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Thema: Drehzahlregelung PID mit AVR

  1. #1

    Drehzahlregelung PID mit AVR

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    Hallo Community

    Ich habe schon ganz viel über den PID Regler gelesen aber irgendwie
    verstehe ich es nicht.

    Folgendes Szenario:
    Ich möchte eine genaue Drehzahlregelung für ein Masselaufwerk
    (Plattenspieler) machen.
    Ich habe eine Codescheibe mit 72 Segmenten, hier messe ich mit einer
    Reflexlichtschranke über den ICP Eingang die Zeit und kann damit die
    Drehzahl berechnen, dies funktioniert einwandfrei.
    33 1/3 upm enspricht 100 000 Ticks für die Zeit

    Als Ausgang habe ich einen 12bit DA-Wandler, welcher über einen
    LeistungsOPV analog den Motor stellt (Spannungsmäßig), dies funktioniert
    auch einwandfrei.

    Nun fehlt mir aber der Ansatz den Motor zu regeln.
    Das Problem ist aber, dass ich ja nicht weiß bei welchem Ausgang, welche
    Drehzahl herauskommt.
    Die meisten Beispiele die ich gefunden habe waren darauf ausgelegt
    irgendeine Position zu erreichen und dann dort stehen zu bleiben.

    Wenn in meinem Fall aber IST>SOLL kommt ein negativer wert für den
    Ausgang raus und wenn IST=SOLL wird der regler auf 0 gesetzt, was ja
    auch quatsch ist.

    Der Bascomcode ist nach dem Motto:

    E = 33.33333333 - Drehzahl
    Esum = Esum + E

    Proportionalteil = Kp * E

    Integralteil = Ki * Ta
    Integralteil = Integralteil * Esum

    Differentialteil = E - Ealt
    Differentialteil = Differentialteil / Ta
    Differentialteil = Differentialteil * Kd

    Av = Proportionalteil + Integralteil
    Av = Av + Differentialteil

    Was stelle ich nun mit AV an, damit es funktioniert?

    Wenn ich eine einfache regelung mache ala
    IST>SOLL -> Decr Ausgang
    IST<SOLL -> Incr Ausgang
    funktioniert es wie erwartet, aber aufgrund der hohen Masse schwingt es
    nur sinnlos.

    Es muss also irgendwas rauskommen wie:
    wenn drehzahl zu klein erhöhe intelligent den ausgang aber kompensiere
    überschwingen.

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Hallo!

    So wie du selber festgestellt hast, dir reicht ein P-Regler aus. Zum optimieren eines Reglers braucht man einen Sprungantwort der Regelstrecke auf Änderung der Regelgröße, was bisher unbekannt ist . Deshalb kann ich nur vermuten, dass dein P-Regler (Komparator ? ) ) zu langsam für so schnellen Objekt ist.
    Geändert von PICture (29.05.2014 um 17:05 Uhr)
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo,
    Zitat Zitat von scrap01 Beitrag anzeigen
    Wenn ich eine einfache regelung mache ala
    IST>SOLL -> Decr Ausgang
    IST<SOLL -> Incr Ausgang
    funktioniert es wie erwartet, aber aufgrund der hohen Masse schwingt es
    nur sinnlos.
    Du hast die Zeit vergessen !!!

    Nach "Incr Ausgang" passiert mal gar nichts. Die Mechanik braucht erst mal Zeit um zu reagieren!

    Dein Controller kann natürlich all paar MS nachrechen und incrementieren, aber dann schwingt es eben.

    De Sprungantwort bekommst du, wenn du bei stehendem Teller, den Motor auf 100% schaltest und du die Drehzahl über die Zeit aufzeichnest bis die maximale Drehzahl erreicht wird.

    Aus den Daten kannst du dann herauslesen, wie lange dein System braucht um z.B. von 33 auf 34 UpM zu beschleunigen.
    Wenn du die neuen Stellwerte wesentlich schneller berechnest als diese Zeit schwingt das System.

    Das war jetzt mal die grobe Kurzfassung!
    Zum Thema Regelungstechnik gibt es unzählige Bücher und Ausbildungskurse.

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Wir haben auch etwas darüber: http://www.rn-wissen.de/index.php/Regelungstechnik .
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von oberallgeier
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    ... habe schon ganz viel über den PID Regler gelesen aber irgendwie verstehe ich es nicht ...
    Das ist nicht untypisch bei Regelungstechnik.

    Schritt 1 (für Dich) könnte es sein, mal den Abschnitt zu diesem Thema im RNW issen zu überfliegen - und die interessierenden Abschnitte etwas ausführlicher durchzugehen.

    Schritt 2 wäre mal eine Aufzeichnung der ganzen Regelstrecke, das habe ich z.B. so gemacht:

    .......
    ... und habe die Größen mit eigenen Bezeichnungen versehen, die ich später auch im Code verwende.

