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Konstruktion von Zustandsreglern

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  Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-07 14:22 +0100
    Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-07 14:39 +0100
    Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-07 14:41 +0100
    Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rafael Deliano <rafael_deliano@arcor.de> - 2016-02-07 15:08 +0100
      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Marc Santhoff <m.santhoff@t-online.de> - 2016-02-08 01:45 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-08 10:08 +0100
          Re: Konstruktion von Zustandsreglern Marc Santhoff <m.santhoff@t-online.de> - 2016-02-08 10:17 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-09 06:15 +0100
          Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-09 05:51 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-09 05:31 +0100
      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-09 03:59 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-09 14:37 +0100
    Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-07 16:57 +0100
      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-07 17:47 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Olaf Kaluza <olaf@criseis.ruhr.de> - 2016-02-07 19:39 +0100
          Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-07 19:59 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-07 21:18 +0100
              Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-07 21:42 +0100
              Re: Konstruktion von Zustandsreglern Falk Willberg <faweglassenlk@falk-willberg.de> - 2016-02-07 22:12 +0100
                Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-07 22:50 +0100
                Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-07 23:02 +0100
                Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-07 23:10 +0100
                  Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-07 23:34 +0100
                    Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-08 10:46 +0100
                      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2016-02-24 20:37 +0100
                  Re: Konstruktion von Zustandsreglern Dieter Wiedmann <dieter.wiedmann@t-online.de> - 2016-02-08 00:58 +0100
                Re: Konstruktion von Zustandsreglern Edzard Egberts <ed_09@tantec.de> - 2016-02-08 08:22 +0100
                Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2016-02-09 22:47 +0100
                  Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-11 14:49 +0100
                    Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2016-02-20 20:07 +0100
                      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-25 13:35 +0100
                        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2016-02-26 18:39 +0100
                          Re: Konstruktion von Zustandsreglern "horst-d.winzler" <horst.d.winzler@web.de> - 2016-02-26 20:14 +0100
                          Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2016-02-28 17:07 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-09 06:48 +0100
              Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rafael Deliano <rafael_deliano@arcor.de> - 2016-02-09 08:42 +0100
              Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-09 09:19 +0100
      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-09 03:59 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rafael Deliano <rafael_deliano@arcor.de> - 2016-02-09 10:57 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-09 12:15 +0100
          Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rafael Deliano <rafael_deliano@arcor.de> - 2016-02-09 13:13 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-09 14:49 +0100
          Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-12 06:20 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rafael Deliano <rafael_deliano@arcor.de> - 2016-02-12 07:45 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2016-02-12 08:56 +0100
              Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2016-02-12 10:46 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-12 11:18 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hanno Foest <hurga-news2@tigress.com> - 2016-02-12 11:59 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2016-02-26 19:02 +0100
            Re: Konstruktion von Zustandsreglern Lutz Schulze <lschulze@netzwerkseite.de> - 2016-02-26 19:21 +0100
        Re: Konstruktion von Zustandsreglern Rolf Bombach <rolfnospambombach@invalid.invalid> - 2016-02-28 17:09 +0100
    Re: Konstruktion von Zustandsreglern Hans-Bernhard Bröker <HBBroeker@t-online.de> - 2016-02-07 23:16 +0100
      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-08 10:37 +0100
      Re: Konstruktion von Zustandsreglern Volker Staben <volker.staben@fh-flensburg.de> - 2016-02-08 11:11 +0100

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#201775

> Ziegler/Nichols hatten sich einst die Finger wundgerechnet.

Suchbegriff wäre "ziegler nichols pneumatic Taylor instrument"
Das Verfahren entstand ca. 1939 ... 1941 empirisch durch
Versuchsreihen mit pneumatischem Regler der so ziemlich der
erste war der PID richtig konnte. Mathematische Verschönerung
kam absehbar erst für die Publikation.

MfG  JRD

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#201778

Am 09.02.16 um 03.59 schrieb Hans-Peter Diettrich:
>> Zum Einsatz auf Controllern: Du benötigst i.d.R. Gleitkomma-Arithmetik.
>> Geht alles seit ca. 1960, muss man aber dran denken.
> 
> Mir fällt kein Regler ein, der ohne auskommt - wenn man mal die
> Zweipunkt-"Regler" (eher "Stabilisatoren") ausnimmt. Wer mit sowas
> auskommt, braucht keinen Regler.

