Soll-Temperatur > Stellgröße > Ist-Temperatur

[haegar80]

Hilfe! Ich kann bei eurer Diskussion nicht schritthalten!
Das ist für mich zu abgehoben und theoretisch. Ich will es doch nur gleichmäßig warm haben und dann Temperaturprofile vorgeben, die auch eingehalten werden...

Schade (für uns), daß Gaston mit seinem Kow-How seine Brötchen verdient. Ich hatte schon gehofft, daß wir hier eine Logik für einen guten Regler aufstellen könnten. Trotzdem Danke für die Hilfe beim Kampf mit dem PI!!! Bitte gib auf jeden Fall Bescheid, wenn das in einem Produkt kaufbar ist.

Ich werde jetzt mal die empfohlenen Parameter 2/150 ausprobieren und die Diagramme mit den Rohdaten posten.

Danke schonmal, für die Unterstützung!!

Gruß
Sascha

[Gaston]

Es sollte also gelten gelten Go(s) > -1

Nicht vergessen dass Ich das Verfahren zur veranschaulichung vereinfacht dargestellt habe.

Go(s) ist eine Funktion der Frequenz im komplexen (spricht 2-Dimensionalen) Raum. Es genügt also nicht eine Gleichung auf der Realen Achse zu berücksichtigen, sprich -1 ist eigentlich als -1+0i zu verstehen. Wobei beides natürlich auch mathematisch die gleiche reale Zahl ist, nur die 2. Schreibweise macht auf den komplexen Raum aufmerksam.

Gruss,
Gaston

[Gaston]

Hier reden wir wohl (zum zweiten Mal) aneinander vorbei, denn ich bin bei meinem Vorschlag einer Simulation davon ausgegangen, dass dein Regelalgorithmus eben KEIN reiner PI mehr ist, d.h. dass eine exakte Lösung der zugrundeliegenden DGLs nicht mehr klappen wird.

Ob der Regler ein PI ist oder nicht spielt eine untergeordnete Rolle, solange es ein LZI ist. Ein 2-Punkt- oder Fuzzy-Regler ist z.B. kein LZI. Aber doch, mein regler ist immer noch ein PI-Regler. Der grosse Unterschied ist die Anpassung der internen Reglerparameter an die Regelstrecke.

Das Ziel eines Reglers ist es in kürzester Zeit einen SOLL-Wert zu erreichen und diesen innerhalb wiederum kürzester Zeit bis zu einer angegebenen Toleranz "einzupendeln". Dann können noch weitere Gütefaktoren wie das Störverhalten berücksichtigt werden.

Die heutigen Regler erfüllen das erste Kriterium (fett) schon nicht und da setze Ich erstmal an.

Das was Du mit "PI mit Zusätzen erweitern" ist regelungstechnisch ein heisses Eisen . Ich weis nicht genau was Du mit "Vorsteuern" meinst aber hier wird oft der Fehler gemacht die "Erweiterung" in den Regelkreis einzusetzen weil des dem Laien am logischten erscheint. Eine solche "Erweiterung" nennt sich Störgrösse und ist deshalb zu vermeiden.

Die richtige herangehensweise ist hingegen die Vermaschung, z.B. durch aufschalten der Störgrösse. So wäre es z.B. möglich mit Hilfe der Aussentemperatur, Wind und Fensterkontakten für "kipp" und "offen", so wie durch einen Sonnenstrahlungssensor die äusseren Störgrössen zu berücksichtigen.

Aber das ist sehr Komplex, ausserdem muss der Regler erst mal die Grundkriterien erfüllen.

Ja wenn das so ist, steht auch einer Simulation überhaupt nichts im Wege. Die Parameter der Regelstrecke (PT1-Glied) könnte man in einem konkreten Raum durch die Messung der Sprungantwort bestimmen.

Bitte nich tpersönlich nehmen, ein "Laie" ist für mich nichts negatives, aber experimentelle Ermittelung von Grössen in der Regelungstechnik deutet meistens auf einen Laien hin (was Du ja auch nie bestritten hast).

Der vollstanädigkeitshalber: Es gibt in der Regelungstechnik auch experimentelle Verfahren, dazu später mehr

In diesem fall jedoch ermittelst Du nicht die Parameter der Regelstrecke, sondern machst eine Statusaufnahme der Parameter, sprich du Berücksichtigst nur die aktuellen begebenheiten. Die Parameter sollten schon theoretisch erfasst werden,

Eine Simulation des Regelkreises hätte dann gegenüber der exakten Berechnung den Vorteil, dass man vom PI-Regler abweichen kann und auch zusätzliche Regelfeatures (wie die von dir angedeuteten) simulieren kann.

