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PID einstellen

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  PID einstellen Matthias Weingart <mwnews@pentax.boerde.de> - 2017-03-27 09:56 +0000
    Re: PID einstellen Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2017-03-27 12:11 +0200
    Re: PID einstellen Axel Berger <Spam@Berger-Odenthal.De> - 2017-03-27 12:55 +0200
      Re: PID einstellen Matthias Weingart <mwnews@pentax.boerde.de> - 2017-03-27 11:38 +0000
    Re: PID einstellen Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com> - 2017-03-27 14:15 +0200
      Re: PID einstellen Matthias Weingart <mwnews@pentax.boerde.de> - 2017-03-27 13:21 +0000
        Re: PID einstellen Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2017-03-27 17:11 +0200
          Re: PID einstellen Volker Staben <volker.staben@hs-flensburg.de> - 2017-03-28 08:49 +0200
            Re: PID einstellen Peter Thoms <dl6lat@darc.de> - 2017-03-28 14:08 +0200
      Re: PID einstellen Axel Berger <Spam@Berger-Odenthal.De> - 2017-03-27 15:43 +0200
    Re: PID einstellen Volker Staben <volker.staben@hs-flensburg.de> - 2017-03-28 08:58 +0200
      Re: PID einstellen Bernd Laengerich <Bernd.Laengerich@web.de> - 2017-03-28 11:44 +0200
        Re: PID einstellen Volker Staben <volker.staben@hs-flensburg.de> - 2017-03-28 21:47 +0200
          Re: PID einstellen Bernd Laengerich <Bernd.Laengerich@web.de> - 2017-03-29 09:39 +0200
    Re: PID einstellen Marte Schwarz <marte.schwarz@gmx.de> - 2017-03-28 23:37 +0200

#225116 — PID einstellen

Hallo,

ich habe bei einem Kunden (über die Ferne ;-) einen PID-Regler zu optimieren 
und zur Zeit ein inverses Verhalten. 
Es handelt sich um ein mit einem Kryostaten geregeltes Wasserbad. Wenn Wärme 
abgeführt wird (das Wasserbad wird vom Prozess gekühlt) regelt der Kryostat 
über und das Bad wird wärmer. Wenn dem Wasserbad vom Prozess Wärme zugeführt 
wird, sinkt die Temperatur im Wasserbad ab. D.h. der PID-Regler des 
Kryostaten regelt da zuviel dagegen. 

Nun kann ich im Kryostaten die drei PID-Parameter einstellen:
Xp (0.1K ... 100K)
Tn (1...9999s)
Tv (0...500s)

Ich würde da nur an Xp drehen wollen, denn irgenwelche Überschwinger oder 
Kriecher kann ich in meinen Temperaturkurven (Prozess läuft über 9 Tage) 
nicht erkennen, sondern nur eine enge (inverse) Kopplung an die dem Prozess 
von extern zugeführte Wärme. 

Gretchenfrage: mache ich Xp jetzt lieber größer oder kleiner?

M.
-- 

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#225117

Am 27.03.2017 um 11:56 schrieb Matthias Weingart:
> Hallo,
>
> ich habe bei einem Kunden (�ber die Ferne ;-) einen PID-Regler zu optimieren
> und zur Zeit ein inverses Verhalten.
> Es handelt sich um ein mit einem Kryostaten geregeltes Wasserbad. Wenn W�rme
> abgef�hrt wird (das Wasserbad wird vom Prozess gek�hlt) regelt der Kryostat
> �ber und das Bad wird w�rmer. Wenn dem Wasserbad vom Prozess W�rme zugef�hrt
> wird, sinkt die Temperatur im Wasserbad ab. D.h. der PID-Regler des
> Kryostaten regelt da zuviel dagegen.
>
> Nun kann ich im Kryostaten die drei PID-Parameter einstellen:
> Xp (0.1K ... 100K)
> Tn (1...9999s)
> Tv (0...500s)
>
> Ich w�rde da nur an Xp drehen wollen, denn irgenwelche �berschwinger oder
> Kriecher kann ich in meinen Temperaturkurven (Prozess l�uft �ber 9 Tage)
> nicht erkennen, sondern nur eine enge (inverse) Kopplung an die dem Prozess
> von extern zugef�hrte W�rme.
>
> Gretchenfrage: mache ich Xp jetzt lieber gr��er oder kleiner?
Hallo,

grundsätzlich: DGL aufstellen (SCILAB/XCOS), den Zeitverlauf 
kompensieren und dann schauen, wo Tn bzw. Tv und Xp sitzen und damit auf 
die kompensierte DGL hinbiegen.