Das ist so allgemein nicht richtig. Viele Standardanwendungen mit
Standardreglern kommen mit Festkomma aus. Bei einer Zustandsregelung
kann es aber durchaus vorkommen, dass sich die Koeffizienten in der
Rückführung deutlich in ihren Größenordnungen unterscheiden. Da kann es
dann knapp werden.

> Mich interessiert vor allem die analytische Modellbildung, weil sich
> viele konkrete Anwendungen Experimenten entziehen, sei es durch große
> Zeitkonstanten (Heizung) oder Grenzen (Stellbereich, Anschläge,
> Vorkehrungen gegen Selbstzerstörung...). Insbesondere erscheinen mir
> adaptive Regler interessant, die sich die fehlenden Konstanten zu einem
> analytischen Modell zur Laufzeit besorgen.

Das ist wiederum eine völlig andere Baustelle - von einfachen
selbsteinstellenden Reglern, die zu Beginn eine bestimmte
Stellgrößensequenz fahren und aus der Antwort der Strecke einmalig ein
Modell berechnen, bis hin zu Adaptionsverfahren, die online z.B. mit
überlagerten PRBS-Folgen laufend ein zeitvariables Streckenmodell
ermitteln. In den Isermann-Bänden steht dazu fast alles drin, was man
wissen kann.

>>> [5] Wie wird daraus die Struktur des Reglers (Schieberegister für
>>> Zustandsvektoren) festgelegt, und wie werden die Koeffizienten für die
>>> Rückführung und das Stellsignal bestimmt?
>>
>> Der Reglerentwurf führt - solange man sich auf eine Rückführung des
>> Zustandsvektors aus Strecke oder Beobachter beschränkt - erst einmal auf
>> ein rein proportionales Regelgesetz, also rein proportional wirkende
>> Koeffizienten in der Zustandsrückführung. Diese Stuktur des
>> Zustandsreglers ist verfahrensimmanent vorgegeben, da gibt es also
>> nichts "festzulegen". Die Stellgröße berechnet sich dann einfach als
>> gewichtete Summe von Führungsgröße und Zustandsgrößen. Schieberegister
>> benötigt man nicht - das ist ja der Witz bei der Zustandsregelung: dass
>> man die Reglerdynamik unter Nutzung der Energiespeicher der Strecke
>> realisiert.
> 
> Da ist mir möglicherweise der Beobachter mit hineingerutscht, oder ein
> Modell im Zeitbereich?

Üblicherweise ist ein Zustandsraummodell eines im Zeitbereich.

An Struktur und Parametern eines Zustandsreglers ändert sich übrigens
nichts, wenn man den Zustandsvektor alternativ aus Strecke oder
Beobachter abgreift - s. Separationstheorem.

> Nach einigem Nachdenken komme ich zumindest zu dem Schluß, daß
> Zustandsregler nichts für (unbedarfte) Bastler sind, mit dem
> Hauptproblem der Modellbildung/Identifikation :-(

Die Einschätzung würde ich nicht teilen wollen. Wenn man nicht gerade zu
den jahrzehntealten Holzhammer-Methoden a la Ziegler/Nichols greift,
dann benötigt man in jedem Fall ein halbwegs brauchbares Modell der Strecke.

Ein großer Nachteil der Zustandsregelung ist, dass man 1. alle
Zustandsgrößen messen muss (oder eben durch Beobachter schätzen), dass
sie 2. gegen Störgrößen ohne Beobachter nichts, mit Beobachter wenig tun
kann und 3. empfindlich gegenüber Modellabweichungen ist. Mit integraler
Erweiterung kann man Punkt 2. und mit den üblichen Einschränkungen 3.
gut heilen.

Der größte Nachteil der Zustandsregelung ist, dass sie niemand kennt,
weil 95% aller Ingenieure behaupten, man brauche sie nicht. Deswegen
machen sie keine Erfahrungen damit, lernen ihre eindeutigen Vorzüge
nicht kennen und können zukünftig um so unbeschwerter behaupten, man
brauche sie nicht. So ist das ein Teufelskreis.

Umfragen in der Prozessindustrie zeigen zweierlei: a) ein sehr großer
Anteil von Regelungen hat erhebliches Optimierungspotenzial in der
Performanz. b) 95% aller Regelungen werden dezentral mit PI(D)-Reglern
betrieben. Meine Vermutung: das eine hat mit dem anderen zu tun.