Niemand hat gesagt dass sich das Stabilitätskriterium nur auf PI-regler anwenden lässt. Das lässt sich auf alle LZIs anwenden. Und glaub mir, du willst keinen nicht-LZI entwickeln . Nur wenn es wirklich unmöglich ist setzt man auf Simulation, was m.E. bei verschiedenen Vermaschungen der Fall sein dürfte. Aber auch dort wäre es dann eine Kombination von beiden.

Zum Beispiel käme in Betracht, dass ein neuer Algorithmus die Regelparameter automatisch nachfährt. (ja, ich weiß, das ist überhaupt nicht trivial, deswegen hatte ich oben meine Zweifel)

Nein ! Sowas ist ein rotes Tuch in der Regelungstechnik. Je nach Art der Beeinflussung hebt es sogar das LZI Verhalten des Reglers komplett auf. Richtig macht man das durch Vermaschung.

Falls du dich also entschließen solltest, deinen Regelalgorithmus doch noch zu veröffentlichen, würde ich den gerne ausprobieren - nur eben nicht gleich live schalten, sondern erstmal simulieren.

Nein sorry , Da ich in der zwischenzeit als Berater auf diesem Gebiet tätig bin, ist der Algoritmus ertmal dieser Tätigkeit vorbehalten.

EDIT: Habe mir deine Ausführungen jetzt genauer reingezogen. Nochmal danke. Verstehe ich das richtig, dass man die PI-Parameter nach dieser Methode so optimiert, dass Go(s)<1 überall gilt?

[/QUOTE]

Da haben wir wohl wieder aneinander Vorbeigeredet . Mit "Schwingfähig" verbinde ich "Instabilität". Und Instabilität hat nicht direkt etwas mit dem Einschwingverhalten zu tun. Natürlich, eine instabiler Regelstrecke wird sich per Definition gar nicht einschwingen.

Das Stabilitätskriterium bewertet eine regelstrecke bei gegebenen Parametern wobei man die Parameter verändern kann und somit eine mehrdimensionale Stabilitätsfunktion erhält.

Ist der regler erstmal als stabil eingestuft hat "Schwingfähig" (für mich) keinen Sinn mehr. Ein PI-regler kann immer Schwingen !

Man kann die Regelparameter so bestimmen dass das Einschwingverhalten einer vorgegebenen Güte entspricht. Die Güte ist dabei die Zeit die vom Erreichen des SOLL-Wertes bis zum einschwingen der Strecke auf ein vorgegebene Tolleranz vergeht.

Dies wird entweder experimentell oder per simulation gemacht (hier also so ein Beispiel einer Regelungstechnischen Simulation). Aber auch diese Simulation unterliegt erstmal den mathematischen Grundlagen der Regelungstechnik, da wird nicht einfach mit den Übertragungsfunktionen drauf los simuliert bis ein gewisser Wert erreicht ist, sondern die Güte wird mathematisch erfasst.

Auch experimentell ginge das, aber dazu müsste man den I-Regler ausschalten können.

Aber solange die Regler nicht dem ersten Hauptkriterium entsprechen braucht man sich darüber gar keine Gedanken zu machen. Viemehr "missbraucht" man die reglerparameter dazu den Misstanddiser zu kompensieren.

P.S.: In meinen Ausführungen zur Stabilität habe Ich mich bewusst auf Analoge regler bezogen obwohl die KNX Regler ja Digital sind. Ersteres veranschaulicht aber das Prinzip, letzteres macht es "nur" viel komplizierter .

Gruss,
Gaston

[Hauke]

Verstehe ich das richtig, dass man die PI-Parameter nach dieser Methode so optimiert, dass Go(s)<1 überall gilt?

Fast richtig. Du hast das Vorzeichen vergessen
Es sollte also gelten gelten Go(s) > -1


Etwas detaillierter auch hier beschrieben: Stabilitätskriterium von Nyquist
Dort sind auch weitere Kritierien zur Stabilität zu finden.

[Fry]

Hallo Gaston,
ich gebe zu, mit Regelung hatte ich bisher nur wenig zu tun. Daher sind deine Ausführungen für mich sehr interessant, und ich werde mir die mal genauer reinziehen. Vielen Dank!

So isses. Deshalb werden Regler auch nicht simuliert sondern berechnet.

