Raspberry Pi Temperaturregelstrecke

Herr Johannes Unger, Teilnehmer unseres Raspberry Pi Gewinnspieles hat uns einen Zwischenbericht mit Fotos geliefert zu seiner Umsetzung einer Temperaturregelstrecke mit einem Raspberry Pi und unserem logi.CAD 3 inkl. logi.RTS.

- Der MPC (Model Predictive Control = Modellprädiktive Regelung) ist als C-Funktion in logi.CAD 3 compact eingebunden und greift über die in Version V1.14.0 implementierte I2C-Bibliothek auf die Analogwerte zu
- Die vorgegebenen Beschränkungen von maximalen Stellgrößen werden eingehalten, was einen wesentlichen Vorteil der MPC-Regelung darstellt.
- Über einen Flag (0 oder 1) kann man das Speichern der Messdaten in ein Textfile aktivieren/deaktivieren.
- Die Regelqualität entspricht aber noch nicht derjenigen die möglich ist. Das liegt an folgenden Gründen:
o Die Auflösung des Temperatursensors ist relativ schlecht und könnte noch etwas nachgebessert werden.
o Das verwendete Prädiktionsmodell im MPC ist aus Zeitgründen „quick&dirty“ umgesetzt und spiegelt die Realität nicht sehr genau wieder -> Regelqualität ist noch nicht optimal! (Das ist aber eine reine Software-Sache und hat keinen Effekt auf die Umsetzbarkeit des Reglers!!)
o Die C-Funktion müsste noch sauber ausprogrammiert werden.
o Die Programmierung über LC3c ist eigentlich sehr angenehm, auch mit der noch nicht offiziell unterstützten C-Funktionsintegration (es ist alles auf der letzten LC3c V1.14.0 Version aufgebaut)

Anbei habe ich Ihnen einige Fotos der fertigen Hardware angehängt: Zu sehen ist der Raspberry Pi mit der Erweiterungsplatine von Logi.cals (Entwickelt von Thomas Mayer).
Angeschlossen an diese Erweiterung ist eine Platine die ein analoges Steuersignal als PWM-Signal auf einen Widerstand umsetzt und so diesen heizen kann (Dafür ist eine Spannungsquelle nötig, z.B. Labornetzteil).










Das nachfolgende Bild zeigt im oberen Plot den Soll- (blau) und Ist-Verlauf (rot) der Temperatur und der untere Plot die Stellgröße, also die Spannung die an die PWM-Platine übergeben wird.




Schlussfolgernd kann man dabei sehen:
-> Die Stellgröße ist auf das Intervall zwischen 0 und 2 beschränkt und wird eingehalten
-> Der Sensor ist leider viel zu ungenau (+-3-4 Grad Celsius lt. Datenblatt), um die Temperatur fein einregeln zu können (auch das Ansprechverhalten ist teilweise nicht ganz nachvollziehbar -> Messfehler ist relativ groß, wenn man den Temperaturwert mit einem Multimeter vergleicht).
-> Die Prädiktionsmodellungenauigkeit ist bei ca. 200 Sekunden zu sehen, an der die Stellgröße angehoben wird, obwohl die Sollgröße noch nicht erreicht ist.
-> Da das Prädiktionsmodell noch zu ungenau ist, wird der Sollwert vorerst nur direkt übergeben -> Stellgröße schaltet um, wenn Sollwert sich ändert.

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