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Thema: Kaskadierte Regelung

  1. #1
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    Hallo,

    ich habe momentan bei einer Temperaturregelung das Problem, dass diese beim Hochheizen auf 315°C um 5°C überschwingt. Verwende dazu den PIDE Baustein aus RsLogix mit der integrierten Autotuning-Funktion.

    Bekomme über einen PT100 den Ist-Wert und gebe den Sollwert über ein Thyristormodul aus, welches meine Heizung Pulsweise (PWM) ansteuert.

    Kann man das Überschwingen mithilfe einer kaskadierten Regelung, also hintereinanderschalten von 2 PIDE-Bausteinen eventuell lösen oder macht das in diesem Fall wenig Sinn?

    Hat jemand schon mit ZCDeadband und ZCOff gearbeitet und eine Verbesserung festgestellt?

    Gruß
    Zitieren Zitieren Kaskadierte Regelung  

  2. #2
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    Zitat Zitat von zummi Beitrag anzeigen
    Hallo,

    ich habe momentan bei einer Temperaturregelung das Problem, dass diese beim Hochheizen auf 315°C um 5°C überschwingt.
    Was errechnet denn das Autotuning-TOOL für Werte?

    Ich würde den Verstärkungsfaktor reduzieren und einen
    gemächlichen I-Anteil parametrieren.

    Der Heizkurvenanstieg muss einfach flacher werden, weil du
    die vorhandene Totzeit sonst nicht in den Griff gekommst.

    Frank
    Grüße Frank

  3. #3
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    Zitat Zitat von IBFS Beitrag anzeigen
    Was errechnet denn das Autotuning-TOOL für Werte?
    Bekomme vom Autotuner z.B. folgende 3 verschiedenen Werte:

    Slow
    P: 3,91788
    I: 5,10658
    D: 0,35518

    Medium
    P: 7,83576
    I: 10,21320
    D: 0,71036

    Fast
    P: 11,75360
    I: 15,31970
    D: 1,06554

    Zitat Zitat von IBFS Beitrag anzeigen
    Ich würde den Verstärkungsfaktor reduzieren und einen
    gemächlichen I-Anteil parametrieren.
    Ja, nur will ich an den Parametern nichts verändern da der Kunde später den Knopf "autotuning" drücken will und die kompletten Parameter werden richtig ermittelt und abgespeichert.

    Zitat Zitat von IBFS Beitrag anzeigen
    Der Heizkurvenanstieg muss einfach flacher werden, weil du die vorhandene Totzeit sonst nicht in den Griff gekommst.
    Ich gebe jede Minute einen neuen Sollwert vor bis der Endwert erreicht wird. Pro Minute ist somit ein Anstieg von circa 5°C. Hat Materialspezifische Gründe, damit dieses nicht durch zu schnelle Aufheizung kaputt geht. Sollte ich also nur 3°C pro Minute machen oder wie meinst du das?

  4. #4
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    Also wenn du bzw. der Kunde das Autotuning nehmen will/muss, dann
    kann man an der Parameterschraube nicht drehen.

    Autotuner versuchen immer einen Kompromiss zwischen
    Schnellligkeit der Regelung und dem Überschwingen zu finden.

    Laut Lehrbuch hat eine vernünftig eingestellte Regelung immer
    ein geringes Überschwingen - bei 315°C sind 5°C nicht viel aber
    nur dann, wenn du deinen END-Sollwert wirklich aus dem Stand
    setzen würdest. Das machst du ja garnicht sondern fährst ein
    Kurven über ein Programm hoch DELTA 5 °C pro Minute. Das will
    mir nicht in den Sinn, bei 5°C Änderung hast du 5°C Überschwingen???
    Wie soll das gehen -- oder ich habe es nicht verstanden - egal.

    Die Frage ist, ob es für das Endprodukt ein qualitatives/technisches
    Problem gibt, wenn deine Regelung "etwas" überschwingt.

    Erkläre mir mal bitte wie groß des Überschwingen zu welchen
    Zeitpunkt ist.

    Frank
    Grüße Frank

  5. #5
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    Zitat Zitat von IBFS Beitrag anzeigen
    Erkläre mir mal bitte wie groß des Überschwingen zu welchen Zeitpunkt ist.
    Beim Hochheizen von Umgebungstemperatur auf 315°C regelt der PIDE sehr gut und sobald er den Endwert, also 315°C, erreicht hat, schwingt er um 5°C für circa 10 Minuten über. Nach 10 Minuten hat er also von circa 320°C wieder 315°C erreicht und kann das auch stabil halten.

    Der Regler gibt mir einen Ausgangswert zwischen 0 und 100%, diese skaliere ich dann auch eine Integervariable (0% = 0 und 100% = 32767) und sende diese über eine PWM an meine Heizung. 100% = 32747 = volle Ansteuerung der Heizung.