>>> Konkret hätte ich gerade das Beispiel eines Heizungsreglers zu beackern.
>>> Naiv würde ich das in zwei Teile zerlegen, den Heizkörper und seine
>>> Umgebung (Wohnraum).
> 
> Und da hatte der Betroffene das Problem heftigen Überschwingens mit
> einem PID Regler, das er reduzieren wollte. Wie könnte man das machen,
> wenn der Heizkörper rein physikalisch auch nach Abdrehen des Zulaufs
> nachheizt, bis seine Temperatur auf den Sollwert abgeklungen ist?

Indem man mit einem verünftigen analytischen Modell einen geeigneten
Regler entwirft, der genau dieses Überschwingen vermeidet.

Das ist im Zustandsraum besonders einfach, da ich ja mit den
vorzugebenden Eigenwerten genau das Zielverhalten, das der geschlossene
Regelkreis haben soll, vorgebe. Wenn ich also die Eigenwerte
überschwingungsfrei vorgebe, dann schwingt da auch nix über - Punkt, Ende.

Überhaupt geht mMn Reglerentwurf nur mit Nachdenken. An sich ist eine
Temperaturregelstrecke so ungefähr das friedlichste, was man kennt. Es
gibt eigentlich keinen Grund, dass man auf heftiges Überschwingen
trifft. Wenn, dann sollte man nicht die Regelungstechnik dafür
verantwortlich machen ("das ist alles so unnötig kompliziert") oder die
Strecke ("schlecht regelbar"). Sondern man hat vermutlich beim Entwurf
etwas falsch gemacht. Und dann muss man halt überlegen, woran es liegt:
ungeeigneter Reglertyp (bei Stellgrößenbegrenzungen macht möglicherweise
ein D-Anteil keinen Sinn)? Falsche Vorgaben oder Vorstellungen vom
Machbaren? Windup? Irgendwo bei den vielen Umrechnungen von
physikalischen Größen in Bits etwas falsch gemacht, irgendeinen
Proportionalitätsfaktor übersehen?

> Zusätzlich ist mir aufgefallen, daß man eine Heizung nicht auf Kühlung
> umschalten kann, im Schaltbild wollte ich dafür eigentlich noch eine
> Diode einfügen. Das trägt dann vermutlich nochmal zum Überschwingen bei,
> da jeder Regler dann nur untätig abwarten kann, bis die Temperatur den
> Sollwert wieder erreicht bzw. unterschreitet :-(

Das ist mit den üblichen Maßnahmen gegen Windup (und die kann man auch
einfach auf Zustandsregler mit integraler Erweiterung übertragen,
jdenfalls bei Eingrößenregelungen) kein Problem. Ohne Anti-Windup hast
Du recht.

> Und dazu fiel mir noch der Totschlag-Regler (dead beat) ein, der nach
> einer Änderung der Stellgröße das System in die richtige Richtung
> (Ortskurve) schubst, und bei Erreichen des Sollzustands (ggf. nach
> weiteren Bahnwechseln) dort anhält. So eine Art Navi das weiß, wann man
> wohin abbiegen und letztlich anhalten muß ;-)

Damit machst Du die nächste Baustelle auf...

>>> Ein erstes Erfolgserlebnis wäre ein Beobachter, der neben der
>>> Raumtemperatur auch die Temperatur des Heizkörpers (Rücklauf?) liefert,
>>> die dann mit den realen Spannungen im Modell verglichen werden können.
>>
>> Genau das ist in der Regelungstechnik im Zustandsraum ein sinnvoller
>> Einsatz eines Beobachters - nämlich Schätzwerte für Zustandsgrößen zu
>> liefern, die man nicht messen kann oder will.
>>
>>> Dieser Beobachter sollte doch auch verwendbar sein, um später die
>>> Parameter der realen Heizung zu bestimmen?
>>
>> "Parameter" = Eigenschaften? Nein - die musst Du aus der Modellbildung
>> oder Identifikation bestimmen. Ein Beobachter kann nur Schätzwerte der
>> Zustandsgrößen liefern, also bspw. der Temperaturen in Deinem Fall.
> 
> Und wenn man diese Schätzwerte mit den realen Temperaturen vergleicht,
> läßt sich doch das Modell durch Änderung seiner Parameter einfach an die
> Realität anpassen - solange die Modellstruktur stimmt.

