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Re: Konstruktion von Zustandsreglern

From	Hans-Peter Diettrich <DrDiettrich1@aol.com>
Newsgroups	de.sci.electronics
Subject	Re: Konstruktion von Zustandsreglern
Date	2016-02-12 06:20 +0100
Message-ID	<di5b3uFqec4U1@mid.individual.net> (permalink)
References	<56B744FA.4050208@aol.com> <dhp7qmFnquiU1@mid.individual.net> <dht31nFne58U3@mid.individual.net> <dhu92lF1tkcU1@mid.individual.net>

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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

Thread

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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