    Beim Hochheizen gibt der Regler in etwa 80% aus und sobald er den Sollwert 315°C erreicht hat, geht er langsam damit zurück. Er geht aber zu langsam mit dem Ausgang zurück und schwingt somit über. Nach circa 10 Minuten ist er dann bei 40% und das ist genau der Ausgangswert um 315°C zu halten. Die Zeit von 80% auf 40% dauert also zu lange. Der Regler müsste viel schneller mit dem Ausgangswert bei erreichen des Endwertes (Sollwert 315°C) zurück gehen, damit liese sich auch das lange Überschwingen verkürzen.

    Hoffe ich habe das Problem verständlich formuliert, ansonsten einfach nachfragen!

    Irgendwelche Ideen um das Problem zu beseitigen?

    Danke für die Hilfe.

    Nachtrag:
    Im Anhang hab ich dazu mal ein Diagramm in Excel erstellt. Blau ist mein Istwert vom PT100 Temp.Sensor, Pink ist der Istwert der jede Minute um 5°C steigt bis er 315°C erreicht. Gelb ist der Ausgangswert vom PIDE-Regler in %.
    Angehängte Grafiken Angehängte Grafiken

  6. #6
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    Zitat Zitat von zummi Beitrag anzeigen
    Irgendwelche Ideen um das Problem zu beseitigen?
    Ich würde ganz spontan sagen, das kommt davon, das der I-Anteil nicht begrenzt ist. Das ist leider in vielen Reglern garnicht drin oder muss erst eingeschaltet werden.

    Auszug aus: [http://de.wikipedia.org/wiki/Regler]

    Wind-up-Effekt bei Großsignalverhalten: Wenn beim I-Regler die Stellgröße u(t) durch die Regelstrecke begrenzt wird, tritt ein sogenannter Wind-up-Effekt auf. Dabei arbeitet die Integration des Reglers weiter, ohne dass die Stellgröße zunimmt. Wird die Regelabweichung e(t) kleiner, entsteht beim Rücklauf von u(t) eine ungewollte Verzögerung der Stellgröße und damit der Regelgröße y(t). Dem tritt man mit der Begrenzung der Integration auf die Stellgrößen-Grenzen entgegen (Anti-wind-up) (oder durch Absperrung des I-Gliedes).

    Gruß

    Frank
    Grüße Frank

  7. #7
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    Zitat Zitat von IBFS Beitrag anzeigen
    Ich würde ganz spontan sagen, das kommt davon, das der I-Anteil nicht begrenzt ist. Das ist leider in vielen Reglern garnicht drin oder muss erst eingeschaltet werden.
    In der Doku auf Seite 20 steht etwas mit WindupHIn und WinupLIn. Jedoch bezieht sich das auf eine kaskadierte Regelung:
    http://samplecode.rockwellautomation...p008_-en-p.pdf

    Kaskadierte Regelung ist bei mir wahrscheinlich daher nicht möglich, weil ich nur einen Istwert habe und zwar den vom PT100 Temperatursensor.

    Auszug aus der RS Logix Hilfe:

    WindupHIn (BOOL) Windup high request.
    When set, the CV is not allowed to increase in value. This signal is typically obtained from the WindupHOut output from a secondary loop. Default is cleared.

    WindupLIn (BOOL) Windup low request.

    When set, the CV is not allowed to decrease in value. This signal is typically obtained from the WindupLOut output from a secondary loop. Default is cleared.


    Ich verstehe das so, dass er den CV (Control Value = Ausgangswert vom PIDE Regler) bei setzten von WindupHIn nicht mehr erhöhen darf. Hab ich den Sollwert (Endwert) erreicht, erhöht er den CV-Wert aber nicht mehr sondern geht lediglich zu langsam zurück. Ist also nicht die Lösung für das Problem, oder?

  8. #8
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    Es kann natürlich sein, das im PrimaryLoop, deinen ersten und einzigen
    Regler das Autowindup schon fest drin ist. Leider steht das wohl nirgens.

    Versuche mal folgendes:

    Wenn der Stellwert 100% ist, dann setze den Eingang WindupHIn
    Wenn der Stellwert 0% ist, dann setze den Eingang WindupLIn

    Wenn das Verhalten der Regelung dann gleich bleibt, dann wirkt bei
    100% bzw. 0% schon automatisch ein "nicht dokumentierter" interner
    AutoWindUp.

    Frank
    Grüße Frank

  9. #9
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    Okay, werde ich machen.

    Zuvor noch etwas anderes:

    Folgendes Dokument auf S. 21:
    http://www.plcs.net/downloads/index....Allen_Bradley&

    Kapitel "Zero Crossing Deadband Control".

    Könnte ich mein Problem mit dem ZCOff und ZCDeadband lösen?

  10. #10
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    Das mit ZCDeadband verstehe ich so, dass sich der ControlValue (CV) Wert nicht ändert, solange der Fehler kleiner dem eingestellten Wert von ZCDeadband ist. Ist der Wert größer wird CV neu berechnet. Der Fehler ist vermutlich die Abweichung von Sollwert zu Istwert.

    Würde mir also gar nichts bringen oder? Ich will ja genau das Gegenteil - also dass er schnell bei einer Differenz zw. Sollwert und Istwert auf die Abweichung reagiert und diese beseitigt.

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