Die Parameter = Eigenschaften des Beobachters hast Du doch aus der
Identifikation der Strecke - oder zumindest aus begründeten Annahmen
über Struktur und Eigenschaften der Strecke. Der Beobachter liefert dann
Schätzwerte der Zustandsgrößen, die Du nicht messen willst oder kannst.

> Danke für die erleuchtende Antwort :-)

Gern!

Gruß, V.

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#202026

Volker Staben schrieb:
> Am 09.02.16 um 03.59 schrieb Hans-Peter Diettrich:

>> Insbesondere erscheinen mir
>> adaptive Regler interessant, die sich die fehlenden Konstanten zu einem
>> analytischen Modell zur Laufzeit besorgen.
> 
> Das ist wiederum eine völlig andere Baustelle - von einfachen
> selbsteinstellenden Reglern, die zu Beginn eine bestimmte
> Stellgrößensequenz fahren und aus der Antwort der Strecke einmalig ein
> Modell berechnen, bis hin zu Adaptionsverfahren, die online z.B. mit
> überlagerten PRBS-Folgen laufend ein zeitvariables Streckenmodell
> ermitteln. In den Isermann-Bänden steht dazu fast alles drin, was man
> wissen kann.

Die Frage ist, wieviel man lesen muß, bevor man damit in der Praxis was 
anfangen kann, bzw. anderen Leuten Hilfestellung in Form von 
Kochrezepten geben kann. Dazu würde mir so ein selbsteinstellender 
Regler ausreichen, der sich am Beispiel eines DC Motors mit Encoder 
veranschaulichen läßt - das kann fast jeder Bastler mal brauchen.

Die weiterführende Theorie hat inzwischen beim Heizungsregler einen 
etwas unerwarteten Effekt bewirkt, indem der Betroffene inzwischen die 
Temperatur des Heizkörpers regelt (mit PID) statt der Raumtemperatur.

Draufgekommen ist er von alleine, nachdem ich ihm das Modell der 
Regelstrecke aus Heizkörper+Raum vorgestellt hatte. Danach hat sich 
alles als ein X-Y Problem herausgestellt, daß er nämlich etwas anderes 
beschrieben hat, als er eigentlich wollte. Ihm ging es nicht um einen 
Nachbau eines Thermostaten, den er schon hatte und dessen Hardware er 
weiterhin verwendet hat, sondern um seine Heizkostenrechnung, die wegen 
der heftigen Überschwinger des alten Reglers in diesem kühlen Raum (17°) 
weit höher war als in den stärker geheizten Räumen.

Und nachdem sein Regler die Raumtemperatur auf 0,1° konstant hält, lohnt 
sich zumindest für solche Räume (unbewohnt, Schlafzimmer...) mehr 
Aufwand kaum noch. Aber wie sieht es bei bewohnten Räumen aus, mit 
Nachtabsenkung etc.? Kommt man da ohne adaptive Regelung aus, wenn die 
Anwesenheit einer wechselnden Zahl von Personen, Lüften, geöffnete Türen 
etc. einen unvorhersehbaren Einfluß auf die Regelstrecke haben?

In der Beschreibung eines solchen Thermostaten fand ich die Eigenschaft 
"Erkennung offener Fenster", die ich seitdem bei meinen Thermostaten 
sehr vermisse. Etliche meiner Haushaltshilfen reißen erst mal alle 
Fenster auf, ohne die Heizung abzudrehen, bevor wir zum Einkaufen 
fahren. Anschließend kochen und muffeln die Heizkörper, aber dann ist es 
zum Abdrehen zu spät. Wie könnte das in einem Regler berücksichtigt werden?


>>>> [5] Wie wird daraus die Struktur des Reglers (Schieberegister für
>>>> Zustandsvektoren) festgelegt, und wie werden die Koeffizienten für die
>>>> Rückführung und das Stellsignal bestimmt?
>>> Der Reglerentwurf führt - solange man sich auf eine Rückführung des
>>> Zustandsvektors aus Strecke oder Beobachter beschränkt - erst einmal auf
>>> ein rein proportionales Regelgesetz, also rein proportional wirkende
>>> Koeffizienten in der Zustandsrückführung. Diese Stuktur des
>>> Zustandsreglers ist verfahrensimmanent vorgegeben, da gibt es also
>>> nichts "festzulegen". Die Stellgröße berechnet sich dann einfach als
>>> gewichtete Summe von Führungsgröße und Zustandsgrößen. Schieberegister
>>> benötigt man nicht - das ist ja der Witz bei der Zustandsregelung: dass
>>> man die Reglerdynamik unter Nutzung der Energiespeicher der Strecke
>>> realisiert.
>> Da ist mir möglicherweise der Beobachter mit hineingerutscht, oder ein
>> Modell im Zeitbereich?
> 
> Üblicherweise ist ein Zustandsraummodell eines im Zeitbereich.

