok um 0,5sec pro Hub zu benötigen muss ich den Nennstrom durchgehend auf 75mA stellen und das erst wieder ändern wenn ich eine andere Zeit vorgeben möchte?
Vermutlich stelle ich mich da wieder etwas blöde an, aber ich habe echt leider keinerlei Erfahrungen mit solchen Problemstellungen

 

[Onkel Dagobert]

.. aber ich habe echt leider keinerlei Erfahrungen mit solchen Problemstellungen

Zu dumm aber auch! Du bist hier nämlich der Einzige, der deine Problemstellung kennt.
Erwartest du jetzt weitere Eventuallösungen? Ich glaube kaum, dass noch jemand darüber nachdenkt.

 

[milli13]

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Ouh Entschuldigung Onkel Dagobert.. Also ich dachte ich hätte mein Problem relativ gut erklärt und es kamen ja auch viele sinnvolle Antworten. Meinem Professor ist dies aber scheinbar einfach zu weit gedacht.. Was ja wahrscheinlich auch stimmt. Auch hier kam ja schon der Einwurf dass ich ja keine Störfaktoren habe. Ich erwarte und möchte hier keine perfekte Antwort bekommen. Ich hatte lediglich gehofft herauszufinden ob ich auf einem guten Weg bin, wenn ich jetzt davon ausgehe dass ich nur proportional regeln muss /will. Und dafür einfach eine Kalibrierung machen muss um mir den Zusammenhang zwischen Druck Nennstrom und Zeit deutlich zu machen

 

[Onkel Dagobert]

Ouh Entschuldigung Onkel Dagobert.. Also ich dachte ich hätte mein Problem relativ gut erklärt und es kamen ja auch viele sinnvolle Antworten. ..

Sehr sinnvoll, nur haben alle über PID-Regler nachgedacht, und über möglichst genaue Laufzeiten etc. Das ging scheinbar völlig am Thema vorbei. Es wäre besser gewesen, du hättest ganz einfach beschrieben, worum es eigentlich geht. Was bewirkt die Zylinderbewegung? Wozu ist das Ganze gut? Um weiteren Irrführung zu verhindern, solltest du auch möglichst genaue Angaben zu dem Proportionalventil machen. Womöglich ist es gar keins. Eine Skizze ist die Sprache der Ingenieure, hat mal jemand gesagt.​

Wie bist du überhaupt auf die Idee gekommen, eine Regelung zu benötigen?

 

[milli13]

Ok das war vermutlich mein Fehler. Ich hab am Anfang gedacht dass der PID Regler für dieses System notwendig wäre.. Habe aber ja zwischendurch auch schon mal nachgefragt ob da jemand anderer Meinung ist
Zu meinem Vorhaben :
Ich möchte einfach durch den Zylinder eine Flüssigkeit zum pulsieren bringen.. Und das Symmetrisch und auch asymmetrisch.. Heißt ich möchte es schnell ansteigen lassen können und langsam wieder sinken lassen können.. Außerdem will ich die Frequenz erhöhen können. Das alles geschieht ja über die Volumenströme am Zylinder.. Je mehr ich durch lasse desto schneller fährt der zylinder.
Die Proportionalventile sind von SMC und nennen sich PVQ13.. Ich habe meinen Schaltplan leider erst Montag wieder zur Hand. Kann ihn dann aber auch gerne noch ins Forum senden

 

[Heinileini]

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... die Frage, was ich dann überhaupt brauche..
1. Ist das dann ein einfacher P-Regler?
2. Für den ich einfach verschiedene Betriebspunkte kalibriere? Nach dem Motto: Ok um 0,5sec pro Hub zu benötigen muss ich den Nennstrom durchgehend auf 75mA stellen ...
3. ... und das erst wieder ändern wenn ich eine andere Zeit vorgeben möchte?

Zu 1.:
Das ist eine einfache Lösung, wie Du schon sagst. Ob diese einfache Lösung den Anforderungen (Deinen eigenen, denen Deines Professors, denen eines Kunden, denen irgendwelcher SicherheitsRichtlinien, ...) genügen wird, das können wir nicht beurteilen.

Zu 2.:
Das kann man tun - war ja auch mein erster Ansatz bei dieser Aufgabenstellung - das ist aber ein Ansatz, der keine Regelung darstellt, sondern eine Steuerung.