Hier reden wir wohl (zum zweiten Mal) aneinander vorbei, denn ich bin bei meinem Vorschlag einer Simulation davon ausgegangen, dass dein Regelalgorithmus eben KEIN reiner PI mehr ist, d.h. dass eine exakte Lösung der zugrundeliegenden DGLs nicht mehr klappen wird.

Der Raum als geregelte Strecke entsrpicht auch einem LZI Glied, nämlich einem PT1-Glied, da die Strecke selbstregelnd im Sinne der Regelungstechnik ist.

Ja wenn das so ist, steht auch einer Simulation überhaupt nichts im Wege. Die Parameter der Regelstrecke (PT1-Glied) könnte man in einem konkreten Raum durch die Messung der Sprungantwort bestimmen. Eine Simulation des Regelkreises hätte dann gegenüber der exakten Berechnung den Vorteil, dass man vom PI-Regler abweichen kann und auch zusätzliche Regelfeatures (wie die von dir angedeuteten) simulieren kann. Zum Beispiel käme in Betracht, dass ein neuer Algorithmus die Regelparameter automatisch nachfährt. (ja, ich weiß, das ist überhaupt nicht trivial, deswegen hatte ich oben meine Zweifel)

Falls du dich also entschließen solltest, deinen Regelalgorithmus doch noch zu veröffentlichen, würde ich den gerne ausprobieren - nur eben nicht gleich live schalten, sondern erstmal simulieren.

Falls nicht: trotzdem vielen Dank, du hast mit deinen Erklärungen sicher dazu beigetragen, dass ich die Sprache der Regeltechniker besser verstehe und auch einen Ansatz dafür habe, die Regelparameter meiner Hütte optimal zu bestimmen.

Viele Grüße,
Fry

EDIT: Habe mir deine Ausführungen jetzt genauer reingezogen. Nochmal danke. Verstehe ich das richtig, dass man die PI-Parameter nach dieser Methode so optimiert, dass Go(s)<1 überall gilt?

[Gaston]

Genau das ist die Krux an der Geschichte: Ob ein System schwingungsfähig ist hängt nicht allein vom Regler und den Parametern ab, sondern eben von der Kombination Regler+Strecke.
Du kannst die tollste Abstimmung von Regler und deiner simulierten Regelstrecke machen, aber wenn letztere nicht der Realität entspricht, wird deine Regelung letztendlich am Ende doch schwingen...

So isses. Deshalb werden Regler auch nicht simuliert sondern berechnet. Bei einem PI-regler handelt es sich um ein LZI Glied da P & I-Glieder LZIs sind und damit auch Ihre Summe das Verstärkungs und das Überlagerungsprinzip erfüllen.

Der Raum als geregelte Strecke entsrpicht auch einem LZI Glied, nämlich einem PT1-Glied, da die Strecke selbstregelnd im Sinne der Regelungstechnik ist.

Der PI-Regler an sich ist stabil, das Stabilitätskriterium betrift das Frrequenzverhalten der ganzen Strecke bei Schwingenden Bedingungen (z.B. durch Störgrössen). Dieses wird mathematisch ermittelt.

Der Praktische Ansatz ist hier dass man die Regelstrecke (also hier PI + PT1) aufbricht und so eine Steuerung draus macht und keine Steuergrösse aufschaltet. Am Regler legt man eine Sinusfunktion se(s) mit fester Amplitude und variabler Frequenz an. Jetzt gilt es die Frequenz solange zu verändern bis am Ausgang der Strecke die gleiche Frequenz mit gleicher Amplitude auftaucht sa(s) .

Dies ist die kritische Frequenz, denn würde man den Reglerkreis augenblicklich schliessen würde der Ausgang ja genau die Funktion auf den Eingang legen die Vorher auch da war, da sa(t)=se(t). Simit nimmt die Amplitude weder ab (->stabil) noch nimmt sie zu (->instabil) sondern wir sind an der Grenze von beiden.

Wie unschwer zu erkennen kann mit der Bedingung sa(t)=(st) eine Gleichung erstellen, und zwar mit den Übertragungsfunktionen der Glieder der Strecke (PI & PT1).