Inzwischen ist mir vieles klarer geworden, z.B. daß es sich bei meinen 
"Schieberegistern" um hintereinandergeschaltete Integratoren handelt, 
und daß diese garnicht im Regler sitzen, allenfalls in einem Beobachter. 
Warum hat man mir das nicht schon früher gesagt :-(

> An Struktur und Parametern eines Zustandsreglers ändert sich übrigens
> nichts, wenn man den Zustandsvektor alternativ aus Strecke oder
> Beobachter abgreift - s. Separationstheorem.

Auch das ist mir jetzt endlich klar, ich hatte die ganze Zeit ein 
falsches (zumindest unpassendes) Strukturdiagramm im Kopf, bei dem der 
Regler in der Systemmatrix A mit drinsteckt. Das kommt dann davon, wenn 
man zwar die Formeln nachvollzogen hat, aber daraus kein ausreichendes 
Verständnis für die Operanden in diesen Formeln hat :-(

Im Durcharbeiten der Literatur bin ich noch nicht so weit gekommen, aber 
sehe ich das jetzt richtig, daß die *inverse* Systemmatrix in die 
Konstruktion eines Zustandsreglers eingeht?


> Der größte Nachteil der Zustandsregelung ist, dass sie niemand kennt,
> weil 95% aller Ingenieure behaupten, man brauche sie nicht. Deswegen
> machen sie keine Erfahrungen damit, lernen ihre eindeutigen Vorzüge
> nicht kennen und können zukünftig um so unbeschwerter behaupten, man
> brauche sie nicht. So ist das ein Teufelskreis.

Das klingt durchaus plausibel :-(


>>>> Dieser Beobachter sollte doch auch verwendbar sein, um später die
>>>> Parameter der realen Heizung zu bestimmen?
>>> "Parameter" = Eigenschaften? Nein - die musst Du aus der Modellbildung
>>> oder Identifikation bestimmen. Ein Beobachter kann nur Schätzwerte der
>>> Zustandsgrößen liefern, also bspw. der Temperaturen in Deinem Fall.
>> Und wenn man diese Schätzwerte mit den realen Temperaturen vergleicht,
>> läßt sich doch das Modell durch Änderung seiner Parameter einfach an die
>> Realität anpassen - solange die Modellstruktur stimmt.
> 
> Die Parameter = Eigenschaften des Beobachters hast Du doch aus der
> Identifikation der Strecke - oder zumindest aus begründeten Annahmen
> über Struktur und Eigenschaften der Strecke. Der Beobachter liefert dann
> Schätzwerte der Zustandsgrößen, die Du nicht messen willst oder kannst.

Dazu noch eine Anekdote: in einen (analogen) Regler sollte eine 
Begrenzung eingebaut werden, die das Abwürgen eines Dieselmotors 
verhindern sollte. Die Elektronikabteilung (2,5 Mann) kam mit einer 
Schaltung aus 9 Opamps und 27 Trimmern daher, schön aus dem 
Tietze-Schenk zusammengestopselt. Verständlicherweise hatte nachher 
niemand eine Idee, wie man die Trimmer einstellen sollte, damit das Ding 
funktioniert. Zum Glück kam ich damals vorbei, und habe die Schaltung 
auf einen Widerstand und eine Diode reduziert, mit einem Trimmer für die 
Mindestdrehzahl des Motors. Dieser Vorfall hat damals große Kreise 
gezogen, und ich bekam sogar auf meinen Doktorhut eine Lösung aus einem 
Widerstand und einer Diode drauf :-)

Vermutlich stecke ich jetzt in der Rolle der Elektroniker, wenn ich 
versuchen würde, einen Beobachter so hinzutrimmen, daß er eine gegebene 
Regelstrecke nachbildet?