Peter

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#225119

Matthias Weingart wrote:
> Wenn dem Wasserbad vom Prozess Wärme zugeführt
> wird, sinkt die Temperatur im Wasserbad ab.

Bist Du sicher, daß geregelte und gemessene Temperatur genau
übereinstimmen oder sind da zwei Thermometer im Spiel?

-- 
/¯\   No  |    Dipl.-Ing. F. Axel Berger    Tel: +49/ 221/ 7771 8067
\ /  HTML |    Roald-Amundsen-Straße 2a     Fax: +49/ 221/ 7771 8069
 X    in  |    D-50829 Köln-Ossendorf      http://berger-odenthal.de
/ \  Mail | -- No unannounced, large, binary attachments, please! --

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#225121

Axel Berger <Spam@Berger-Odenthal.De>:

> Matthias Weingart wrote:
>> Wenn dem Wasserbad vom Prozess Wärme zugeführt
>> wird, sinkt die Temperatur im Wasserbad ab.
> 
> Bist Du sicher, daß geregelte und gemessene Temperatur genau
> übereinstimmen oder sind da zwei Thermometer im Spiel?

Da sind schon zwei Thermometer im Spiel (die liegen aneinander in derselben 
Suppe), d.h. auf zehntel Grad genau wird das in dem nur durch Konvektion 
durchmischten Bad ohnehin nicht. 
Ausserdem hat sich gerade herausgestellt, dass es da eine zusätzliche 
Temperaturbegrenzung für den internen Kreis gab, die um 0.2°C niedriger war, 
als er extern zu regeln hat! 

Also doch lieber erst mal auf die Werte vom Kunden warten und solange die 
Antwort verweigern, bis man die auch wirklich auf dem Tisch hat! Das Ding 
versuchte gegen den Anschlag zu regeln, das da nix vernünftiges dabei 
herauskommt ist ja kein Wunder. *grmml*

M.
-- 

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#225123

Am 27.03.2017 um 11:56 schrieb Matthias Weingart:

> Es handelt sich um ein mit einem Kryostaten geregeltes Wasserbad.

Zur Klärung: Dein Krystat kann nicht nur kühlen, sondern auch heizen?

> Wenn Wärme
> abgeführt wird (das Wasserbad wird vom Prozess gekühlt) regelt der Kryostat
> über und das Bad wird wärmer. Wenn dem Wasserbad vom Prozess Wärme zugeführt
> wird, sinkt die Temperatur im Wasserbad ab. D.h. der PID-Regler des
> Kryostaten regelt da zuviel dagegen.

Von der üblichen Raumheizung ist bekannt, daß die Heizkörper eine höhere 
Temperatur als der Raum haben, und damit beim Abschalten weiterhin Wärme 
abgeben. Umgekehrt wird erst Wärme abgegeben, wenn der Heizkörper wärmer 
wird als die Raumtemperatur, und das dauert auch seine Zeit. Diese 
Zeitverzögerungen können dann zu Überschwingen führen, das sich nur 
durch zwei Meßstellen reduzieren läßt (im Raum und am Heizkörper). 
Deshalb kommt es drauf an, wie sich die Messung und Wärme-zu/abfuhr bei 
Deinem Kryostaten verhält.

Mit einem einfachen PID Regler kann man AFAIK kaum etwas gegen solches 
systembedingtes Überschwingen unternehmen. Mit zwei Meßstellen klappt es 
besser, aber das erfordert dann auch einen entsprechenden Regler.

Falls Tv und Tn eine Vor- und Nachlaufzeit sein sollen, handelt es sich 
nicht um einen (klassischen) PID Regler. Kai Neahnung, was die genau 
bedeuten und wie sie sich auswirken. Was sagt das Handbuch des 
Kryostaten dazu?

DoDi

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#225125

Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com>:

> Am 27.03.2017 um 11:56 schrieb Matthias Weingart:
> 
>> Es handelt sich um ein mit einem Kryostaten geregeltes Wasserbad.
> 
> Zur Klärung: Dein Krystat kann nicht nur kühlen, sondern auch heizen?

Ja. Hersteller Julabo, Typ: FC 1200T
 
> Mit einem einfachen PID Regler kann man AFAIK kaum etwas gegen solches 
> systembedingtes Überschwingen unternehmen. Mit zwei Meßstellen klappt es
> besser, aber das erfordert dann auch einen entsprechenden Regler.

