Reglerdimensionierung bei einem Lüfter (PT1)

Hallo,

ich will zur Ausregelung von Störungen in der Drehzahl eines Lüfters (falls nötig Spezifikation im Anhang) einen PI Regler dimensionieren.
Durch Aufnehmen einer Sprungantwort habe ich den Lüfter als PT1-Strecke identifiziert.
Eigentlich hatte ich vor nach Chien, Hrones und Reswick auszulegen, allerdings kann ich bei meiner PT1-Strecke ja keinen Wendepunkt bestimmen.
Zur Eliminierung des Rauschens der Drehzahlmesswerte (orangene Kurve) bilde ich den gleitenden Mittelwert über 2 aufeinanderfolgende Messwerte (blaue Kurve).
Wie kann ich vorgehen um meinen PI-Regler zu parametrieren?
Leider kann ich meine Drehzahlen nicht genauer vermessen.
Meine Zeitkonstante der Strecke Ts und Proportionalitätsfaktor Ks kann ich bestimmen, sodass ich auf meine Übertragungsfuntion im Frequenzbereich schließen kann, aber wie mache ich dann weiter?
Ich hoffe ihr versteht mein Problem und könnt mir weiterhelfen.
Viele Grüße
Max

PS: Meine Stellgröße ist mein PWM Tastverhältnis, hier der Sprung von 20% auf 100%

Noctua NF-A14 5V PWM Product Specifications.pdf (430 KB)

Irgendwie verstehe ich nicht ganz, was du vorhast: Was soll der Regler denn eigendlich nach welcher Stellgröße regeln?

Der Regler soll dafür sorgen, dass bei einer Störung (Lüfter wird langsamer) das PWM-Tastverhältnis korrigiert (erhöht) wird und so die Störung ausgeregelt wird.
Da im angedachten Betrieb die Führungsgröße ziemlich konstant ist, ist hier keine wirkliche Regelung nötig.

Hallo

also ich hab das jetzt so verstanden :

Du hast einen Drehzahl-Sollwert, diesen Sollwert soll der Lüfter laufen. Das Ganze soll als geschlossener Regelkreis mit einem PI Regler betrieben werden.

Die Skalierung dazu sollte schon mal identisch sein. D.h Der Sollwert liegt als Drehzahl normiert vor. Der Istwert liegt in der gleichen Skalierung vor. Das heisßt ohne PI Regler gibst Du einen Sollwert vor z.B 1000U/min und damit erhälst Du etwa auch 1000U/min. Wenn das nicht der Fall ist musst Du unten bei 2. eventuell eine anderen P-Anteil einstellen.

Eventuell muss der Istwert das umgekehrte Vorzeichen haben. Das kommt auf den Regler an. Wenn das falsch ist gibt es eine Mitkopplung, es lässt sich dann keine Drehzahl einstellen es ergibt sich immer max Drehzahl.

wenn man die Streckenparameter nicht kennt, und das ist in der Praxis fast immer der Fall kann man wie folgt vorgehen. Dabei werden mehrfach immr wieder Sprungantworten aufgenommen.

Bei Drehzahl und Temperatur (stetige Strecke) kann man so vorgehen:

  1. I-Anteil abschalten oder ganz groß also max langsam einstellen.
  2. P-Anteil auf 1 stellen und kleine Sollwertspünge 10-20% machen. Du kannst nur steigende Sollwerte verwenden da Du nur in eine Richtung treiben kannst (1. Quadrant)
  3. Damit ergibt sich eine Sprungantwort mit bleibender Regeldifferenz.
  4. Wenn der Istwert zu stark überschwingt P-Anteil kleiner machen (Verstärkung kleiner) . Wenn er nicht überschwingt P-Anteil Schrittweise grösser machen. Damit wird die bleibende Regeldifferenz kleiner, irgendwann schwingt der Istwert dann über, bleibt aber immer noch unterhalb des Sollwertes, es gibt also immer noch eine bleibende Regeldifferenz. Der Überschwinger sollte bei 7% der Sprunggrösse liegen. ( so genau kommt das nicht 10% ist auch gut)
  5. Der I-Anteil liegt in der Regel in der Grössenordnung der grössten Streckenverzögerung, also in deinem Fall etwa bei 200 ms.
  6. I-Anteil mit dem 2-3 fachen des obigen Wertes einschalten. Wieder Sollwertsprünge machen. Dabei sollte der zuvor ermittelte Überschwinger im Wesentlichen so bleiben wie er ist, jedoch wird die bleibende Regeldifferenz langsam zu Null werden.
    6 I-Anteil verkleinern bist sich ein gleichmässiger Anstieg des Istwertes ohne den Absatz ergibt, der Überschwinger jedoch nicht grösser wird.

Damit ist der Regelkreis dann eigendlich für den dynamischen Fall am besten eingestellt.

Es gibt Sonderfälle die nicht Überschwingen dürfen. Da sieht das anders aus. Ebenso Strecken die einen stark unterschiedliche Steckenverstärkung haben ( nicht Linear) Ein D-Anteil wird selten benötigt, und dient dazu Lastsprünge schneller ausgleichen zu können. D-Anteile vertragen sich aber nicht mit Totzeiten und oder Losen.

Bei Software Reglern gibt es oft einen Parameter "Zykluszeit" , der angibt in welchem Zeitraster der Regler bearbeitet wird. Da Deine Regelstrecke relativ schnell ist würde ich da mal mit 10ms anfangen.

Heinz