Zu 3.:
Man führt Messreihen durch und bastelt sich Tabellen, aus denen man ablesen bzw. errechnen (Interpolation oder Extrapolation) kann, welchen Strom man ausgeben muss, um die jeweils geforderte Zeit zu erreichen. Oder man versucht, eine Formel zu finden, die den Zusammenhang zwischen Zeit und Strom (entsprechend den Messungen) darstellt und die Tabelle überflüssig macht.

Apropos "für den ich einfach verschiedene Betriebspunkte kalibriere":
Das hört sich so an, als ob Du dann beim Kalibrieren die Rolle des Reglers übernimmst. Tust Du auch, aber eben nur zum Zeitpunkt des Kalibrierens. Später, wenn Deine Messwerte ausgewertet bzw. angewendet werden, haben wir es "nur" mit einer Steuerung zu tun, nicht mit einer Regelung.

Es sei denn, Dein Programm benutzt die Tabelle (oder Formel) nur, um einen guten Startwert für die jeweils angewählte Zeit zu haben, und das Programm würde dann die tatsächlich resultierenden Zeiten überwachen und versuchen, Abweichungen zu verringern (auszuregeln). Man könnte in Erwägung ziehen, die Tabelle mit den "neuesten Erkenntnissen" vom Programm aktualisieren (überschreiben) zu lassen.

Eine reine Steuerung kann natürlich nicht auf aktuelle StörEinflüsse reagieren, aber sie liefert eine schnelle Reaktion auf eine plötzliche Änderung des Sollwertes. Eine Regelung muss immerhin eine RegelAbweichung abwarten, um reagieren zu können.
Ob mit einer reinen Steuerung eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden kann: keine Ahnung.

Eine Regelung wird vermutlich erst nach einigen ZylinderHüben auf einen brauchbaren Wert kommen, insbesondere, falls der Zusammenhang zwischen Zeit und Strom nicht linear sein sollte.
Ob mit zwei P-Reglern eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden kann: keine Ahnung. PID-Regler kann man jedenfalls stattdessen einsetzen und zunächst D- und I-Anteil deaktivieren ... und ggfs später mit D- und I-Anteil noch optimieren.

 

[Heinileini]

Ich hatte lediglich gehofft herauszufinden ob ich auf einem guten Weg bin, wenn ich jetzt davon ausgehe dass ich nur proportional regeln muss /will. Und dafür einfach eine Kalibrierung machen muss um mir den Zusammenhang zwischen Druck Nennstrom und Zeit deutlich zu machen

Wenn Du davon ausgehst, dass Du nur (proportional) regeln musst, brauchst Du eigentlich gar nichts zu kalibrieren - nur die ProportionalVerstärkung musst Du experimentell ermitteln. So gross wie möglich, ohne dass der Regelkreis schwingt.
Der Regler sorgt dann - so gut er kann - dafür, dass die RegelAbweichung möglichst klein wird bzw. bleibt.
Es kann nicht schaden, wenn Du für die verschiedenen Zeiten die entsprechenden Ströme misst und aufschreibst (besagte Tabelle anlegst) und die WertePaare als Diagramm aufzeichnest. Damit Du weisst, womit Du es zu tun hast.
Der Regler benötigt die Kalibrierung nicht - er vergleicht die Sollzeit mit der Istzeit und nicht etwa die Sollzeit mit dem Iststrom oder so.

 

[milli13]

Ok also so wie ich das jetzt verstehe habe ich im Grunde 2 verschiedene Möglichkeiten :
-Ich regle nicht sondern steuere nur. Dafür würde ich eine Kalibrierung durchführen( für verschiedene Nennstrome schreibe ich mir die Zeiten auf) und mir eventuell die Funktion für den Zusammenhang herleiten. Im Idealfall wäre dieser einfach linear. Dann könnte ich verschiedene Ströme aus der Tabelle einfach einstellen und die gewünschten Zeiten erhalten
-Ich regele einfach nur Proportional. Dafür kann ich einfach den Propbaustein verwenden und die I&D Teile auf 0 setzen. Falls ich sie später doch gebrauchen könnte wäre der Aufwand kleiner. Ich brauche hier dann für den P Teil keine Kalibrierung sondern nur den Verstärkungsteil.. Im Grunde wäre das ja dann die einfache y=e*Kp Gleichung..Wobei e die Diff zwischen Sollwert und Istwert angibt.
Alles richtig verstanden ?

