PID-Regler - Wie wird die Anlagengleichung abgeleitet?

PID ist wirklich nicht für Lötkolben geeignet. Eine einfache Proportionalschleife mit hoher Verstärkung ist eine viel bessere Investition. Das große Problem besteht darin, dass das Eisen in zwei Regimen arbeitet, ruhend und geladen, und das geladene Regime ist sehr schlecht definiert.

Ausgehend von der verfügbaren Heizleistung, der Masse von Spule und Spitze sowie der Oberfläche des heißen Teils des Bügeleisens können Sie sich ein Bild von der Temperaturempfindlichkeit des Bügeleisens machen. Die thermische Impedanz von der Spule zur Luft ist der wichtige Faktor, wobei die Wärmekapazität eine weitere Einschränkung der Zeit zum Erreichen der gewünschten Temperatur darstellt.

Ein PID kann verwendet werden, um die Betriebstemperatur in kürzester Zeit und mit maximaler Genauigkeit zu erreichen, aber die Arbeitstemperatur ist normalerweise nicht extrem genau (ein Grad oder so für extrem anspruchsvolle Anwendungen oder 10 Grad für einen "echten" Lötkolben).

Die Sache ist, sobald Sie mit dem eigentlichen Löten beginnen, hängt die benötigte Wärmemenge stark davon ab, was Sie genau löten. Ein großer, schwerer Draht oder eine Sammelschiene erfordert viel mehr Wärme als ein IC-Anschluss, und die thermische Verzögerung in der Eisenspitze bedeutet, dass Reaktionszeiten von einigen Sekunden erwartet werden können, was vom Ziel abhängt.

Je nachdem, was Sie löten, ändert sich also das Anlagenmodell und Sie können einen PID nicht optimal einstellen. Eine einfache Proportionalschleife wird für jeden wahrscheinlichen realen Lötkolben angemessen funktionieren.

Die Kenntnis der Übertragungsfunktion der Anlage ist wirklich der Ausgangspunkt, bevor man versucht, den Kreis zu schließen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine Pflanze zu charakterisieren:

1. Experimentelle Daten: Bauen Sie einen Prototyp und sammeln Sie Daten auf dem Prüfstand. Wenn ich für einen Schaltwandler spreche, baue ausgewählte Komponenten zusammen und charakterisiere seine Steuer-Ausgangs-Dynamik. Sie müssen identifizieren, was die Steuervariable ist (das Tastverhältnis$D$in diesem Beispiel) und was ist die Ausgabevariable ($V_{out}$die Ausgangsspannung). Die dynamische Analyse wird normalerweise mit einem Frequenzganganalysator (FRA) durchgeführt, der die Übertragungsfunktion aufzeichnet, indem er die Regelgröße der Anlage anregt$D$an verschiedenen Frequenzpunkten, während die in der Ausgangsvariablen beobachtete Größe und Phase berechnet und gespeichert werden$V_{out}$: Sie erhalten einen Bode-Plot der Anlage,$H(s)=\frac{V_{out}(s)}{D(s)}$.

2. Simulation: Sie haben ein Modell Ihres Systems und reichern es mit parasitären Elementen an, um seine Betriebsumgebung originalgetreu zu reproduzieren. Für einen Schaltwandler bedeutet dies, ein Modell des Schaltkerns zu nehmen und parasitäre Elemente wie Kondensator- und Induktor-Ersatzwiderstände (ESR, jeweils gekennzeichnet$r_C$Und$r_L$) oder MOSFET- und Dioden-Widerstandstropfen usw., um ein Computermodell der Anlage zu erstellen. Sie beginnen mit dem einfachsten Modell und steigern die Komplexität, je nachdem, wie viele Details Sie benötigen. Dies ist normalerweise ein iterativer Prozess: Sie müssen die Ergebnisse Ihres Modells mit den Prüfstandsdaten vergleichen, bevor Sie das Modell validieren. Sobald dies erledigt ist, können Sie die Analyse im Computer ausführen (Charakterisierung der Übertragungsfunktion von der Steuerung zum Ausgang der Anlage) und sogar die Schleife schließen, bevor Sie die Schaltung auf dem Prüfstand reproduzieren.

3. Analytische Analyse: Hierbei handelt es sich um einen rein mathematischen Ansatz, bei dem Sie von einer nichtlinearen Gleichung ausgehen, die die Übertragungsfunktion von der Steuerung zum Ausgang beschreibt (möglicherweise auch aus Prüfstandsdaten erhalten) und diese um einen Arbeitspunkt herum linearisieren. Daraus können Sie dessen Kleinsignaldynamik entnehmen und auf die richtige Kompensationsstrategie schließen. Der wichtige Punkt hier ist, die Übertragungsfunktion in einem Format mit niedriger Entropie zu organisieren, was bedeutet, dass Sie die Gleichung so faktorisieren, dass Pole, Nullstellen und Verstärkungen (oder Dämpfungen) klar organisiert sind. Auf diese Weise können Sie identifizieren, welches Element in der Pflanze einen Pol oder eine Null beisteuert, und verstehen, wie sich dieses Element in Temperatur, Produktion usw. bewegen wird, und sehen, wie die gesamte Reaktion beeinflusst wird. Dann konstruieren Sie den Kompensator so, dass diese Übeltäter ($r_C$Und$r_L$zum Beispiel) beeinträchtigen nicht die Integrität des geschlossenen Systems, sobald es für die Produktion freigegeben wurde. Dies ist ein sehr wichtiger Aspekt, der nicht übersehen werden darf und oft ignoriert wird, wenn Menschen durch Versuch und Irrtum kompensieren.

Wie Sie lesen können, gibt es keine einzige Antwort auf Ihre Frage. Meine Erfahrung hat mich jedoch gelehrt, dass die Kombination der 3 oben genannten Punkte das Rezept für die erfolgreiche Kompensation eines bestimmten Systems ist.