Lämpöpumput > LämpöÄssä

Viritysarvot kohdilleen

<< < (4/6) > >>

@ntti:
Säätäjän viritys:
******************

Säätäjän virityksen pohjimmaisena tavoitteena on asetella säätimen Kc ja Ti siten, että takaisin kytketty säätö täyttää halutut kriteerit. Näitä voivat olla esim. nopea asetusarvon seuranta, tehokas häiriön torjunta, ylityksen välttäminen asetusarvomuutoksissa yms.... Säätimen viritys pohjautuu puhtaasti prosessin dynamiikkaan, joita voidaan ensimmäisen kertaluvun järjestelmän tapauksessa kuvata aikavakiolla, viiveellä ja vahvistuksella.

Vahvistus:
Paljonko prosessin ulostulo muuttuu, kun säätimen ohjausta muutetetaan yhden yksikön verran

Viive:
Paljonko aikaa vierähtää askelmaisen ohjausmuutoksen jälkeen ennenkuin mittaus lähtee muuttumaan

aikavakio:
1. kertaluvun järjestelmällä (tämä tapaus on lähellä sellaista) ohjausmuutoksen jälkeen mittaus saavuttaa jonkun uuden tasapainotilan. aikavakio on se aikamäärä, mikä kuluu siitä, kun mittaus lähtee muuttumaan ja on saavuttanut 63% lopullisesta tasapainotilan arvosta. Jos mittauksen lähtötaso on nolla ja lopputaso on yksi, niin aikavakio määritetään siitä pisteestä, kun mittaus ylittää 0,63 yksikön arvon. Ajan laskenta lähti liikkeelle siitä, kun  mittaus lähti liikenteeseen nolla-arvosta.

Säätimen virityksen laskentaan on miljoona erilaista menetelmää ja uusia tulee kuin sieniä sateella, kun porukka haluaa reissata maailmaa konferenssiesitysten varjolla :-) Yksi kohtuullisen helppo menetelmä on ns. lambda-viritys, jossa käyttäjän tarvitsee arpoa vain yksi luku ja tietää prosessista nämä kolme lukua (vahvistus, viive ja aikavakio). Yksi arvottava luku on suljetun järjestelmän aikavakio, mikä kuvaa sitä, kuinka nopeasti säädin saavuttaa tehdyn askelmaisen asetusarvomuutoksen.

Jos prosessin malli on nyt seuraava:

Gp(s)=KP*e^(-sTd)/(Tau*s+1)

Gp= prosessin siirtofunktio
Kp=prosessin vahvistus
e^(-sTd)= viivetermi, missä Td on viiveen määrä sekunteina
Tau= aikavakio

Tälle voidaan laskea säätimen parametrit seuraavilla kaavoilla:

Kc = Tau/(Kp*(lam+Td))
, missä Kc on säätimen vahvistus
Tau=prosessin aikavakio
Td=prosessin viive
lam=suljetun järjestelmän aikavakio

Jos halutaan hillitty vaste, eikä epästabiilia käyttäytymistä, niin lam parametrille voi antaa arvoksi kolme kertaa aikavakion arvon

Kc = Tau / (Kp*(3*Tau+Td))

Integrointiajalle kaava onkin yksinkertaisempi

Ti=Tau eli integrointiaika on suoraan prosessin aikavakio


Kuten aikaisemmassa postauksessa mainitsin, niin nopealla tiedonkeruulla saa selville suunnilleen aikavakion ja viiveen, mutta prosessinvahvistus riippu monesta eri tekijästä. Näin ollen säätimen vahvistuksen (Kc) laskeminen on aikalailla arpapeliä, mutta integrointiajan saa hyvin kohdalleen dataa katsomalla. Nyt on toinen säätimen parametreista saatu lukittua kohdalleen, joten arvottavaksi jää enää puolet parametreista. Jos Kc:n arvoa kasvattaa, niin vaste paranee. Kc:n kasvattaminen tarkoittaa Oumanin tapauksessa P-alueen pienentämistä!


No miten sitten käytännössä homma tehdään
******************************************

Ensin tempaistaan askelvastekoe
http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022601.jpg

Ohjausta ei oumanista saa pihalle, joten viive oli arvioitava suunnilleen kohdalleen. Lämpötilamittaus on tehty 10 sekunnin välein, joka sekin oli hieman "harva". No tosta nyt sitten aikavakioksi sellainen 15 sekuntia ja saman verran viiveeksi. Näillä voisi heittää säätimen integrointiajaksi 15 sekuntia, mutta pelasin varman päälle ja laittelin 30 sekuntia.

