Heizungsregelung 2 Punkt, PI, PWM was ist schlau

[ctr]

Wie jetzt... "vor der Beginn der Heizsaison"? Also mit integrierter Zeitmaschine oder Heizsaison 2011? :-P

[teichsta]

Aber jetzt kommt ja der erste Winter, wo ich die abstimmen kann

bei welchem Verhalten des Systems drehe ich denn an welchem Regler?

Ich habe die Faktoren K und I. Aus dem eibPC Makro weiß ich, dass

* K-Faktor 1.0 entspricht 1% ReglerAusgang bei 1 Grad Abweichung. Demnach entspricht der Faktor 100.0 bei 1 Grad Abweichung 100%.
* I- Faktor 1.0 entspricht 1% ReglerAusgang bei 1 Grad Abweichung über 1 Minute. Demnach entspricht der Faktor 1.0 bei 1 Grad Abweichung über 100 Minuten dem Ausgang 100%.

Mit dem K-Faktor stelle ich also ein, wie weit das Ventil bei 1 Grad Abweichung geöffnet werden soll. Mit dem I-Faktor bekomme ich noch eine zeitliche Komponente mit rein, die auch für etwas gut ist :-) Ich werde da leider noch nicht ganz schlau draus. Und auch der Eintrag bei Wikipedia Regler hat mich eher verwirrt.

Könntet Ihr mir noch ein wenig Nachhilfe (oder eine andere Referenz als Wikipedia) geben?

[Hauke]

* K-Faktor 1.0 entspricht 1% ReglerAusgang bei 1 Grad Abweichung. Demnach entspricht der Faktor 100.0 bei 1 Grad Abweichung 100%.
* I- Faktor 1.0 entspricht 1% ReglerAusgang bei 1 Grad Abweichung über 1 Minute. Demnach entspricht der Faktor 1.0 bei 1 Grad Abweichung über 100 Minuten dem Ausgang 100%.

Vom Prinzip ist das erstmal so weit richtig, allerdings kenne ich den Regler im EibPC nicht im Detail. Sowohl K- als auch I-Faktor haben auch Einheiten. Könnte also auch 1% pro 1/10°C o.ä. sein.

Mit dem K-Faktor stelle ich also ein, wie weit das Ventil bei 1 Grad Abweichung geöffnet werden soll. Mit dem I-Faktor bekomme ich noch eine zeitliche Komponente mit rein, die auch für etwas gut ist :-) Ich werde da leider noch nicht ganz schlau draus.

Ein P-Regler hat i.a. eine bleibende Regelabweichung da die Stellgröße nur aus der momentanen Regelabweichung gebildet wird. Wenn als z.B. 1 K Regelabweichung vorhanden ist und dein P-Faktor 10 [%PWM/K] beträgt, hast du am Ausgang 10% PWM. Das wird u.U. nicht reichen um die Temperatur um 1 K anzuheben sondern nur um z.B. 0,7 K. Dadurch reduziert sich die Regelabweichung auf 0,3 K und der Ausgang demnach auf 3%PWM. Damit fällt die Temperatur natürlich wieder ab und letztendlich wird sich irgendein Wert dazwischen einstellen.
Du könntest natürlich den P-Faktor hinreichend groß wählen, so daß z.B. bei 1K Regelabweichung 80% PWM gestellt werden (was die Temperatur z.B. um 5K erhöhen würde). Bei Erreichen der Solltemperatur ist der Ausgang dann aber wieder 0% was zum Absinken der Temperatur führt.
Abhilfe ist der I-Anteil im Regler, der sozusagen das "Gedächtnis" des Reglers bildet. Die Regelabweichung wird aufintegriert (daher I für Integral) und daraus die Stellgröße gebildet. Hast du eine Regelabweichung von 0,1 K führt das erstmal nicht zu einem signifikantem Anstieg der Stellgröße. Liegt aber diese Regelabweichung für z.B. 3 Stunden an wird nach und nach die Stellgröße immer weiter angehoben. In deinem Beispiel bei 0,1K Regelabweichung mit 0,1%PWM pro Minute. Ist die Solltemperatur erreicht, wird nicht weiter nachgestellt. Der aufintegrierte Anteil bleibt aber (im Gegensatz zum P-Regler) bestehen. So kann ein Sollwert ohne bleibende Regelabweichnung eingeregelt werden.
Je nach Regelstrecke und P- und I-Faktoren kann so ein System jedoch zum Schwingen neigen. Daher ist bei der Wahl der P- und I- Anteile etwas Fingerspitzengefühl erforderlich.

Ich hoffe das war halbwegs verständlich....

Ansonsten http://de.wikipedia.org/wiki/Regler#PI-Regler

[cava]

Mein Aktor kann leider wiedermal keine Umrechnung von PI stetig auf PI PWM . D.h. ich brauch für die Visu später mal eine Umrechnung von PWM in stetig! Sollte mit dem HS aber machbar sein, oder?!