Es scheint kein Überschwinger zu sein, sondern eine permanente gegenläufige 
Regelabweichung (die Zeitkonstante des Systems liegt bei höchstens 1h, das 
läuft aber 9 Tage). Also dachte ich erst: I-Anteil fehlt und Regelverstärkung 
falsch eingestellt.
Aber es war eine interne maximale Regeltemperatur zusätzlich eingestellt, die 
unter der Solltemperatur lag, von der ich nichts wusste! Wir werden die erst 
mal hochsetzen und schauen uns dann die Resultate noch mal an.

> Falls Tv und Tn eine Vor- und Nachlaufzeit sein sollen, handelt es sich 
> nicht um einen (klassischen) PID Regler. Kai Neahnung, was die genau 
> bedeuten und wie sie sich auswirken. Was sagt das Handbuch des 
> Kryostaten dazu?

Aus dem Web (nicht dem Handbuch):
Tn wird hierbei als Integral oder Nachstellzeit bezeichnet und legt den 
Einfluss des I-Anteiles fest. 
Tv wird als Differential oder Vorhaltezeit bezeichnet und bestimmt den 
Einfluss des D-Anteiles an der Regelung.

M.
-- 

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#225131

Am 27.03.2017 um 15:21 schrieb Matthias Weingart:
> Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com>:
>
>> Am 27.03.2017 um 11:56 schrieb Matthias Weingart:
>>
>>> Es handelt sich um ein mit einem Kryostaten geregeltes Wasserbad.
>>
>> Zur Kl�rung: Dein Krystat kann nicht nur k�hlen, sondern auch heizen?
>
> Ja. Hersteller Julabo, Typ: FC 1200T
>
>> Mit einem einfachen PID Regler kann man AFAIK kaum etwas gegen solches
>> systembedingtes �berschwingen unternehmen. Mit zwei Me�stellen klappt es
>> besser, aber das erfordert dann auch einen entsprechenden Regler.
>
> Es scheint kein �berschwinger zu sein, sondern eine permanente gegenl�ufige
> Regelabweichung (die Zeitkonstante des Systems liegt bei h�chstens 1h, das
> l�uft aber 9 Tage). Also dachte ich erst: I-Anteil fehlt und Regelverst�rkung
> falsch eingestellt.
> Aber es war eine interne maximale Regeltemperatur zus�tzlich eingestellt, die
> unter der Solltemperatur lag, von der ich nichts wusste! Wir werden die erst
> mal hochsetzen und schauen uns dann die Resultate noch mal an.
>
>> Falls Tv und Tn eine Vor- und Nachlaufzeit sein sollen, handelt es sich
>> nicht um einen (klassischen) PID Regler. Kai Neahnung, was die genau
>> bedeuten und wie sie sich auswirken. Was sagt das Handbuch des
>> Kryostaten dazu?
>
> Aus dem Web (nicht dem Handbuch):
> Tn wird hierbei als Integral oder Nachstellzeit bezeichnet und legt den
> Einfluss des I-Anteiles fest.
> Tv wird als Differential oder Vorhaltezeit bezeichnet und bestimmt den
> Einfluss des D-Anteiles an der Regelung.
Hallo,

dann müsste Tv zur Kompensation so um die 3600s liegen, denke ich.


Peter

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#225141

Am 27.03.17 um 17.11 schrieb Peter Thoms:

>>> Falls Tv und Tn eine Vor- und Nachlaufzeit sein sollen, handelt es sich
>>> nicht um einen (klassischen) PID Regler. Kai Neahnung, was die genau
>>> bedeuten und wie sie sich auswirken. Was sagt das Handbuch des
>>> Kryostaten dazu?
>>
>> Aus dem Web (nicht dem Handbuch):
>> Tn wird hierbei als Integral oder Nachstellzeit bezeichnet und legt den
>> Einfluss des I-Anteiles fest.
>> Tv wird als Differential oder Vorhaltezeit bezeichnet und bestimmt den
>> Einfluss des D-Anteiles an der Regelung.

Das ist die offizielle Terminologie.

> dann müsste Tv zur Kompensation so um die 3600s liegen, denke ich.

Wenn man mit den Nullstellen der Übertreagungsfunktion des Reglers eine
Zeitkonstante der Strecke kompensiert, dann fängt man üblicherweise mit
der Nachstellzeit Tn an, nicht mit Tv: oft wird die Nachstellzeit gleich
der dominierenden Zeitkonstante einer verzögernd-proportionalen Strecke
gewählt.