Säätimen vahvistusta ei voi oikein laskea mitenkään järkevästi, joten sitä voi sitten iteroida tekemällä suljetun järjestelmän askelvastekokeita. Tämä tarkoitta sitä, että laitetaan shunttiventtiili säädölle ja tempaistaa käyrään sellaisia muutoksia, että lattiaan menevän veden lämpötilan asetusarvo muuttuu selvästi.

http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022602.jpg

Nyt mittaus nousee melko rivakasti uuteen asetusarvoon eikä ylitystä eikä värähtelyä ole havaittavissa. Alaspäin tehtävässä muutoksessa nähdään etenkin L2 piirissä selvästi prosessin epäsymmetrisyys. Lattiassa kiertävää vettä voi kyllä lämmittää lisäämällä kuumaa vettä, mutta viilennystä ei ole olemassa muuta kuin lämpöä hukkaamalla (eli ajankohtaisesti ilmoitettuna: "Juna, jossa ei ole jarruja eikä pakkia"). Lämmin mälli kiertää muutaman kerran yläkerran lattian lävitse ennen kuin lämpö saadaan hukattua. Kuvassa näkee nyt hyvin Oumanin kuolleen alueen eli mittaus ei saavuta asetusarvoaan. Tällä vähennetään jatkuvaa shunttiventtiilin asennon muuttamista ja sitä kautta kulumista.

P-alueeksi taioin 60 astetta pienellä testaamisella.

Nämä testi oli siis tehty syksyllä, kun ulkona oli vielä lämmintä 11 astetta.


Jos kopsaatte suoraan nämä arvot, niin voi mennä syteen, sillä prosessi ei ole takuulla samanlainen kuin meillä (shunttiventtiilin rakenne, nopeus, putkien koot, lämpötilamittauksen etäisyys sekoituspisteestä yms.)


jatkuu...........

@ntti:
Ajonaikainen käyttäytyminen
***************************

Todellinen testihän tehdään sitten "tuotantoajon aikana".

Alla olevassa kuvassa on varaajan alaosan lämpötila pidetty niin ylhäällä, että shuntille menevä vesi on aina lämpimämpää kuin lattiaan menevä vesi. Näin ollen shuntti ei ole koskaan täysin auki.

http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022603.jpg

Yläkuvassa sinisellä on varaajan alaosan lämpötilamittaus (ouman) ja punaisella Dallasin anturin näyttämä putkestä, mikä menee shuntille. Alemmissa kuvissa sinisellä piirien vesien asetusarvot ja punaisella mittaukset

Kun lähdetään ajamaan sitten varaajaa ajoittain "kylmäksi" eli puristetaan kaikki lämpö ensin pihalle ja annetaan vielä rullata vähän vapaalla ennen uutta käyntijaksoa muuttuu tilanne toisenlaiseksi.

http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022604.jpg

Kuvat muuten samat, mutta keskimmäiseen kuvaan L1-piirin asetusarvon ja mittauksen kaveriksi on laitettu mustalla shuntille menevän veden lämpötila. Kun shuntille menevä vesi on viileämpää kuin lattiaan tarvittava vesi, menee shuntti täysin selälleen ja kaikki vesi kiertää varaajan kautta ja koko vesimassa pikkuhiljaa vilenee, kunnes varaajan alaosan lämpötila osuu käynnistysrajalle. Lauhduttimelta palaava vesi palaa varaajan yläosaan ja shuntille menevän veden lämpötila lähtee ripeästi nousemaan. Nyt säätimen hommana on sitten sulkea shunttia siinä vaiheessa, kun mittaus menee asetusarvon ylitse. Ylitys jää alle yhteen asteeseen, joten itse en ole viitsinyt säätimien parametreja enempää virittää. Alaspäin tapahtuvalle notkahduksellehan säädin ei mahda mitään vaan vika on naputtelijassa :-9


Mitä kehityksen paikkaa olisi Oumanilla
***************************************
Alaosan käynnistyskomentohan muodostuu ehdoista:

- jos alaosan lämpötila (mitattu varaajan alaosan keskivaiheilta) alittaa alamin arvon, niin kompura käynnistetään
 TAI
- jos alaosan lämpötila menee alle L1 setpoint +5 - alaero.