DoDi

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#202032

> z.B. daß es sich bei meinen
> "Schieberegistern" um hintereinandergeschaltete Integratoren handelt,

Hängt davon ab was auf dem Schächtelchen des Flußdiagramms steht.
Die sporadisch als s^-1 bezeichneten sind Integratoren des 
Analogrechners. Die z^-1 sind digitale Speicherstellen des 
Digitalrechners. Beides sind Varianten Zustandsregler. Aber
für Controller ist z^-1 gängiger.

MfG  JRD

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#202036

Am 12.02.2016 um 06:20 schrieb Hans-Peter Diettrich:
> Die weiterführende Theorie hat inzwischen beim Heizungsregler einen
> etwas unerwarteten Effekt bewirkt, indem der Betroffene inzwischen die
> Temperatur des Heizkörpers regelt (mit PID) statt der Raumtemperatur.
Hallo,

damit scheint sein Vorlauf überheizt ins Rennen zu gehen.


Peter

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#202044

Peter Thoms schrieb:
> Am 12.02.2016 um 06:20 schrieb Hans-Peter Diettrich:
>> Die weiterführende Theorie hat inzwischen beim Heizungsregler einen
>> etwas unerwarteten Effekt bewirkt, indem der Betroffene inzwischen die
>> Temperatur des Heizkörpers regelt (mit PID) statt der Raumtemperatur.
> Hallo,
> 
> damit scheint sein Vorlauf überheizt ins Rennen zu gehen.

Da liegt noch mehr im Argen, der Vermieter weigert sich aber, irgendwas 
an der Installation, Justierung der Verbrauchsmesser auf die 
Heizkörpergröße etc. zu ändern. Da kann ich nur die Daumen drücken, daß 
sein Regler nicht nur die Temperaturkonstanz verbessert :-)


In einem benachbarten Hochhaus mußte der Mieter des Penthouse praktisch 
die ganzen Heizkosten alleine begleichen, da die Stockwerke darunter 
alleine über die anscheinend unzureichend isolierten Wasserleitungen 
genug Wärme  abgezweigt haben; denen hat es gereicht, daß die Heizung 
des Penthouse den Wasserkreislauf in Schwung gehalten hat. Eine Klage 
des Mieters vor Gericht war erfolglos. Inzwischen wurde dieses Hochhaus 
abgerissen, womit sich der Fall erledigt hat. [Abriß aus Altersgründen, 
nicht auf Betreiben des Mieters ;-]

In Ulm ging es uns umgekehrt, im Erdgeschoß eines Nachkriegs-Altbaus mit 
Ofenheizung. Dort mußten wir wegen fehlender Isolation insbesonder gegen 
den Keller extrem stark heizen, trotz 3 Lagen Teppichen und 28° 
Lufttemperatur noch kalte Füße, und auch unangenehm kalte Wände. Die 
Mieter über uns haben sich schon fast beschwert, wenn wir mal ein paar 
Tage abwesend waren, und sie dann ihre eigenen Öfen anwerfen mußten. In 
meinem Zimmer, mit praktisch 3 Außenwänden und ohne Ofen, mußte ich im 
Winter mein Bett mit dem Heizlüfter vorglühen, um nachher einschlafen zu 
können :-(

DoDi

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#202048

Am 12.02.16 um 06.20 schrieb Hans-Peter Diettrich:>
> Inzwischen ist mir vieles klarer geworden, z.B. daß es sich bei meinen
> "Schieberegistern" um hintereinandergeschaltete Integratoren handelt,
> und daß diese garnicht im Regler sitzen, allenfalls in einem Beobachter.
> Warum hat man mir das nicht schon früher gesagt :-(

So ist es. Schieberegister = Einheitsverzögerung im zeitdiskreten Fall,
Einheitsintegratoren im zeitkontinuierlichen Fall.

> Im Durcharbeiten der Literatur bin ich noch nicht so weit gekommen, aber
> sehe ich das jetzt richtig, daß die *inverse* Systemmatrix in die
> Konstruktion eines Zustandsreglers eingeht?

Jein. Matrixinversion ja, aber nicht nur allein die Inversion der
Systemmatrix A.

Die Dynamik stellt man bspw. ein, indem man aus vorgegebenen Eigenwerten
lambda_soll ein Sollpolynom erstellt, das man mit

Polynom = det(lambda*I - A + B*R)

vergleicht (Koeffizientenvergleich). Damit bestimmt man R, die
Koeffizienten in der Zustandsrückführung. Das ist ein Gleichungssystem,
dass man grundsätzlich wohl auch mit Matrixinversion lösen kann.