Ob hier (extrem langsame Strecke mit Stellgrößenbeschränkung) der
D-Anteil überhaupt sinnvoll ist, bliebe zu diskutieren. Evtl. könnte man
mit Tv = 0 den D-Anteil wegschalten.

In jedem Fall würde es sich lohnen, die Reglerdimensionierung mal in der
Simulation durchzuspielen, dann muss man nicht immer wieder 9 Stunden
warten.

V.

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#225155

Am 28.03.2017 um 08:49 schrieb Volker Staben:
> Am 27.03.17 um 17.11 schrieb Peter Thoms:
>
>>>> Falls Tv und Tn eine Vor- und Nachlaufzeit sein sollen, handelt es sich
>>>> nicht um einen (klassischen) PID Regler. Kai Neahnung, was die genau
>>>> bedeuten und wie sie sich auswirken. Was sagt das Handbuch des
>>>> Kryostaten dazu?
>>>
>>> Aus dem Web (nicht dem Handbuch):
>>> Tn wird hierbei als Integral oder Nachstellzeit bezeichnet und legt den
>>> Einfluss des I-Anteiles fest.
>>> Tv wird als Differential oder Vorhaltezeit bezeichnet und bestimmt den
>>> Einfluss des D-Anteiles an der Regelung.
>
> Das ist die offizielle Terminologie.
>
>> dann müsste Tv zur Kompensation so um die 3600s liegen, denke ich.
>
> Wenn man mit den Nullstellen der Übertreagungsfunktion des Reglers eine
> Zeitkonstante der Strecke kompensiert, dann fängt man üblicherweise mit
> der Nachstellzeit Tn an, nicht mit Tv: oft wird die Nachstellzeit gleich
> der dominierenden Zeitkonstante einer verzögernd-proportionalen Strecke
> gewählt.
>
> Ob hier (extrem langsame Strecke mit Stellgrößenbeschränkung) der
> D-Anteil überhaupt sinnvoll ist, bliebe zu diskutieren. Evtl. könnte man
> mit Tv = 0 den D-Anteil wegschalten.
>
> In jedem Fall würde es sich lohnen, die Reglerdimensionierung mal in der
> Simulation durchzuspielen, dann muss man nicht immer wieder 9 Stunden
> warten.
Hallo,

dann halt umgekehrt.
Für die Funktion 1/(1+500p) kann 500s(v)/(1+500p(n)) zur Kompensation 
genommen werden, oder (v) und (n) umgekehrt.
Vorausgesetzt, der Wertebereich läuft nicht über :).


Peter

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#225126

Hans-Peter Diettrich wrote:
> Falls Tv und Tn eine Vor- und Nachlaufzeit sein sollen, handelt
> es sich nicht um einen (klassischen) PID Regler.

Was sonst? Der D- und der I-Teil werden in der Regel über Zeitkonstanten
charakterisiert, über was sonst?

-- 
/¯\   No  |    Dipl.-Ing. F. Axel Berger    Tel: +49/ 221/ 7771 8067
\ /  HTML |    Roald-Amundsen-Straße 2a     Fax: +49/ 221/ 7771 8069
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/ \  Mail | -- No unannounced, large, binary attachments, please! --

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#225142

Am 27.03.17 um 11.56 schrieb Matthias Weingart:
> Es handelt sich um ein mit einem Kryostaten geregeltes Wasserbad. Wenn Wärme 
> abgeführt wird (das Wasserbad wird vom Prozess gekühlt) regelt der Kryostat 
> über und das Bad wird wärmer. 

Also konstanter Sollwert, Wärmeabfuhr durch Prozess ist Störgröße.

> Ich würde da nur an Xp drehen wollen, denn irgenwelche Überschwinger oder 
> Kriecher kann ich in meinen Temperaturkurven (Prozess läuft über 9 Tage) 
> nicht erkennen,

mal abgesehen vom Problem der Begrenzung, die da im Spiel war: wenn Du
an Xp drehst, dann änderst Du natürlich die Dynamik der Regelung - hast
also hinterher die Kriecher oder Überschwinger. Das ist nun mal das
grundsätzliche Problem linearer Standardregler.

Ist die Wärmeabfuhr durch den Prozess bekannt oder messbar? Dann könnte
eine Störgrößenaufschaltung (Vorsteuerung der Stellgröße des
Temperaturregelkreises durch die Störgröße) etwas bringen.

Auch andere Regelkonzepte - für das beschriebene Problem fiele mir
spontan ein Sliding Mode-Regler ein - könnten signifikant performanter sein.

V.

