etwas Theorie vorab....

[richardk]

Hallo Liebe Freak's...

Mit diesm Post versuche ich euch mal ein bischen neugierig zu machen und
euch ein bischen zu "unterrichten"

Das trokene Thema dass wir heute behandeln: "Regeltechnik"...

Wenn wir uns einen Scannertreiber bauen wollen, müssen wir wissen, dass ein
Galvo eine Indukivität darstellt. Diese weigert sich schnelle Stromsprünge wie
wir sie baruchen zu akzeptieren. Dies kann man ihr allerdings aufzwingen
Dazu braucht mann allerdings einen schnellen Regler. Der die Spannung so
anpasst, dass der sollstrom möglichst schnell ereicht wird.

Erstes Beispiel eines Regelkreises:



Wie wir erkennen können orientiert sich der "PID" Regler an dem mommentan Strom,
den wir nach unserer PWM Endstufe messen, und einen "Soll / Ist" vergleich machen
und darauf möglichst schnell reagieren.

nun wird's etwas genauer...



Wass wir auch noch wissen müssen über einen Galvo ist, dass ein Galvo ein
Elektromechanisches Gebilde darstellt. Nicht nur die unliniarität unserer Elektrisch
gesehenen Induktivität stört uns, sondern auch die mechanische trägheit.
Wenn wir nun einen absulutpositions Sensor hernehmen und auf dessen Signal
Regeln, kommensieren wir dies.

Es geht allerdings noch besser



Wenn wir uns im klaren sind, dass wir ein elektromachanisches Gebilde vor uns haben,
können wir dessen Verhalten in Mathematik umsetzen. Diese Mathematische
Verhaltenskurve die wir uns aneignen, in dem wir den Galvo ausmessen,
setzen wir nun in ein Funktionsnetzwerk um. Dieses bildet unseren Galvo nach.
Somit weiss der Regler hargenau wie er in welcher Situation reagieren muss.
in Analoger Schaltungstechnik, lässt sich so etwa eine Korrekturschaltung
2-3ter Ortnung realisieren, mit komplexen Mathematischen Formeln und zuhilfe nahme
eines schnellen DSP Prozessors läst sich bis zu 5-6ter Ortnung ereichen.

Nun schaun wir uns mal grob den PID Regler an...



Wir erkennen die drei Funktionsblöcke unseres Reglers. Bei jeder Änderung unseres
Eingangssignales greift zuerst der Integrator ein, gefolgt vom Proporzional-
Verstärker und unserem Differentiator.
Dies ist die optimale Regelung für schnelle Sprungantworten.

Dies veranschaulicht folgende Graphik:




Dieses lass ich mal so im Raum stehen...
Ihr könnt euch mal ausmahlen wass RichardK nun wieder vor hat *gg*

*es könnte durchauspassieren dass die Mot's "quasie" closed werden....*
*meine GS320 werden es auf jeden fall....*

Gruss RichardK

[afrob]

Obwohl ich weiss, dass du Schaltnetzteil-Profi bist, würde ich dir hier eher von einer PWM-Endstufe abraten. IMHO gibt es hier nicht so viel Energie einzusparen, dass der Mehraufwand für eine schaltende Stromquelle lohnen würde. Um hohe Bandbreite zu erreichen sind ein hohe PWM-Frequenz und extrem kurze Schaltzeiten nötig, was das Schaltungsdesign echt ekelhaft machen kann. Ist die Frequenz nicht hoch genug kann auch die Totzeit durch die PWM Stufe Probleme bei der Regelung bereiten.

[gento]

Mod's richtig auf die Beine zu helfen , schwer hinzubekommen das die 1A ziehen um Flott zu werden & lohnt sich der Aufwand ?

GS320 Klötzchen lassen sich mit halbwegs guten Drivern zu 90 % an Speed ausreizen.

Dat schmälert aber nicht Deinen Grundgedanken !

PWM taucht überall mit Namen auf ... alle wieviel nSek vermag der zu regeln ?