Für die Berechnung des nötigen Vorfilters F (Führungsgrößenanhebung)
muss mann dann noch

F = (C * (-A + B*R)^-1 * B)^-1

auswerten.

Gruß, V.

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#202050

Am 12.02.2016 06:20 schrieb Hans-Peter Diettrich:

> In der Beschreibung eines solchen Thermostaten fand ich die Eigenschaft
> "Erkennung offener Fenster", die ich seitdem bei meinen Thermostaten
> sehr vermisse.

Funktioniert meiner Erfahrung nach nicht sonderlich gut.

> Etliche meiner Haushaltshilfen reißen erst mal alle
> Fenster auf, ohne die Heizung abzudrehen, bevor wir zum Einkaufen
> fahren. Anschließend kochen und muffeln die Heizkörper, aber dann ist es
> zum Abdrehen zu spät. Wie könnte das in einem Regler berücksichtigt werden?

Schnelle Änderung der Isttemperatur führt zur Abschaltung so lange, wie 
die Isttemperatur niedrig bleibt, oder bis die Solltemperatur verstellt 
wird. Problematisch ist halt, die praxisgerechte Werte für "schnell" und 
"niedrig" zu finden.

Hanno

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#202835

Hans-Peter Diettrich schrieb:
>
> Die weiterführende Theorie hat inzwischen beim Heizungsregler einen etwas unerwarteten Effekt bewirkt, indem der Betroffene inzwischen die Temperatur des
> Heizkörpers regelt (mit PID) statt der Raumtemperatur.

Möglicherweise steht er kurz vor der Erfindung des Kaskadenreglers.

-- 
mfg Rolf Bombach

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#202838

Am Fri, 12 Feb 2016 06:20:11 +0100 schrieb Hans-Peter Diettrich:

> Und nachdem sein Regler die Raumtemperatur auf 0,1° konstant hält, lohnt 
> sich zumindest für solche Räume (unbewohnt, Schlafzimmer...) mehr 
> Aufwand kaum noch. Aber wie sieht es bei bewohnten Räumen aus, mit 
> Nachtabsenkung etc.? Kommt man da ohne adaptive Regelung aus, wenn die 
> Anwesenheit einer wechselnden Zahl von Personen, Lüften, geöffnete Türen 
> etc. einen unvorhersehbaren Einfluß auf die Regelstrecke haben?

Ja. Das puffert doch die vorhandene Masse im Raum alles locker weg.

Lutz

-- 
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#202940

Hans-Peter Diettrich schrieb:
>
> Mir fällt kein Regler ein, der ohne auskommt - wenn man mal die Zweipunkt-"Regler" (eher "Stabilisatoren") ausnimmt. Wer mit sowas auskommt, braucht keinen Regler.

Ein Stabilisator stabilisiert, meinetwegen eine Z-Diode zum Bleistift.
Ein Regler regelt, ein Zweipunktregler etwa. Mit Rückführungen kriegt
man bei dem auch PID-Verhalten hin.

-- 
mfg Rolf Bombach

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#201650

Am 07.02.2016 um 14:22 schrieb Hans-Peter Diettrich:
> Kann mir jemand mit Literatur (Tutorials?) zur Konstruktion von
> Zustandsreglern weiterhelfen, zum Einsatz auf Mikrocontrollern?

Mit dieser Frage bist du in mindestens zwei von den drei Newsgroups, an 
die du sie gerichtet hast, falsch.  Regelungstechnik ist längst 
Ingenieursgeschäft, also nicht wirklich mehr Wissenschaft.  Physik ist 
es schon erst recht nicht.  Elektrotechnik wäre es an sich auch nicht, 
aber traditionell wird es dennoch den E-Ingenieuren mit am intensivsten 
beigebracht.

> Da die Aufgabenstellung mehrere Fachgebiete tangiert, habe ich mich
> ausnahmsweise für Crossposting entschieden.

Wenn du schon weißt, dass ein X-Post eine Ausnahme sein sollte, müsste 
dir auch klar sein, dass du den F'up2 vergessen hast.  Ich hol' das 
hiermit nach.

> Folgende Fragen wären zu klären:
>
> 1. Erstellung des Modells der Regelstrecke

Klassische Regelungstechnik wendet man eigentlich dann an, wenn man 
gerade _kein_ Modell hat, aber trotzdem irgendwie regeln muss.