Meine Gira Objektregler haben bei der Einstellung PWM noch ein zweites Objekte, welches zusätzlich zur PWM den stetigen Wert ausgibt. Hast du bei deinem Regler schon mal geschaut, ob er das auch kann?

[Chris M.]

bei welchem Verhalten des Systems drehe ich denn an welchem Regler?
[...]
Könntet Ihr mir noch ein wenig Nachhilfe (oder eine andere Referenz als Wikipedia) geben?

Hallo teichsta, da kann ich nur nochmal roeggi zitieren:

musst du schon bisschen in die regeltechnik eingeweit sein...

Das Wissen, wie man einen PI-Regler abstimmt ist einerseits ziemlich speziell, andererseits weit verbreitet. Wenn Du im Netz suchst, wirst Du zig Stellen finden, die da weiterhelfen - und auch erklären was ein PI-Regler macht.

Dieses Wissen hier im Forum noch einmal zu duplizieren, halte ich nicht für sinnvoll.

Daher nochmal (für die Suche...):

• Wer schnell einen soliden Regler will, der sich mit wenig Vorwissen einstellen lässt, der nimmt einen 2-Punkt Regler
• Wer eine optimale Regelung will, nimmt einen PI-Regler mit optimalen Parametern - die zu bestimmen benötigt aber Wissen und Zeit (z.B. um eine Sprungantwort herauszufahren)

Nachtrag:
Ein guter PI regelt besser als ein 2-Punkt
Ein nicht ganz so guter PI regelt vermutlich bisschen schlechter als ein 2-Punkt
Ein mäßiger bis schlechter PI regelt deutlich bis dramatisch schlechter als ein 2-Punkt

[Robert_Mini]

.
Robert, bitte nicht böse sein, dass ich Dich gerade zitiert habe, aber das hat halt gerade alles gut gepasst ...
Stefan

Kein Problem!

Klar, das geht leicht - einfach einen Tiefpass-Filter mit geeigneter Grenzfrequenz.
Oder Zeiträume (genau) messen und t_AN / (t_AN + t_AUS) berechnen.

Ist aber IMHO alles Müll wenn's sich vermeiden lässt. Wieso lässt Du nicht PI stetig, zeigst den an und lässt im HS daraus eine PWM erzeugen?!?

Danke für den Hinweis!
So schlimm finde ich die Rückrechnung nicht. Wenn der HS keine Heizungsfunktion übernimmt, ist dies aus meiner Sicht der bessere Weg, da HS-unabhängig.

Daher nochmal (für die Suche...):

• Wer schnell einen soliden Regler will, der sich mit wenig Vorwissen einstellen lässt, der nimmt einen 2-Punkt Regler
• Wer eine optimale Regelung will, nimmt einen PI-Regler mit optimalen Parametern - die zu bestimmen benötigt aber Wissen und Zeit (z.B. um eine Sprungantwort herauszufahren)

Wie steht's eigentlich mit den Parametern, die in den RTR vorgeschlagen werden zB Fussbodenheizung 5K/240min (Merten RTR)? Die dazugehörigen Kp und Ki-Parameter sind leider in der Applikation nicht angegeben.
Denke aber die Werte dahinter werden eher konservativ sein, d.h wenig schwingungsneigung. Hat jemand Erfahrungen dazu?

Sprungantwort fände ich zwar interessant, aber ist das bei einer FBH wirklich machbar? Wieviel dT?

lg Robert

[Chris M.]

Wie steht's eigentlich mit den Parametern, die in den RTR vorgeschlagen werden zB Fussbodenheizung 5K/240min (Merten RTR)? Die dazugehörigen Kp und Ki-Parameter sind leider in der Applikation nicht angegeben.

Die Werte kann man ineinander umrechnen. Formel wurde schon mal geposted -> SuFu

Sprungantwort fände ich zwar interessant, aber ist das bei einer FBH wirklich machbar? Wieviel dT?

Verstehe ich nicht - das macht so keinen Sinn.
Sprungantwort heißt, du lässt die Stellgröße (d.h. die %) vom stationären Zustand bei 0% auf 100% springen und wertest dann das Zeitverhalten der Temperaturänderung aus.

[teichsta]

Ich hoffe das war halbwegs verständlich...

war es! Vielen Dank!

[lobo]

Hallo,

ergänzend zu dem Beitrag von Hauke möchte ich noch auf einen (zumindest am Anfang) der meiner Einschätzung nach wertvollsten Thread des "anderen" Forums verweisen.