<Es war vor kurzem im Forum> Ich will den perfekten Driver bauen , doch ich brauche help bei den Endstufen</ende>

Wenn Du mal flotten Galvo zum Üben zerschießen brauchst @Richard mail to@Gento

viel Glück & ich traue es Dir zu

Gruss Gento

[richardk]

@afrob

Der beweggrund für die PWM Endstufe liegt darin, dass ich sie gleich als
Klass D Audioversterker weiterbenutzen will. Ich strebe dabei eine
Frequenz von 250kHz an. Dies stellt dann 10faches Audio Oversampling dar.
Schaltzeiten die von mir Praktisch schon realisiert worden sind sind so um
die 20ns Rise Time... 15ns solten durchaus ereichbar sein. Dies bei einem
TO247 IGBT! Da wir beim Scannertreiber keinere Mos FET´s verwenden kann,
sind die Schaltzeiten kein Problem.

@Gento

Zum Thema Mot´s will ich mich noch nicht äussern, da ich noch nie welche in
Aktion gesehen hab, geschweige welche zur Verfügung hab um´s zu testen.
Verbessern kann man da sicher einiges, aber wie du schon erwähnt hast,
steht noch aus wie viel, und ob es sich überhaupt lohnt.
Bzüglich Galvo´s komm ich gerne fals es mal soweit kommt auf dich zu.
Danke für´s Angebot...
Die Reglergeschwindigkeiten lassen sich in SMD ereichen.. da giebt´s OP-Amp´s
bis 10Mhz zu einem bezahlbaren Preis.

Danke für euer interesse, und weiter geht´s in der Diskussion...

Gruss Richard

[jojo]

Zunächst mal zu Deinem Diagramm:
Ist es nicht so, dass zuerst der P/D-Anteil wirkt und dann erst der I-Anteil,
da der Integrator für eine stetige Änderung des Ausgangswertes sorgt?

Ein I-Anteil für Scanner wird in der Praxis nicht verwendet, weil er die Reaktionsgeschwindigkeit herabsetzt.

PWM-Steigzeiten hin oder her: Das Galvo ist eine Induktivität und wird den Stromanstieg in jedem Fall limitieren, es sei denn, Du jagst 1000 Volt durch.

DSPs für Scanner sind ja schon verfügbar.
Setzt man aber den Preis einer DSP-Hardware dem Preis eines Analogtreibers entgegen, wird das Problem schnell klar:
Bauteilepreis Analogregler: 50 - 100 Euro
Bauteilepreis DSP-Regler: ???

Für Billiggalvos keine Alternative, für Highendgalvos gibts das schon.

[richardk]

Hallo JoJo,

Zu erst mal vorab. Woher hast du dein Wissen über Regeltechnik, geschweige
über PID her ? Bitte besorge dir zuerst entsprechene Litaratur und setze dich
solange damit auseinander biss du sie verstehst. Gewisse Leute haben sich
einige Zeit damit befasst, schonmal Praktisch einen Regler aufgebaut und haben
womöglich täglich Beruflich ein einer Entwicklungsfirma damit zu tun.
(alleine die "schönen" Graphiken habe ich nicht geklaut und kosteten mich 8h
Arbeit, und dies nur für Laserfreak, will mir die's wass die Graphiken zeigen
klar ist.)

Also... (versucht auf für nicht Techniker zu erklären damit auch "normale" Menschen
ev. bei interresse eine Chance haben sich in das Thema einzuarbeiten)

Was macht ein Integrator?

Wie man in der Graphik Sieht wird beim I Anteil (Integrator) zuerst mal
masive beschleunigt.

Was macht der Proportzional Verstärker?

Er ist der "Normale" Regelanteil... dieser macht denn "linearen" Anteil
vom ganzen regelzüklus.

Was macht der Differenziator?

Er geht die sache etwas gemütlicher an und fährt den Endpunkt an.

Soo... dies ist jetzt wirklich für nicht Technicker ausgedrückt....
oder für welche die sich noch nie mit sowas befasst haben.

Wenn du schreibst dass der I anteil wegzulassen ist, meintest du wohl eher den D Anteil.
Dass könte mann bedingt mit ja, beantworten.

