Vorausschauende Regelsysteme für Temperaturen
Dietmar Goretzki, Entwicklungsleiter der dikon Entwicklungs- und Produktions GmbH, ist es gelungen, ein vorausschauendes Temperatur-Regelungs-Verfahren zu entwickeln. Anders als die klassischen Regler kann der Regler erkennen, welchen Wert die zu regelnde Temperatur in einigen Sekunden haben wird.
(industrietreff) - Die klassischen Regler P, PI, PD und PID (Proportional-Integral-Differential) haben in den letzten Jahrzehnten in vielen Bereichen der Technik für etliche messbare Größen ihren Einsatzort gefunden. Die Anwendungen reichen vom einfachen Regler im Haushalt (z.B. Heizung, Herd) bis hin zu präzisen Regelungsaufgaben in industriellen Herstellungsverfahren mit reproduzierbaren Prozessabläufen. Eine Grundeigenschaft dieser Regler aus Operationsverstärkern, Widerständen, Kondensatoren, ... ist es, die Momentanwerte nur direkt für den Regelkreis zu verwenden. Anders gesagt, der PID-Regler sieht eigentlich nur die Vergangenheit und den Augenblick, nicht aber, welchen Wert die zu regelnde Größe in einigen Sekunden oder Minuten haben wird. Das kann ein PID-Regler nicht, sondern nur ein vorausschauender Regler, der dazu den Momentanwertverlauf analysiert. Bereits Mitte der 80er Jahre entwickelte der Autor dieses Artikels Dietmar Goretzki, Dipl.-Ing. bei dem mittelständischen Elektronik-Dienstleistungsunternehmen „dikon Entwicklungs- und Produktions GmbH, die Idee und die Grundlagen für ein vorausschauendes Temperatur-Regelungs-Verfahren.
Es erkennt aus der zu regelnden physikalischen Messgröße (Regelgröße) den charakteristischen Verlauf näherungsweise und realisiert mathematisch eine zeitliche Vorausberechnung der Regelgröße. Damit weiß der Regler schon im Voraus, auf welchen Wert die Regelgröße steigt und kann so die Stellgröße rechtzeitig auf den richtigen Wert korrigieren. In der zeitlichen Vorausberechnung der Regelgröße liegen ein entscheidender Unterschied und Vorteil im Vergleich zum PID-Regler. Die Vorausberechnung ist nicht nur auf die Regelgröße, sondern auch für dynamische andere physikalische Größen bzw. Störgrößen anwendbar, dessen Messwerte in die Berechnung der Stellgröße anteilig eingehen können.
Die praktische Realisierung des vorausschauenden Verfahrens erfolgte im Jahr 2005 in einem Seriengerät mit einem Temperaturregelkreis. Im Temperaturmessbereich von ca. -10°C...+140°C ermöglicht die vorausschauende Regelung eine Stabilität von ±0.05°C bei einem Sollwert oberhalb der Raumtemperatur. Nur die Geräteinnentemperatur geht als gemessene Störgröße in die Regelung ein, nicht aber die in die Heizleistung P=U*I=U²/R quadratisch eingehenden Netzspannungsschwankungen. Auch die effektive Auflösung des ADC (Analog Digital Converter) entscheidet, welche minimalen Regelgrößenänderungen für den Regler noch erkennbar und ausregelbar sind.
Das folgende Diagramm zeigt, dass der vorausschauende Regler schon 2.6°C vor dem Erreichen der Solltemperatur (100°C) die Heizleistung (blaue Kurve) von 100% auf sehr kleine Werte rasch zurücknimmt, um ein Überschwingen durch Nachheizeffekte zu vermeiden. Die Solltemperatur hat nach ca. 400s Aufheizzeit ein Toleranzband von
±0.6°C erreicht. Mit der Zeit sinkt das Toleranzband deutlich unter ±0.1°C. Am Verlauf der Heizleistung lässt sich erkennen, dass das thermische Gleichgewicht des Gesamtsystems erst nach ca. 1.500s erreicht wurde, weil z.B. das Gerätegehäuse, physikalisch bedingt durch indirekte Erwärmung, erst jetzt eine konstante Temperatur erreicht hat.
Eine Modifikation des vorausschauenden Reglers für andere Anwendungen ist per Hard- und Software realisierbar. Der Reglereinsatz muss nicht auf Temperaturregelungen beschränkt bleiben, sondern wäre dann auch für andere physikalische Messgrößen verwendbar. Ebenso kann man die Vorausschau eines Messwertes im Allgemeinen in der Messtechnik einsetzen.
Eine ausführliche Version dieser Veröffentlichung ist auf der Internetseite der „dikon Entwicklungs- und Produktions GmbH“ zu lesen. Das Unternehmen erarbeitet als Dienstleister kundenspezifisch eine entsprechende Elektronik und produziert in Serie. Ansprechpartner ist die dikon-Entwicklungsabteilung.
Spielerisch vorgestellt wird dieser neuartige Temperaturregler auf der Productronica in München (10.-13.11.2009), Halle A1, Stand 527
Dipl.-Ing. Dietmar Goretzki
Leiter Entwicklung „dikon Entwicklungs- und Produktions GmbH“
Themen in dieser Meldung:
Unternehmensinformation / Kurzprofil:
Die dikon Entwicklungs- und Produktions GmbH ist ein Göttinger Unternehmen und im Bereich der Elektronik-Fertigung und -Dienstleistung tätig.
dikon (dienstleistung und konfektion) beinhaltet die Bereiche Elektronik-Entwicklung, Leiterplattenbestückung (SMD- und konventionelle THT-Bestückung) und Montage von Kleingeräten. Im Kundenauftrag übernimmt das Unternehmen die Schaltplanerstellung und Leiterplattenentflechtung, Bauteileauswahl, die Bestückung der Platinen, den Zusammenbau von Geräten und den Reparaturservice. In den Jahren 2005 bis 2008 wurde der
Maschinenpark stark erweitert. Schnellere Produktionszeiten und diverse elektrische Prüfmethoden sind somit möglich geworden. Kunden rekrutieren
sich aus den Bereichen der Laser-, Waagen- und Meteorologiebranche sowie der Messgeräteherstellung.
dikon E+P wird 1990 als „dikon Entwicklungs- und Produktionsgesellschaft für Elektronik mbH“ in Göttingen von Georg Fricke, Gernot Kühn, Burghard Graune und Bernd Densau gegründet. Sitz des Unternehmens ist die Industriestraße, auch Hauptsitz der 1986 gegründeten Schwesterfirma dikon elektronik Vertriebs GmbH. Im April 1999 tritt dikon E+P dem Wirtschaftsverband Measurement Valley bei. Ein reger Austausch mit der Fachhochschule Hildesheim / Holzminden / Göttingen 'HAWK' (Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst) besteht seit 2004. Er dient dazu, eine stärkere Verbindung und einen ergiebigen Wissenstransfer zwischen Forschung und Wissenschaft zu schaffen. Seit 2006 ist ‘E+P’ an einem umfassenden Forschungsverbundprojekt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung beteiligt. Um auch größere Auftragsvolumen bewerkstelligen zu können, hat dikon 2007 die Vertretung der rumänischen Firma „Abtecro“ übernommen.
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Datum: 13.10.2009 - 13:40 Uhr
Sprache: Deutsch
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Kontakt-Informationen:
Ansprechpartner: Steffi Niebuhr
Stadt:
Göttingen
Telefon: 0551/50484-0
Kategorie:
Forschung und Entwicklung
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