PID-Regelung mit Microcontroller statt PID?

Hmm, habe ich nicht genau das geschrieben? Wenn ich sage, daß sich der D-Anteil verändert, meine ich damit nicht den Reglerparameter, sondern den Beitrag, den der D-Teil des Algorithmus zur Stellgröße beiträgt. Der Nadelimpuls des Reglers kurz nach dem Einschalten der Maschine bleibt für das System völlig unbedeutend. Danach ist es genau so, wie ich geschrieben habe. Wo ist da der ungewohnte Blickwinkel? Das prinzipielle Verhalten von Übertragungsgliedern ist mir übrigens bekannt. Ich habe zwar keine Regler zu implementieren, beschäftige mich aber den lieben langen Arbeitstag mit der Simulation elektrohydraulischer Komponenten und deren Ansteuerung.

Gruß, Andreas

 

Daß der Vergleich hinkt, fällt auf, oder? Schließlich kann man mit einem Lenkrad wirklich nicht so umgehen, da das Auto sofort ausbrechen würde. Das Regeln einer Temperatur mit einem On/Off-Stellglied funktioniert aber. Genau so, wie es Zylinderantriebe gibt, deren Hub mit digitalen Ventilen eingeregelt wird (Selbst kleine Systeme wie Hauptstufenventilschieber in der Mobilhydraulik)

Gruß, Andreas

 

Ich hoffe, Du hast noch ein paar Jahre an der Uni...

 

du vermischst hier kontinuierliche regler mit dem zweipunktregler, in deinem metrawatt-gerät. das kannst du nicht mit einem klassischen zweipunktregler vergleichen. das sähe eher so aus, daß du voll auf dem gas stehst, wenn du 130km/h erreichst und erst im moment, in dem du das tempo erreichst ganz vom gas gehst - schau mal, was dein auto macht. einschalten/gasgeben würdest du dann erst wieder, wenn du 90km/h unterschreitest - schau, was dein auto dann macht (kein automatik, sondern handschalter im höchsten gang....). wenn die physik nicht nen tag frei machen sollte, wird es so sein, daß du erst über 130km/h erreichst und das auto auch erst unter 90km/h wieder anfängt zu beschleunigen...

@ diedre: *g* das mit den beiträgen hab ich einfach falsch aufgefasst - deswegen hab ich mich ja auch so vorsichtig ausgedrückt.
der "nadelimpuls" des d-anteils hat einen riesigen anteil an der regelgüte - schließlich sorgt er dafür, daß der regler für eine bestimmte zeit voll aufreißt. bedenke, daß die graphen nur stilisiert sind - der "nadelimpuls" kann auch schon mal einige minuten gehen, je nach parametern. zum prinzipiellen regelverhalten ist dann halt noch zu sagen, daß p- und i-anteil dann einfach bei den 100% übernehmen und eben bei einer bleibenden regelabweichung auch auf lassen würden, bis der istwert in der nähe des sollwertes ist. ohne d-anteil würde der regler bei 0% stellgrösse anfangen und in abhängigkeit des i-anteiles sich schrittweise der vollen stellgrösse nähern.
bedenke auch, daß temperatur eine langsame regelgrösse ist, im gegensatz zu druck oder fluß, da du den vergleich mit der hydraulik aufgeführt hast

 

Deswegen und weil die Stellgröße eine Flussgröße ist, mit der eine Potentialgröße geregelt wird, funktioniert das ja überhaupt mit dem Zweipunktregler.
Ich denke, wir können die Diskussion jetzt aber auch auf sich beruhen lassen. Ich bin mir sicher, wir lägen mit unseren Standpunkten auch nicht weit auseinander, hätte man mal die Gelegenheit, direkt miteinander darüber fachzusimpeln.
Man merkt Dir eben Deine Erfahrung an. Wenn Du ein Beispiel nennst, hast Du (i.d.R., wir wollen ja nicht verallgemeinern :wink: ) Recht, es kann allenfalls mißverständlich ausgedrückt sein. Du vergleichst das diskutierte technische Problem mit einer Geschwindigkeitsregelung im Auto im höchsten Gang. Guter Vergleich! Es ist eine träge I-Strecke. emc2 vergleicht es mit einer Lenkung. Gar kein Vergleich! Das ist eine P-Strecke. Auf den Fehler angesprochen setzt er dann noch einen drauf - das ist zermürbend.
Gruß, Andreas

 

wieder autovergleich mit alter weisheit:

hubraum ist durch nichts zu ersetzen...
auch ein getunter miniboiler bleibt immer nur ein miniboiler 8)
k

 

Ja natürlich. Ich zum Beispiel Und gerade die "Schlussfolgerung" interessiert mich.

Für meinen Einkreiser fände ich es auch praktisch, eine eingestellte Temperatur auch zuverlässig beim Bezug zur Verfügung zu haben. Bei dem 500ml Boiler der Casa sehe ich das Problem des sofortigen Temperaturverlusts durch das hinzukommende kalte Wasser beim Bezug auch nicht so kritisch.