Die Funktion am Ausgang ist: sa(s)= -PI(s)*PT1(s)*se(s)

(Das Minus kommt von der regeldifferenz SOLL-IST wobeil SOLL hier ja 0 ist)

Die Glieder Gruppieren wir zu einer Funktion:

sa(s)= -Go(s)se(s)

da sa(a)=se(s) ergibt sich:

-Go(s) = sa(s)/se(s)
-Go(s) = 1

Wobei diese Gleichung war ist wan s (vereinfachter Ausdruck) der kritischen Frequenz entspricht. Somit kann man eine Ortskurvezeichnen und sehen in wlchen Bereichen diese Bedingung erfüllt ist.

Soweit einmal einen vereinfachten Einblick in die Stabilitätsanlyse von Reglern.

Gruss,
Gaston

[Fry]

Genau das ist die Krux an der Geschichte: Ob ein System schwingungsfähig ist hängt nicht allein vom Regler und den Parametern ab, sondern eben von der Kombination Regler+Strecke.
Du kannst die tollste Abstimmung von Regler und deiner simulierten Regelstrecke machen, aber wenn letztere nicht der Realität entspricht, wird deine Regelung letztendlich am Ende doch schwingen...

Ist klar. Das Hauptproblem ist bei den Heizungen aber das träge System, und diese Trägheit (Wärmekapazität und Wärmeleitstrecke) lässt sich natürlich leicht nachbilden durch Einführung weiterer Freiheitsgrade in der Simulation.

Außerdem: jede Simulation hat ihre Approximation, das heißt aber nicht dass Simulationen nicht auch Erkenntnisse bringen können. Einen Regelkreis würde ich auf alle Fälle erstmal simulieren wollen, bevor ich ihn "live" schalte. Denn wenn er in der Simulation schon versagt, braucht man den komplexeren Live-Fall gar nicht erst probieren.

Grüße
Fry

Die Trägheit ist ja auch der Hauptgrund, weshalb das System bei Störeinflüssen nunmal nicht so leicht nachregeln KÖNNEN - also ein Merkmal, das nicht die Hersteller der Regler zu verantworten haben. Bei einem "smarten" Algorithmus - also einem gut eingestellten PI oder einem, der über PI hinausgeht, wie Gaston andeutet - müssten Oszillationen aber zumindest über die Zeit weggedämpft werden und nicht so wie bei Jan aussehen.

[Hauke]

Zumindest um das Prinzip auszuprobieren (z.B. für die Frage, gibt es Oszillationen oder nicht). Die genauen Stellparameter sind dann wieder eine andere Sache...

Genau das ist die Krux an der Geschichte: Ob ein System schwingungsfähig ist hängt nicht allein vom Regler und den Parametern ab, sondern eben von der Kombination Regler+Strecke.
Du kannst die tollste Abstimmung von Regler und deiner simulierten Regelstrecke machen, aber wenn letztere nicht der Realität entspricht, wird deine Regelung letztendlich am Ende doch schwingen...

[Fry]

Sehe ich im Prinzip auch so, aber man kann natürlich den PI im Zusätze erweitern (z.B. Vorsteuern). Würde ich insgesamt trotzdem noch als PI bezeichnen.

Hm. Ich bin offen für Neues, aber zweifle ein wenig. Mit vielen zunächst gut erscheinenden Ideen fängt man sich eine "D"-Komponente in der Regelung ein, und dann beginnt die Oszilliererei von vorne....

Ich bin gespannt auf Gastons Variante.

Ich auch. Kann ja eigentlich nur besser sein...

Grüße, Fry

[Fry]

Das setzt natürlich voraus, das man ein brauchbares Modell der Regelstrecke hat.
...
Also die Auswirkungen der Störgrößen wie Fenster offen und Sonneneinstrahlung sowie die Reaktion auf die Stellgröße gescheit in seinem Modell abbilden kann.
Ist also nicht mal eben schnell gemacht...

Also sooo kompliziert stell ich mir das jetzt nicht vor. Kommt drauf an was du mit schnell meinst :-) Wenn man mal bedenkt, wieviel Zeit man braucht, um den Algorithmus direkt an einer realen Heizung auszuprobieren. Jede Einstellung muss ja mindestens mal 6h laufen, bevor man einen ersten Eindruck hat, und das noch ohne Störgrößen. Da könnte eine Simulation schon erheblich helfen. Zumindest um das Prinzip auszuprobieren (z.B. für die Frage, gibt es Oszillationen oder nicht). Die genauen Stellparameter sind dann wieder eine andere Sache...

Fry

[Gaston]

Für mich ist "PI" eindeutig in Lehrbüchern definiert, und die Implementierung kann eigentlich nur richtig oder falsch sein, nicht so oder anders.