 

[LargoD]

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Im Grunde wäre das ja dann die einfache y=e*Kp Gleichung..Wobei e die Diff zwischen Sollwert und Istwert angibt.
Alles richtig verstanden ?

Wenn Du den y-Wert als Ansteuersignal für Dein Regelventil verwenden willst, wird das nicht klappen, weil Du dann eine Soll-Ist-Differnz brauchst, damit überhaupt ein von Null verschiedenes Signal vom Regler ausgegeben wird.
Es gibt drei Möglichkeiten:

1. Den Regler-Ausgang als Korrektursignal für die Ventilansteuerung benutzen. Also immer vor dem Start "neue Ventilansteuerung = alte Ventilansteuerung + y-Wert"

2. Einen I-Regler benutzen, dann kannst Du den y-Wert direkt zur Ventilansteuerung benutzen, musst aber dafür sorgen, dass der Regler dann erst dann wieder arbeitet, wenn eine neue Zeitmessung vorliegt.

3. Meinen Vorschlag aus Beitrag #30 realisieren.

Gruß
Erich

 

[Heinileini]

1. Dann könnte ich verschiedene Ströme aus der Tabelle einfach einstellen und die gewünschten Zeiten erhalten
2. Alles richtig verstanden?

Zu 2.:
Ich glaube ja. Ausser vielleicht ...
Zu 1.:
Die Anforderung ist eigentlich genau umgekehrt. Du würdest die gewünschte Zeit vorgeben und mittels der Tabelle den dazu passenden Strom ermitteln.
Die Tabelle sollte deshalb möglichst nach der Spalte Zeit sortiert sein, um den gesuchten Wert bzw. die beiden nächstliegenden Werte schnell ("binäres Suchen") finden zu können.

Ich würde mit den beiden ProportionalReglern anfangen und schauen, ob sich damit bereits ein genügend gutes Ergebnis (was immer das sein mag - kenne die Erwartungen nicht) erzielen lässt.
Du könntest in dieser Phase bereits das Programm für Dich arbeiten lassen, in der Form, dass es (für beide Richtungen getrennt) zu den ausgegebenen StromWerten die gemessenen Zeiten in Arrays (oder umgekehrt?) hinterlegt. Das wäre etwas, das eigentlich den Rahmen der Aufgabenstellung sprengt, aber Dir schon "nebenbei" die DatenTabellen für die Variante 'Steuern statt Regeln' (bzw. Steuern kombiniert mit Regeln) liefern würde.

Ich könnte mir vorstellen, dass die ReglerVariante beim Umknippsen des Sollwertes genügend schnell reagiert, aber der Skeptiker in mir sagt, dass hier das HauptProblem lauern könnte. Das ist der eigentliche Grund, warum ich die SteuerVariante in Erwägung gezogen habe. Eigentlich schwebte mir ein Mix aus Steuern und Regeln vor. Das Steuern nur, sobald ein neuer Zeitwert vorgegeben wird und nach wenigen HubZyklen dann den Rest der Aufgabe an einen Regler übergeben, der dann auf einer "ziemlich guten" aber auf jeden Fall schnellen Vorlage aufbauen kann. Ob dieser Aufwand überhaupt nötig ist ... wer weiss. Ich vermute mal, je unlinearer der Zusammenhang zwischen Zeit und Strom ist, desto sinnvoller wird die KombiLösung.

PS:

Wenn Du den y-Wert als Ansteuersignal für Dein Regelventil verwenden willst, wird das nicht klappen, weil Du dann eine Soll-Ist-Differnz brauchst, damit überhaupt ein von Null verschiedenes Signal vom Regler ausgegeben wird.

Diesen Satz habe ich nicht verstanden. Klar, wenn die Differenz 0 ist, kann weder vom P- noch mehr als 1 ReglerZyklus lang vom D-Anteil ein Beitrag zum AusgangsWert kommen.
Aber "Im Grunde wäre das ja dann die einfache y=e*Kp Gleichung..Wobei e die Diff zwischen Sollwert und Istwert angibt." enthält doch die Differenz. Und wenn die ungleich 0 ist oder ein I-Anteil abzubauen ist, hat der Regler Beschäftigung ...

 

[milli13]

Vielen Dank nochmal LargoD und Heinileini
Ihr habt mir vorallem mit den letzten Antworten nochmal sehr weiter geholfen. Jetzt liegt es wohl an mir, dies entsprechend umzusetzen