Wenn mann dass Fedback über den Strom der Endstufe realisiert, und somit einen Open loop quasie closed machen will, könnte die's Vorteile bringen.
Wendet mann die ganze Schaltung allerdings mit einem echten closed an, stellt man den Regler agressiver ein, und muss mit dem D Anteil kompensieren, um überschwinger
zu vermeiden.

Ist die's einleuchtend ?

Gruss Richard

[ralf-k]

Hi!

@Richard
mm Also ich bin allerdings auch Jojos Meinung.
Integrier doch mal eine steile Gerade (sprung zwischen 2 Punkten).
Der Ausgangswert steigt langsam bis zum endpunkt an.
Beim Differenzieren kommt die Steigung heraus, was dem Ausgang sagt Schnell beschleunigen....

Kann ja sein das ich jetzt auch falsch leige, aber so wäre es logisch...

Gruß Ralf

[tracky]

Richard, Du solltest besser etwas vorsichtig mit Deinen Äusserungen gegenüber JoJo sein, denn er hat bestimmt mehr PID Regelungen und Analogtreiber gebaut/entwickelt, als wie Du! Mehr sage ich nicht zu der Sache.

[afrob]

Zu erst mal vorab. Woher hast du dein Wissen über Regeltechnik, geschweige
über PID her ? Bitte besorge dir zuerst entsprechene Litaratur und setze dich
solange damit auseinander biss du sie verstehst.

Ich glaube JoJo hat auch schon mal einen (oder ein paar hundert?) Galvo-Regler gebaut und liegt da nicht so falsch.

Was macht ein Integrator?
Wie man in der Graphik Sieht wird beim I Anteil (Integrator) zuerst mal
masive beschleunigt.

Was macht der Proportzional Verstärker?
Er ist der "Normale" Regelanteil... dieser macht denn "linearen" Anteil
vom ganzen regelzüklus.

Was macht der Differenziator?
Er geht die sache etwas gemütlicher an und fährt den Endpunkt an.

Du hast soeben D- und I-Anteil verwechselt. Bitte besorge dir zuerst entsprechene Litaratur und setze dich solange damit auseinander biss du sie verstehst.

[eiergeier]

JOJO -> OUTING!!!!!!!

Grüsse
Andi

[jojo]

Danke Tracky, Afrob...
Ich will hier über niemanden herfallen und die Fähigkeiten von RichardK nicht herabsetzen. Aber ganz so heftiges Geschütz braucht er doch nicht gleich auffahren. Schließlich hatte ich nur eine Frage formuliert.

<Outing ON>
Habe bisher 1700 Stück Doppelregler für Catweazles und ca. 1000 Stück CT-Treiber gebaut.
Dazu noch mal jede Menge Prozessor-Temperaturregler für DPSS.
Ich entwickle Elektronik seit ca. 20 Jahren.
Mot-ähnliches "closed" wird von mir schon angeboten -> siehe meine Site.
<Outing OFF>

Hab zwar keine 8 Stunden Zeit für 5 Bilder, aber den Unterschied zwischen I und D glaube ich zu kennen.
Man kann prinzipiell den Integrator ultraschnell machen, was aber zu immensen Reglerinstabilitäten führt. Daher sind in der Praxis die Integrierzeiten verglichen mit den übrigen zeitlichen Parametern des Systems relativ lang. Und genau daher werden bei schnellen Scannern für Show nur PD-Regler verwendet.
Beim Einsatz von DSPs gibts es andere Algorythmen, die besser sind als PID.
Denn PID stammt noch aus der Prä-Computer-Zeit.
Ein guter DSP-Treiber legt ein Simulationsmodell des Galvos zugrunde. Darauf basierend werden in Echtzeit die "erwarteten" Reaktionen des Galvos eingerechnet und der Regler gleicht nur noch die Toleranzen aus.
Aber wie gesagt: Der Aufwand für Showscanner ist zu hoch, und für Mots kommerziell nicht machbar. Als privates Projekt aber sicher ne nette Herausforderung. Also los, RichardK - dann lass mal Resultate sprechen.