Was bei der ganzen Diskussion bei mir ankommt, ist die Aussage, dass ein PID genau das machen kann, was ich möchte, aber etwas teuer in der Anschaffung ist und gegebenenfalls von mir nicht optimal eingestellt wird.

Ein Thermostat wie in meiner Casa, das beim Überschreiten einer bestimmten Temperatur die Heizung ab- und entsprechend beim Unterschreiten einer anderen wieder einschaltet hätte ich naiverweise als Zweipunkt-Regler aufgefasst - und verstehe trotz der Diskussion nicht wirklich, was an einem solchen Regler toll sein soll.

Leider ist die ursprüngliche Frage, ob der Mikrocontroller prinzipiell geeignet ist, einen PID-Regelalgorithmus abzubilden, ein wenig aus dem Fokus geraten. Wenn dem so wäre und man irgendwo Quellen für eine Implementierung findet, könnte man die verschiedenen Regelungsarten ja ausprobieren...

Grüße,

Magnus

 

Das ist nicht naiv, das ist ein Zweipunktregler. Toll ist der nicht, aber robust, bewährt, zuverlässig und ausreichend.
Und da Zweipunktregler nicht gleich Zweipunktregler ist, bietet das Funktionsprinzip selber noch eine Menge Potential. Die meisten verbauten Thermostate in Espressomaschinen funktionieren mit Bimetallstreifen, die je nach Temperatur einen Kontakt schließen oder öffnen. Dabei machen sie sehr wenig Hub und schalten einen hohen Strom. Die Kontakte werden also nicht ewig halten. Würde man Ein- und Ausschalttemperatur zu nah beieinanderlegen, gingen die Thermostate schnell kaputt. Daher haben die kleinen Anlegethermostate große Schalthysteresen, sprich: die Temperaturen liegen weit auseinander. (Kurze Nebenbemerkung: Trotzdem haben gerade größere Einkreiser eine sehr gute Temperaturkonstanz des Brühwassers)

Man stelle sich jetzt vor, man hätte ein Halbleiterrelais, das man oberhalb einer gemessenen Temperatur ein- und unterhalb der selben Temperatur ausschaltet. Dann hätte man einen Zweipunktregler ohne Hysterese. Die Temperatur schwankt dann nur noch in dem Maße, wie nach dem Abschalten der Heizung noch Ausgleichsprozesse stattfinden. Wenn man dann noch die Temperatur einstellbar macht, wäre man am Ziel seiner Träume. Bezüglich der Brühwassertemperatur wird man nicht mehr viel besser werden können. La Marzocco gibt für seine Systeme mit Zweipunktregler eine Streuung von 1°C, für seine PID-Systeme von 0.5°C an.

Der Zweipunktregler hat aber auch unbestrittene Vorteile:
- er ist stabil. Es sind keine Schwingungen möglich, die über das prinzipbedingte Schwanken hinausgehen
- er ist schnell. Er stellt bezüglich der Aufheizgeschwindigkeit das Maximum dar. Ein PID-geregeltes System kann allenfalls gleichziehen

Millionen von Espressomaschinen von Low- bis High-End leben glücklich mit einem Zweipunktregler. Nur ganz wenige haben einen PID-Regler.

Gruß, Andreas

 

huihui, wo ist mein knabberzeug

 

Ok, das sollte sogar ich mit einem Mikrocontroller hinbekommen - wobei ich allerdings den Ein- und Ausschaltpunkt vertauschen würde. Ansonsten würde die Maschine ja nie anfangen zu heizen

Leider habe ich im Moment wenig Zeit für so eine Bastelei Vielleicht im Herbst/Winter, vorher sicher nicht.

Grüße,

Magnus

 

Ein Zweipunktregler stellt zwei verschiedene Ausgangswerte, Schlaumeier. Mit einer Zustandsmaschine kann man dem sogar negative Hysterese verpassen. Tipp: lies mal ein Buch darüber, Greenhorn!

Und vergiss endlich Deinen Unsinn mit Espressobezüge ausregeln, das funktioniert nicht. Da könntest Du froh sein, wenn Dein Regler bei der Gaggia die Heizung voll anschmeißt. Er würde es immer noch nicht schaffen, während des Bezuges nennenswerten Einfluss auf die Brühwassertemperatur zu nehmen.

 

Hallo zusammen,

jetzt gebe ich auch mal meinen Senf dazu, da ich mich vor etwa einer Woche mti genau denselben Gedankegängen getragen habe (Mikrocontroller statt PID) und es etwas unheimlich finde, daß emc2 diese interessante Frage hier just in dem Moment aufgeworfen hat.