    Schritt 3 - Sprungfunktion bzw. Sprungantwort haben die Kollegen schon empfohlen. Hier habe ich dazu eine ganze Litanei geschrieben, insbesondere über Messaufbau zur Auslegung einer Geschwindigkeitsregelung (PID). Und dazu gibts hier und anderswo noch eigenen Code zur Regelung - damit Du mal ungefähr siehst, wie das geht (und mein MiniD0 läuft recht gut - 1 mm Abweichung auf 1 m Fahrstrecke).

    Danach könnte man soweit sein, dass man alle nötigen Werte zur Reglerauslegung besitzt - oder sich aus den Messungen ableiten kann.

    Sehr sinnvoll ist der Abschnitt zur Auslegung/Dimensionierung eines digitalen Reglers im RNWi ssen. Sehr lesenswert! War für mich eine ziemlich gute Anleitung für meine Anwendungen.

    Viel Erfolg.
    Geändert von oberallgeier (29.08.2017 um 19:31 Uhr)
    Ciao sagt der JoeamBerg

  6. #6
    Die üblichen verdächtigen auf microcontroller und RN-Wissen habe ich natürlich drurchgelesen.

    das problem war der tipp mit dem "erst p-anteil ausprobieren, dann i und d dazu"
    denn nur der p anteil schaltet einfach immer den motor aus, wenn die drehzahl richtung soll geht. (weil fehler kleiner wird, wird ausgang auch kleiner)

    der I anteil ist für die regelung wichtig, und dann geht es auch....

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    Ja, so wäre es dann optimal, also PI-Regler, damit der Motor auch bei 0 Differenz dfeht. Aber das D Anteil ist sicher überflüssig.

    Möglicherweise einfacher wäre Zweipunktregler mit Hysterese: http://de.wikipedia.org/wiki/Zweipunktregler .
    Geändert von PICture (30.05.2014 um 16:07 Uhr)
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  8. #8
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Hi,

    @PICture: Möglicherweise einfacher wäre Zweipunktregler mit Hysterese - Die Platte möcht ich dann nicht wirklich hören.
    @scrap01: aber aufgrund der hohen Masse schwingt es nur sinnlos. Mal probieren: p-Anteil reduzieren, bis Schwingen aufhört.
    Den enstehenden grossen Fehler zwischen Soll und ist mit I-Anteil korrigieren, um diesen zu kompensieren.
    Analoge Ansteuerung des Motors ist auch nicht gerade vorteilhaft, bei niedrigen Werten zeigen DC-Motoren Nichtlinearitäten,
    die auszuregeln nicht ganz easy ist, PWM ist sicher besser (kommt jetzt sicher der Einwand, dass analoge Ansteuerung
    in einem Audio-Teil besser ist, aber Du hast je eh einen µC "an Bord", der die "audiophile Luft verschmutzt")
    mfg
    Achim

  9. #9
    der motor soll in niedrigen drehzahlen eh ungeregelt sein, damit man den mit der hand anhalten kann.

    pwm wollte ich nciht aufgrund der lediglich 10bit auflösung, wobei ich mir im nachhinein überlegt habe, dass mit fastpwm auch 16bit drin wären, ist aber bisher ungetestet.

  10. #10
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär Avatar von oberallgeier
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    der motor soll in niedrigen drehzahlen eh ungeregelt sein, damit man den mit der hand anhalten kann ...
    Ist doch kein Problem. Bei mir wird die Regelungsroutine in einem präzisen Takt aufgerufen und in der Routine selbst wird zuerst geprüft, ob überhaupt geregelt werden soll. Und bei mir wird auch bei kleinen Sollwerten komplett abgeschaltet, das wäre bei Dir nicht sinnvoll, ist aber leicht entsprechend programmierbar. Insgesamt sind eben digitale Regler problemlos und easy anpassungsfähig, ein- und auszuschalten etc.

    Code:
    // ============================================================================= =
    // ===  Regelungsroutine für Motor 12
    // Die gemessene Zeitdifferenz Iz_diff0 zwischen zwei Encoderinterrupts
    //   wird zur Regelung verwendet
    //      Regelungkennwerte regel12/-34 und OCR1A/-B werden
    //        in der ISR(TIMER2_COMPB_vect) sekündlich in den i2c-speicher geschrieben
    // ============================================================================= =
      void rgl_12(void)          // Regelung für Motor 12 mit 2 Interr pro Umdr.
    {                                 
      if ( !regel12 ) return;       // Regelung ist aus bei regel == 0
                                    //
      if (sspeed12 <= 3)            // Soll überhaupt gefahren werden?
      {                             //
        OCR1A = 0;                  // Unter x mm/s soll nicht gefahren werden
        return;                     //
      }                             //
    ... ...
    Der Flag regel12 wird irgendwo gesetzt oder nicht . . . aber vermutlich reicht bei Dir sogar eine ähnliche Abfrage wie die (bei mir ebenfalls vorhandene) Sollspeed-Abfrage und entsprechende Reaktion bei kleinen Drehzahlen. Wer dann noch unbedingt scratchen können möchte, kann die Regelung bei hohen Stellwerten, sprich: bei großen Abweichungen vom Sollwert *ggg*, auch abbrechen oder ganz ausschalten. Von Spezialnadel etc jetzt mal abgesehen.
    Ciao sagt der JoeamBerg

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