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#225151

Am 28.03.2017 um 08:58 schrieb Volker Staben:

> an Xp drehst, dann änderst Du natürlich die Dynamik der Regelung - hast
> also hinterher die Kriecher oder Überschwinger. Das ist nun mal das
> grundsätzliche Problem linearer Standardregler.
>
> Ist die Wärmeabfuhr durch den Prozess bekannt oder messbar? Dann könnte
> eine Störgrößenaufschaltung (Vorsteuerung der Stellgröße des
> Temperaturregelkreises durch die Störgröße) etwas bringen.
>
> Auch andere Regelkonzepte - für das beschriebene Problem fiele mir
> spontan ein Sliding Mode-Regler ein - könnten signifikant performanter sein.

Ich bin überrascht, Inhalte der ungeliebten Regeltechnik-Vorlesung fast 1:1 
hier wiederzufinden und sogar die Gedanken zu verstehen. War damals mein 
Zitterfach, hab aber dann doch die Klausur bestanden. War bei Dr. Rickert...

Bernd
-- 
Meine Glaskugel ist mir leider unvorhersehbarerweise vom Balkon gefallen.
P.Liedermann in defa

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#225166

Am 28.03.17 um 11.44 schrieb Bernd Laengerich:
> Ich bin überrascht, Inhalte der ungeliebten Regeltechnik-Vorlesung fast
> 1:1 hier wiederzufinden und sogar die Gedanken zu verstehen. War damals
> mein Zitterfach, hab aber dann doch die Klausur bestanden. War bei Dr.
> Rickert...

interessant - lange her. Grüße aus Flensburg!

V.

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#225179

Am 28.03.2017 um 21:47 schrieb Volker Staben:

> interessant - lange her.

Oh ja, habe 87 den Abschluß gemacht. Sliding mode gab es damals unter dem 
Begriff noch nicht, aber diskontinuierliche Regler wurden kurz mal 
angesprochen :)
Laborpraktika in Regelungstechnik waren teils noch am Analogrechner, der stand 
im Gebäude Ecke Munketoft/Waitzstraße IIRC, wo auch das Werkstofftechniklabor 
war. Für das Labor haben ein Kommilitone und ich damals Hard- und Software 
entwickelt, Anschluß am Userport eines C-64, mit digitalen und analogen Ein- 
und Ausgängen. An den Namen des Labor-Ings kann ich mich leider nicht mehr 
erinnern.

Grüße aus Flensburg!

Gruß in meine Heimatstadt zurück!


Bernd
-- 
Meine Glaskugel ist mir leider unvorhersehbarerweise vom Balkon gefallen.
P.Liedermann in defa

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#225172

Hi Matthias,
> ich habe bei einem Kunden (über die Ferne ;-) einen PID-Regler zu optimieren
> und zur Zeit ein inverses Verhalten.
> Es handelt sich um ein mit einem Kryostaten geregeltes Wasserbad. Wenn Wärme
> abgeführt wird (das Wasserbad wird vom Prozess gekühlt) regelt der Kryostat
> über und das Bad wird wärmer. Wenn dem Wasserbad vom Prozess Wärme zugeführt
> wird, sinkt die Temperatur im Wasserbad ab. D.h. der PID-Regler des
> Kryostaten regelt da zuviel dagegen.

Also zunächst einmal kann ein P-Anteil sowas nie machen, weil per 
Definition ein P-Regler allein immer einpositiver Regelfehler hat.
Ergo: I- und D-Anteil rauswerfen, wenn dann immer noch inverses 
Verhalten, dann wahlweise P negativ machen oder sonst irgendwo das 
Vorzeichen drehen.

> Nun kann ich im Kryostaten die drei PID-Parameter einstellen:
> Xp (0.1K ... 100K)

Dann versuchs mal am Aktor die Polarität zu drehen.

Zum Einstellen Wendetangentenverfahren. Einmal die Sprungfunktion 
aufnehmen und daraus die Parameter extrahieren. Es gibt ein paar 
verschiedene Parametersätze, die man ausprobieren kann und im 
Zweifelsfall tunt man danach vorsichtig von Hand nach. Je nach dem,wie 
schnellman sein muss und wie sehr Überschwinger stören, wählt man sich 
eben geeignete Parametersätze aus. Ziegler Nichols z.B. sind sehr 
schnell unterwegs, man muss aber mit Überschwinger rechnen. Ich müsste 
jetzt auch nachschlagen, welche Parametersätze wofür stehen. Lässt sich 
aber ergoogeln.

Marte


---
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