Hier beschreibt Gaston zunächst warum die bei gängigen RTRs verwendeten Regelungen konzeptionell Schrott sind (von Gaston "Sollwertbasiert" genannt). Das Problem ist, dass die Regler so ausgelegt sind, dass sie für den P-Anteil bei Erreichen der Solltemperatur das Ventil zu machen (Ventilstellung 0%). Da müsste das Ventil eigentlich auf dem Arbeitspunkt stehen (also z.B. 50 %) - aber den kann man nicht vorgeben. Damit funktioniert der Regler nur noch über den vorhandenen I-Anteil. Weiter hinten sind da noch einige schöne Erklärungen bzw. Rechnungen.

Es mag sein, dass heute einige Regler anders funktionieren (oder der EibPC da hoffentlich heraussticht), aber meine TS2+ haben auch das Verhalten.

@Chris: Diese Umrechnung habe ich nicht gefunden (brauche ich auch nicht), aber vielleicht könntest Du da doch noch mal nachschauen, wo...

Viele Grüße,

Stefan

[teichsta]

ist die Zykluszeit des Aktors nicht ebenfalls noch eine relevante Größe, die bei der Abstimmung mit justiert werden muss?

[lobo]

ist die Zykluszeit des Aktors nicht ebenfalls noch eine relevante Größe, die bei der Abstimmung mit justiert werden muss?

Eigentlich nicht - solange sie in "vernünftigem" Rahmen ist. Da die thermoelektrischen Antriebe eine gewisse Zeit zum Öffnen und Schließen brauchen (habe irgendwo 3 min gelesen) sollte die Zeit größer als diese Zeit sein. Auf der anderen Seite muss wie erwähnt, die Zykluszeit kleiner als die längste Zeit der Regelstrecke sein.

[Hauke]

Das Problem ist, dass die Regler so ausgelegt sind, dass sie für den P-Anteil bei Erreichen der Solltemperatur das Ventil zu machen (Ventilstellung 0%). Da müsste das Ventil eigentlich auf dem Arbeitspunkt stehen (also z.B. 50 %) - aber den kann man nicht vorgeben. Damit funktioniert der Regler nur noch über den vorhandenen I-Anteil.

Da ich derzeit noch in der Planungsphase bin hab ich keine Ahnung wie die Regler im HS eibPC ect. praktisch umgesetzt sind, aber prinzipiell gäbe es noch die Möglichkeit in Abhängigkeit der Solltemperatur eine Vorsteuerung zu addieren. Das funktioniert in der Praxix bei anderen Anwendungen recht gut. Wenn man das ganze noch auf die Spitze treiben möchte macht man die Vorsteuerung abhängig von Solltemp. und Außentemp. Die entsprechenden Werte dafür entnimmt man dem Reglerausgang im eingeregelten Zustand.
Dadurch kann man P- und I-Anteil kleiner wählen und erhält ein stabileres System.

[lobo]

... in Abhängigkeit der Solltemperatur eine Vorsteuerung zu addieren. Das funktioniert in der Praxix bei anderen Anwendungen recht gut. Wenn man das ganze noch auf die Spitze treiben möchte macht man die Vorsteuerung abhängig von Solltemp. und Außentemp.

Hmm - kritisch (meiner Meinung nach). Zunächst macht die Störgrößenkompensation ja die Vorlaufsteuerung Deiner Heizung. Ob ich die jetzt nochmals auf den Regler aufschalten würde ... eher nicht.

Vorsteuerung hatten wir in Regelungstechnik nicht gehabt (wir haben eher mit Kaskaden geregelt). Wenn ich das richtig verstehe, mußt Du aber für die angenommene PT2-Strecke dann 2 (richtige) PD-Glieder addieren und die wiederum können nicht richtig wirken, weil Deine Stellgröße beschränkt ist.

Aber ich würde mal sagen, ab dem Punkt bin ich raus aus dem Thema, weil ich nicht genau genug weiß, wie die Regler intern funktionieren (z.B. negative Werte annehmen können).

Viele Grüße,

Stefan

[enertegus]

Da ich derzeit noch in der Planungsphase bin hab ich keine Ahnung wie die Regler im HS eibPC ect. praktisch umgesetzt sind

Im EibPC wird zum einen der P-Anteil und der I-Anteil "ganz normal" [=wie in der Regelungtechnik] berechnet.
s= k_P*Delta_Temperatur + k_I * Integral(Delta_Temperatur nach der Zeit)

[lobo]

Ist das "s" jetzt bewusst klein geschrieben (also die Abweichung vom Arbeitspunkt)?

... wenn nein, was passiert, wenn ich bei ausgeregelter Strecke den I-Teil lösche - z.B. durch einen Sollwertsprung hin und zurück. Dann ist I=0 und also Kp*dT = 0 --- und damit die Stellgröße auch Null ... obwohl sie sinnvollerweise bei 50 % (oder so) wäre.

Viele Grüße,

Stefan