Es geht um die Regelung einer Temperatur in einem Klimaschrank und zwar ist das Problem, dass meine Temperatur verständlicherweise mit der Resttemperatur überschwingt.
Ich weiss nicht, was mit "RestTemperatur" gemeint ist, aber das Überschwingen ist "normal", solange der Stellwert des Reglers eine Reaktion auf die RegelAbweichung darstellt.
Ein PID-Regler beinhaltet folgende Anteile
-
proportional ("unverzügliche", schnellst mögliche Reaktion, aber dennoch zu spät, um rechtzeitig einem Überschwingen entgegenzuwirken),
-
integral (proportional zum Produkt aus Abweichung multipliziert mit der Dauer der Abweichung) und
-
differenzial (proportional zur ÄnderungsGeschwindigkeit der Abweichung).
Der Regler muss natürlich auf das, was passiert ist ( Änderung des Sollwertes, Änderung des Istwertes, StörEinflüsse, ... ) reagieren.
Um Überschwingen zu vermeiden bzw. gering zu halten, muss der Regler aber noch etwas mehr können, nämlich in die Zukunft schauen und vorhersehen, welche Entwicklung bevorsteht.
Wie immer, sind Prognosen schwierig, besonders, wenn sie die Zukunft betreffen.
Leider, leider hat der Regler keinerlei hellseherischen Fähigkeiten und ist voll auf die Beobachtung und Auswertung dessen angewiesen, was in der Vergangenheit abgelaufen ist.
Von den drei o.g. Anteilen kommt nur ein einziger in die Nähe dessen, was erforderlich ist, um die Entwicklung in der unmittelbaren Zukunft vorauszuahnen: Der DifferenzialAnteil. Dies ist die Differenz zwischen der aktuellen und der zuvor gemessenen RegelAbweichung.
Er besagt, wie sich die Differenz Sollwert - Istwert zuletzt entwickelt hat. Ist sie positiv oder negativ und wie gross oder ist sie gleich geblieben.
Der DifferenzialAnteil ist z.B. in der Lage, auszusagen bzw. festzustellen, ob sich der Istwert sehr bzw. "zu" schnell dem Sollwert nähert. Ist dies der Fall, dann sorgt der D-Anteil bereits
vor Erreichen des Sollwertes dafür, dass der "Fuss vom GasPedal" genommen wird und deshalb die Annäherung des Istwertes an den Sollwert verlangsamt wird.
So gesehen ist der D-Anteil tatsächlich in der Lage, ein wenig die zukünftige Entwicklung zu erahnen und ein vorausschauendes Verhalten des Reglers zu "simulieren".
Der D-Anteil bei digitalen Reglern reagiert leider sehr empfindlich auf eine grosse "Granularität" des Istwertes. D.h. der Sprung von einem Wert zum nächsten darstellbaren Wert ist oft so gross, dass die geplante Wirkungsweise des D-Anteils durch die zu grobe Darstellung des Wertes ausgehebelt wird. Mit einer Glättung kann man zwar die Sprünge scheinbar verringern, aber leider wird das Signal dadurch auch verzögert und das wiederum wirkt der beabsichtigten, frühen Erkennung der GeschwindigkeitsÄnderung genau entgegen. Es hilft nur eine höhere Auflösung des AD-Wandlers.
Ähnliches gilt auch für die Granularität des Sollwertes. Aber hier hat man meistens die Möglichkeit, das Ansteigem bzw. Abfallen des Sollwertes mittels Rampen zu "entschleunigen".
Der I-Anteil ist übrigens dazu da, eine RegelAbweichung, die zu winzig ist, um direkt etwas bewirken zu können, über mehrere/viele MessPerioden aufzusummieren, bis die Summe gross genug ist, eine Wirkung zu zeigen. D.h. anhaltende kleine Abweichungen des Istwertes vom Sollwert werden nach und nach "nachgebessert".
Aber: anhaltende grosse Abweichungen werden ebenfalls über mehrere/viele MessPerioden aufsummiert und tragen ggfs dazu bei, dass die Regelung sehr schnell "aus dem Ruder läuft". Das ist natürlich nicht beabsichtigt.
Darum: Zunächst mit P- und D-Anteil dafür sorgen, dass der Istwert dem Sollwert möglichst genau und schnell folgt. Erst danach mit dem I-Anteil die "FeinAbstimmung" vornehmen!
Was kann ich machen, dass ich wirklich auf der Solltemperatur lande? Hierzu hatte ein Bekannter mir eine PID Regelung vorgeschlagen, ...
Einen PID-Regler nehmen und
1. den I- und den D-Anteil unwirksam machen.
2. den P-Anteil so weit vergrössern, bis der RegelKreis anfängt zu schwingen und die Dauer einer SchwingungsPeriode ermitteln.
3. den P-Anteil so weit verringern, bis der RegelKreis aufhört zu schwingen.
4. aus der SchwingungsDauer die Frequenz und aus der Frequenz den D-Anteil berechnen und aktivieren.
5. den P-Anteil so weit vergössern, dass der RegelKreis wieder anfängt zu schwingen.
6. den P-Anteil so weit verringern, bis der RegelKreis wieder aufhört zu schwingen.
7. prüfen, ob der Regler bereits zufriedenstellend funktioniert.
8. falls nicht, dann I-Anteil ebenfalls aus der Frequenz berechnen und aktivieren.
9. prüfen, ob der Regler jetzt noch besser funktioniert.
Wie immer werden mir viele widersprechen ... aber warum eigentlich? Egal, ich bleibe hartnäckig, andere werden sagen starrsinnig.
... jedoch verstehe ich nicht wie ich diese integrieren muss.
Es gibt ja den Baustein PID_Temp aber den versteh ich nicht.
Es gibt viele PID-Regler. In ihren GrundFunktionen sind sie gleich. Die Unterschiede zeigen sich in unterschiedlichen "Luxus"-Ausstattungen , z.B. mit Begrenzung/Skalierung von Werten oder Codierung des AusgangsSignals (z.B. PWM). Die meisten setzen voraus, dass sie in regelmässigen zeitlichen Abständen aufgerufen werden. Manche ermitteln, wann sie aufgerufen werden und berechnen die zeitlichen Abstände, die für den I- und den D-Anteil wichtig sind.