Die PI-regelung ist genau so definiert wie z.B. ein Polynom 2. Grades. Das heist aber nicht dass Du mit beiden nur ein Result erhälst, bzw nur eine Berechnung machen kannst. Alles hängt von den Parametern ab.

Gruss,
gaston

[Gaston]

Hallo Gaston,
folgendes verstehe ich nicht:

Ist es nicht umgekehrt gerade so, dass bei IST=SOLL der P-Anteil des Reglers keinen Einfluss mehr hat und somit nur noch der (in der Vergangenheit aufintegrierte) I-Anteil wirkt?

Gruß,
Fry

Ups, Ich habe mich in soweit vertippt dass da stehen sollte der I-Anteil (nicht P) ist konstant und wirkt somit nicht mehr (Ich sprach ja von der Regelung nicht von der Stellgrösse). Dh, bei IST=SOLL hat der Regler eine Totzeit.

Gruss,
Gaston

[Hauke]

Ist es nicht umgekehrt gerade so, dass bei IST=SOLL der P-Anteil des Reglers keinen Einfluss mehr hat und somit nur noch der (in der Vergangenheit aufintegrierte) I-Anteil wirkt?

Ja, ist so. Da hat sich Gaston bestimmt vertippt... War mir vorhin beim lesen der letzten zig Einträge des Treads auch aufgefallen. Erstaunlich das es sonst keiner bemerkt hat

Für mich ist "PI" eindeutig in Lehrbüchern definiert, und die Implementierung kann eigentlich nur richtig oder falsch sein

Sehe ich im Prinzip auch so, aber man kann natürlich den PI im Zusätze erweitern (z.B. Vorsteuern). Würde ich insgesamt trotzdem noch als PI bezeichnen.
Ich bin gespannt auf Gastons Variante.

Man könnte den neuen neue Algorithmus auch in einem Computermodell mal simulieren, um zu sehen, wie er auf Störungen (Fensteröffnung, neuer Sollwert, usw) reagiert.

Das setzt natürlich voraus, das man ein brauchbares Modell der Regelstrecke hat. Also die Auswirkungen der Störgrößen wie Fenster offen und Sonneneinstrahlung sowie die Reaktion auf die Stellgröße gescheit in seinem Modell abbilden kann.
Ist also nicht mal eben schnell gemacht...

Gibt's nicht sowieso Leute, die ihren Regelalgorithmus auf HS/WG/EibPC selbst hacken, und die den Heizungsaktor nur noch nutzen, um die Stellmotoren anzusteuern?

Gibt's da nicht schon was? Ich meine ich hatte da mal was von Makki gesehen. Ich wollte das eigentlich erstmal verwenden und wenn mal Zeit habe (oder absolut dringenden Bedarf sehe) versuchen den Algorithmus zu optimieren.


Gruß,
Hauke

[Fry]

Magst Du den veröffentlich, oder hoffst Du (was ich ok fände!) damit Geld zu verdienen.
Im ersten Fall könnten man das ja zumindest per HS, WG, EibPC oder sonst was realisieren, wenn es schon keinen entsprechenden RTR gibt.

Genau.

Man könnte den neuen neue Algorithmus auch in einem Computermodell mal simulieren, um zu sehen, wie er auf Störungen (Fensteröffnung, neuer Sollwert, usw) reagiert.

Gibt's nicht sowieso Leute, die ihren Regelalgorithmus auf HS/WG/EibPC selbst hacken, und die den Heizungsaktor nur noch nutzen, um die Stellmotoren anzusteuern?

Grüße,
Fry

[Fry]

Noch ne Frage:

Nur um sicher zugehen dass es nicht falsch verstanden wird: Die PI-regelung ist hervoragend geeignet um die Temperatur zu regeln. Es sind die heutigen Implementationen in den Reglern die nicht so prickelnd sind !
...
Ich habe vor Jahren einen spezifischen PI-Regelalgorithmus für den KNX entwickeld der genau dies berücksichtigt und ich hoffe immer noch dass der Hersteller meiner RTRs den mal implementiert .

Für mich ist "PI" eindeutig in Lehrbüchern definiert, und die Implementierung kann eigentlich nur richtig oder falsch sein, nicht so oder anders. Zum Beispiel ist ein Regler, der auf die Geschwindigkeit der Temperaturänderung reagiert (wie oben erwähnt) oder sonstwie die Eingangsgröße filtert, gar kein PI-Regler mehr.

Oder verstehe ich da was falsch?

Grüße
Fry