Um mal ein wenig weg von der Grundsatzdiskussion PID oder Zweipunktregler wegzukommen: die Vorteile die ich für eine Mikrokontroller-Lösung sehe wären:
- die reine Hardware dürfte wohl billiger als ein PID sein
- ein Mikrocontroller ist viel flexibler, es können verschiedene Regelungen für verschiedene Betriebszustände verwendet werden, ja sogar sowohl PID als auch Zweipunkt wenn man unbedingt will.
- es können bei überbordendem Spieltrieb auch alle möglichen Zusatzsensoren verbaut/nachgerüstet werden.
- wenn man das Display und die Taster per Kabel mit der übrigen Elektronik verbinden könnte wäre z.B. bei der Silvia auch ein Einbau ohne das Bohren von zusätzlichen Löchern möglich, somit wäre der Rückbau problemlos möglich

Ich kenne nur einen Silvia-Mod bei dem ein Kontroller verwendet wurde, der PID PIC NES Mod von Tim Hirzel: http://growdown.blogspot.com/2006/11/custom-silvia-pid-mod.html
der geht mir aber schon zu weit. Eigentlich fänd ich eine Lösung nach dem KISS Prinzip schön (keep it simple, stupid). Der Vorteil eines Mikrocontrollers gegenüber einem PID ist doch auch, daß bei geeigneter Programmierung der Controller schon im Vorhinein weiß, was passieren wird und nicht auf den mit eine Trägheit ansprechenden Sensor warten muss.

Mich würde ein solches Projekt jedenfalls sehr interessieren. Wenn man das vernünftig hinbekommt könnte ich mir vorstellen daß es eine Reihe von Abnehmern geben würde.

My two cents,

Andreas

 

Hallo emc2,

Ich weiss nicht wie das bei der Gaggia ist, bei der Silvia gefällt mir die "flush fit" Lösung am Besten, bei der der PID (bisher) anstelle des Rancilio-Schildes eingebaut ist.

Mit einem Controller, hatte ich mir vorgestellt, könnte man das Board im Inneren der Silvia irgendwo in einer kühleren Ecke verbauen und das Kabel für das Display und die Taster durch eines der Löcher für die Rancilio-Schild Montage legen und das Display dann anstelle des Schildes befestigen.

Eine andere KISS Lösung könnte sein: einen einfachen Mikrocontroller (vielleicht einen einfachen PIC) mit zwei Tastern und 10 LEDs verbauen.

An Funktionen würde mir ja schon eine einstellbare Temperatur mit 1 Grad Genauigkeit zwischen 90 und 100 Grad ausreichen, daß wäre für mich schon ein großer Gewinn. Alles weitere ist dann nice to have aber nicht wirklich lebensnotwendig.

Ich habe mal ein gut dokumentiertes Projekt für mein astronomisches Teleskop mit einem PIC 16F84 umgesetzt, wenn ich eine gute Beschreibung hätte könnte ich das nachbauen, mit dem selbst entwickeln haperts aber etwas.

Einiges an Entwicklungsarbeit dürfte in die Optimierung der Regelstrategie gehen, das würde ich mir allerdings zutraun.

Eigentlich gibt es ja alles mögliche im Netz, ich schau mal, ob ich ein bestehendes Projekt in der Art finde.

Viele Grüße,
Andreas

 

Genau in dieser Ebene bewege ich mich auch. Daher habe ich den Thread mit großem Interesse verfolgt.

Die Implementierung des DierdreDipstick'schen Zweipunktreglers ist lächerlich einfach - man braucht nur:
* einen analogen Eingang für den Temperaturfühler
* zwei digitale Eingänge für die Tasten "Temperatur rauf" und "Temperatur runter"
* eine Tabelle, die den Widerstandswerten des Temperaturfühlers Temperaturen zuordnet
* digitale Ausgänge zur Darstellung der gewählten Temperatur (für 16 Abstufungen reichen 4 Ausgänge, für 8 entsprechend 3)
* als Extra: weitere digitale Ausgänge zur Anzeige der tatsächlichen Temperatur
* einen digitalen Ausgang, der über ein (Halbleiter-)relais die Heizung einschaltet, wenn eine eingestellte Temperatur unterschritten wird.

Wenn DierdreDipstick Recht hat, war es das schon gewesen.

Sollte dieser "Zweipunktregler ohne Hysterese" aber doch zu stark um die gewählte Temperatur schwingen, kann man natürlich auch eine beliebige Hysterese programmieren.

Auch die Reduktion die Heizleistung in bestimmten Temperaturbereichen, z.B. bis 85° Celsius volle Leistung, danach halbe Leistung wäre durch ein "pulsen" des Einschaltsignals realisierbar.

Kann mir jemand sagen, welches Relais so etwas mitmacht?

Den Heizungen sollte das häufigere An- und Abschalten nichts ausmachen, oder?

Grüße,

Magnus

 

Die bei den PID Mods verbauten SSRs (solid state relais) können das. Gibts in allen möglichen Größen und Laststufen, auch billsch bei ebay...

Viele Grüße,
Andreas

 

nicht vergessen, daß es verschiedene ausführungen von ssr auf dem markt sind - einige sind 0/4-20mA oder 0-5/0-10/2-10V analog ansteuerbar, andere digital (ein/aus-24V/0V, zb.) für deine zwecke brauchst du das digitale - wenn du dann noch eine schwingungspaketsteuerung implementierst, statt nem analogausgang, kannst du einen kontinuierlichen regler aus deinem zweipunktregler machen