Jos alaeroa haluaa ajaa 10 asteen arvolla, niin tällöin alaosan lämpötila saisi mennä 5 astetta alle asetusarvon ennen käynnistystä, jos alamin on heitetty reilusti alakanttiin. Tällöin lämpötilaheitto lattioissa on helposti sen 5 astetta, mikä on meikäläisestä ainakin liikaa (vapaalla rullataan ainakin tuntitolkulla). Meillä optimiarvo on se, että varaajan alaosan lämpötila saa mennä 2 astetta L1 piirin asetusarvon alapuolelle ja silloin shuntille menee loppuvaiheessa vielä ihan kelpo vettä. Oheinen kuva näyttää kun eroa pudotetaan yhdestä kahteen asteeseen (alamin 25=24 asteeseen). Käyntijaksojen määrä muuttuu myös radikaalisti.

http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022605.jpg

Jos alaosan haluaisi pitää "automaattisena", niin tällöin alaero pitäisi laittaa 7 asteeseen ja alamin riittävän alas, ettei se puutu missään vaiheessa peliin. Tällöin kuitenkin menetetään se 3 astetta lämpötilassa. Jos taas varaajan alaosan minimilämpötilan pitää asetusarvon tuntumassa, niin osa 10 asteen pumppausajasta menetetään heti, kun varaajan  alaosan yläreunassa oleva kuuma vesi menee sekaisin varaajan alaosan alareunan viileän veden kanssa. Tällöin ei varaajan kapasiteettia käytetä kokonaan lepotauon aikana. Tämä näkyy alla olevassa kuvassa varaajan alaosan lämpötilan pomppuna ylöspäin, kun kompura käynnistyy.

http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022606.jpg

Ylläolevassa kuvassa keskimmäiseen kuvaan on mustalla viivalla laitettu alamin parametrin arvo eri hetkinä.

Jotta homma olisi joustava, niin toiseen ehtoon kovakoodattu +5 astetta pitäisi olla muuteltavissa. Parametrisointi pitäisi olla siten, että käyttäjä voi antaa alaosan lämpötilan liikkumisalueen (esim. 10 astetta) sekä minimilämpötila L1 piirin asetusarvoon nähden tai vaihtoehtoisesti kiinteän alamin arvon. Näin varaajaa voisi pyörittää kokoajan optimaalisella alueella (ainakin omasta mielestään). Ja jos oikein hienon haluaisi, niin tämä offset L1-piirin setpointiin pitäisi olla myös L1-setpointin lämpötilan funktiona, sillä tämä maaginen kahden asteen optimaalinen ero pitää meillä paikkansa pikkupakkasilla, mutta kovemmilla se on hieman eri.

No tässä tätä purkausta, toivottavasti joku jaksoi lukea tänne saakka!

T:Antti

colibri:

--- Lainaus ---Tuo jälkimmäinen linee tehdasasetus. Meinasitko koittaa vielä hitaammilla asetuksilla?

--- Lainaus päättyy ---
Jälkimmäinen oli tehdasasetus... seuraavaksi leikitään D arvoilla :D

Kokeilin miten ilman kellutusta lämmöt pysyvät tehdasasetuksilla kurissa.
Vaihteluväli oli alle 2 astetta
http://colibri.yi.org/jakelu/pumppu/PID/L1menoilmankellutusta.png

@ntti:
Vielä yksi kiellon päälle....

Edellisessä postauksessa tuskailin tuon alaosan lämpötilan hienovirityksen päälle. Oheinen kuva hieman antaa lisää näkemystä asiaan.

http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022607.jpg

Sin: L1- piirin setpoint
Pun: L1-piirin mittaus
Musta: Varaajan alaosan lämpötila.

Kuvassa on noin vuorokauden pätkä, missä pakkanen kiristyy -14 => -27 asteeseen. Alamin parametrin arvo on ollut jatkuvasti 29 astetta, joten laukaisu on aina tapahtunut sen perusteella eikä säännön (L1 spa + 5 - alaero) mukaan. Alaero on ollut 10 astetta.