> Konkret hätte ich gerade das Beispiel eines Heizungsreglers zu beackern.

Dafür braucht man keine komplizierten Regler.  Das kriegt regelmäßig in 
simpler digitaler 2-Punkt-Regler schon völlig ausreichend hin, also: 
heiz' so lange, bis es warm genug ist, dann hör' wieder auf.

Dass das so einfach ist, liegt nicht zuletzt daran, dass die Messglieder 
bei so einer Zimmerheizung praktisch immer viel zu ungenau, und dazu 
noch notgedrungenerweise an völlig ungeeigneten Orten verbaut sind. 
Dadurch scheitert jede bessere Regelung schon daran, dass man gar nicht 
genau genug messen kann, um deren "höhere" Funktionen anpassen zu können.

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#201665

Am 07.02.16 um 23.16 schrieb Hans-Bernhard Bröker:
> Mit dieser Frage bist du in mindestens zwei von den drei Newsgroups, an
> die du sie gerichtet hast, falsch.  Regelungstechnik ist längst
> Ingenieursgeschäft, also nicht wirklich mehr Wissenschaft.  

da würde ich widersprechen. Ingenieurwissenschaften sind
selbstverständlich Teil der Wissenschaft.

> Klassische Regelungstechnik wendet man eigentlich dann an, wenn man
> gerade _kein_ Modell hat, aber trotzdem irgendwie regeln muss.

1. Was verstehst Du unter "klassisch"?

2. ist Deine Behauptung falsch. Seit immerhin gut acht Jahrzehnten(!)
basiert jeder ingenieurwissenschaftliche Ansatz der Regelungstechnik auf
Informationen über die Regelstrecke - also ein Modell der Strecke, wie
"gut" es auch immer sein mag. "Irgendwie" war vor hundert Jahren.
Seitdem haben sich allenfalls die Verfahren der Modellierung von
Strecken und die Leistungsfähigkeit von Modellen geändert - und
natürlich auch die Verfahren von (zunächst) Reglerdimensionierung und
(später) Reglerentwurf.

> Dafür braucht man keine komplizierten Regler.  Das kriegt regelmäßig in
> simpler digitaler 2-Punkt-Regler schon völlig ausreichend hin, also:
> heiz' so lange, bis es warm genug ist, dann hör' wieder auf.

Das kommt u.a. entschwidend darauf an, was Du als "völlig ausreichend"
hältst. Und das evtl. Anliegen des OP, sich am Beispiel in
Zustandsregelungen einzuarbeiten, wäre völlig legitim. Kein Grund zu
sagen "nimm einfach einen Holzhammer. Das haben wir immer schon so gemacht."

V.

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#201667

Am 07.02.16 um 23.16 schrieb Hans-Bernhard Bröker:

> Regelungstechnik ist längst Ingenieursgeschäft, also nicht 
> wirklich mehr Wissenschaft.

da würde ich widersprechen. Ingenieurwissenschaften sind
selbstverständlich Teil der Wissenschaft.

> Klassische Regelungstechnik wendet man eigentlich dann an, wenn man
> gerade _kein_ Modell hat, aber trotzdem irgendwie regeln muss.

1. Was verstehst Du unter "klassisch"?

2. ist Deine Behauptung falsch. Seit immerhin etwa acht Jahrzehnten(!)
basiert jeder ingenieurwissenschaftliche Ansatz der Regelungstechnik auf
Informationen über die Regelstrecke - also einem Modell der Strecke, wie
"gut" es auch immer sein mag. "Irgendwie" war vor hundert Jahren.
Seitdem haben sich allerdings die Verfahren der Modellierung von
Strecken und die Leistungsfähigkeit von Modellen geändert - und
natürlich auch die Verfahren von (zunächst) Reglerdimensionierung und
(später) Reglerentwurf.

> Dafür braucht man keine komplizierten Regler.  Das kriegt regelmäßig in
> simpler digitaler 2-Punkt-Regler schon völlig ausreichend hin, also:
> heiz' so lange, bis es warm genug ist, dann hör' wieder auf.

Das kommt u.a. entscheidend darauf an, was Du als "völlig ausreichend"
hältst. Und das evtl. Anliegen des OP, sich am Beispiel in
Zustandsregelungen einzuarbeiten, wäre völlig legitim. Kein Grund, um zu
sagen "nimm einfach einen Holzhammer. Das haben wir immer schon so gemacht."

V.

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