Alussa alamin on ollut sama kuin L1 piirin asetusarvo. Kun kompura käynnistyy hyppää varaajan alaosan lämpötilamittaus 5 astetta ylöspäin, kun varaajan alaosan yläreunassa vielä tallessa oleva vesi menee sekaisin varaajan alaosan alareunan viileän veden kanssa. Varaajan pohjallehan kertyy kylmä vesikerros. Näin ollen käyntijakson pituudesta menetetään heti "5 astetta". Kun ero alaminimin ja L1 piirin asetusarvon välillä kasvaa, niin nähdään kuinka kompuran käynnistyessä varaajan alaosan lämpötila lähtee nousemaan tasaisesti ja L1 piirille menevä vesi hieman nyökkään enemmän. Kovilla pakkasilla optimaalinen ero alaminimin ja L1-piirin asetusarvon välillä olisi 2 ja 3 asteen välillä. Tämä vaatii kuitenkin jatkuvaa kyttäämistä ja pientä ennakointia iltaisin sääennustuksen parissa. Jos on reissussa, niin silloin taas lyödään varmuudeksi lisää lämpöä alas, ettei tarvitse puhelimella ohjata emäntää....

Laiskistuvana miehenä taidan kuitenkin nyt pitää tämän 7 asteen alaero-taktiikan, niin loppuu tuo sääennustusten tarkastelu ja lämpötilan viipotus pysyy mieleisissä rajoissa. Ohessa kuvaaja tilanteesta melkoisessa ulkolämpötilamyllytyksessä. Toivottavasti Ouman lukee tätä palstaa ja täytyy joskus yrittää saada aikaiseksi palaute postia erinäisistä toivomuksista ja dll rajapinnan "parannus-potentiaaleista".

http://www.kolumbus.fi/nissinen.antti/k022608.jpg

mnk:

--- Lainaus ---To MNK. Musta vähän tuntuu että olipa se pumppu valmistettu suomessa, ruotsissa tahi vaikkapa ukrainassa niin ihan samojen säätöteknillisten asioiden kimpussa askarrellaan. Valtaosa säätimistä varmaan perustuu kuitenkin tuohon PID-säätöalgoritmiin (tai P, PI). Mut kuten @ntti sanoi nuo termit on skaalattu ja käännetty kansanomaisempaan muotoon ja jemmattu melko visusti huoltovalikoiden taakse ettei niitä hirveästi räplättäisi. Niillä saa varmaankin pumpun oikeasti voimaan pahoin. Käyttäjätason asetusarvoilla ei vielä niin pahaa jälkeä saa aikaiseksi.

Ne on vaan nää meidän pahuksen tarkat dataloggerit, jotka paljastavat välillä vähän liikaakin. Niissä on niin hyvä resoluutio, että vuoristoradat tulevat komeasti esille ja tieto alkaa kerryttämään tuskaa. Että kyllä jos niitä alkaa ulkomaalaisenkin pumpun kylkeen laittamaan niin alkaa varmasti rollercoasterit näkymään ja varmaan moni on jo nähnytkin. Kyllähän Starppa tuossa heti alussa rohkeasti tunnustikin että Regossa on ihan samat jutskat.


 
--- Lainaus päättyy ---

  Olen aivan samaa mieltä, että täsmälleen samoista säätötekniikan haasteista  keskustellaan.  En kai edes muuta tuonut esille ?     Siitä  tuo 1-1  jossa Rego on mukaan huomioituna.    

Lämpötekniikan PID -algebra on aika haastavaa kuten @ntti kattavassa lyhennelmässään tuo esille.  Minä luin tekstin siten, että muutosta kaivataan ja että halutaan, että valmistaja ymmärtää havaitut  haasteet.  Ne  jotka ovat säätö- ja systeemitekniikan asioita hieman opiskelleet tietävät tekstissä sivuttujen Laplace-muunnosten ihanuuksista.  Esim. tänne perehtymään lisää aiheeseen:  http://www.control.hut.fi/Kurssit/index.en.html  http://www.control.hut.fi/Kurssit/AS-74.2111/verkkokurssi/mallit/oppitunti3/laplace.html

Oma paikallinen  dataloggeri näyttää skaalautuvalla 0,xC resolla, joten vuoristorata on toki tuttua. MLP ohjauksessa / seurannassa voi nukahtaa, kun kaikki tapahtuu liian  hitaasti.

 Dataloggereissa ja systeemeissä  enemmänkin kiinnostaa ympäristöt, joissa emulla saa  säätösysteemin ohjauksesta reaaliaikaisen trace:n ja voi puukottaa ohjausparametreja reaaliaikaisen  emulaattorin kautta .

Navigaatio

[0] Viestien etusivu

[#] Seuraava sivu

[*] Edellinen sivu