Regelung von Schaltnetzteil

21/03/2010 - 16:15 von michaeldre | Report spam
Hallo zusammen,

zunnàchst mal sorry für den langen Text, aber ich vermute die Infos
darin sind alle irgendwo wichtig.

Nachdem ich vor einigen Monaten hier schon mal Infos zur Berechnung
von Schaltnetzteilübertragern erhalten habe, làuft der Leistungsteil
von unserem Mopped hier so langsam. D.h. so es stellt sich die
Frage, wie wir das Teil regeln. Mal ein paar grobe Daten zu dem
Hobbyprojekt:

Gesamtleistung 10 KW, bestehend aus
4 einzelnen Vollbrücken-Gegentaktwandlern mit jeweils 2,5 KW.
Eingangsspannung 40 - 55V (-> 4 Bleiakkus),
Ausgangssollspannung 540V,
Gesamtausgangskapazitàt 1000uF.
Die einzelnen Wandler arbeiten mit 25 KHz und sind
jeweils um 1/4 Phasenversetzt, damit sich die Stromspitzen
nicht addieren.
Jeder einzelne erreicht seine 2.5 KW bei einem
Wirkungsgrad von ca. 95%.
Die PWM der vier Brücken wird mit zwei CPLDs generiert, die ihren
10 Bit Sollwert von einem Mega32 bei 16 MHz erhalten.
Der Mega bekommt auch die gemessene Ausgangsspannung und die
Einzelausgangsströme der vier Wandler geliefert und soll die
eigentliche Regelung ausführen.
Ich hoffe das sind erstmal alle relewanten Infos.

D.h. es gibt im Prinzip die zwei Aufgaben die Ausgangsspannung
konstant auf 540V zu halten und die PWM der vier
einzelnen Wandler so einzustellen, dass in jedem Wandler etwa der
selbe Strom fließt. Für nen ersten Versuch hab ich nun mal den PID
Regler aus der Appnote AVR221 programmiert und das ganze mit
einem Wandler und ner Last von nur ca. 100W getestet.
Ergebnis: Mit "bischen" Kp und bischen "Ki" regelt er zwar schon
mal auf die Sollspannung, aber ehr langsam und mit kleinem
Überschinger. Das Problem ist nun, dass von den Projektbeteiligten
eig. keiner so richtig Ahnung von Regelungstechnik hat, weshalb ich
gerne mal euch um Rat fragen würde.
Und zwar: Welcher Reglertyp ist hier überhaupt der richtige? PI? PID?
Wie findet man die Reglerparameter und in welcher Größenordnung
werden die sich vermutlich bewegen (-> optimierung der
Festkommazahlendarstellung der Rechnung)?
Die Zykluszeit bei 25 KHz sind ja 40 us, allerdings wird das
vermutlich nicht reichen um einen Durchlauf des Reglers zu
rechnen. Wir haben letztens daher alle vier Zyklen, also mit 160 us,
eine Rechnung durchlaufen lassen. Reicht das noch
oder muss da ein schnellerer Prozessor her?
Die Regleranforderungen wàren: Die Ausgangsspannung von 540 V ist
relativ fest, dafür kann sich aber der Laststrom schlagartig
àndern (z.B. von 20 runter auf 0A) und auch die Eigangsspannung ist
durch den Innenwiderstand der Batterien stark lastabhàngig.
Wichtig wàre, dass die Ausgangsspannung dabei nicht allzu stark
ansteigt, da ab 600 V die ersten Komponenten das zeitliche
segnen.
Der Ausgang dieses ersten Reglers müsste dann ja auf die vier Wandler
verteilt werden. Ich vermute, wenn da überhaupt ein Regler notwendig
ist, kann der sehr langsam sein, da sich das "Effizienzverhàltnis" ja
nicht so schnell àndern wird. Ansonsten kann man das ja vielleicht
auch erstmal statisch verteilen.

Wir haben eventuell auch vor ein paar Infos zu dem Teil im Web zu
veröffentlichen. Wenn Interesse besteht kann in den Link dann hier
auch posten.

Gruß,
Michael
 

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#1 Olaf Kaluza
21/03/2010 - 17:10 | Warnen spam
Michael Dreschmann wrote:



Die Regleranforderungen wàren: Die Ausgangsspannung von 540 V ist
relativ fest, dafür kann sich aber der Laststrom schlagartig
àndern (z.B. von 20 runter auf 0A) und auch die Eigangsspannung ist
durch den Innenwiderstand der Batterien stark lastabhàngig.



Vor diesem Hintergrund ist mir nicht so ganz klar was du ueberhaubt
regeln willst. Da du aber erwaehnt hast das es ein Elektroklo werden
soll, gehe ich mal davon aus das dir die Drehzahl wichtig ist.

Ueblich ist es dann das du zuerst mal einen Stromregler baust der den
Motorstrom einstellt. Das macht man deshalb weil der Zusammenhang
zwischen Kraft und Strom linear ist. Regelst du die Spannung ist es
nicht mehr linear und dann wird der Regler viel komplizierter.

Ueberlagert ueber diesen Stromregler koennte man dann die Drehzahl
regeln. Wobei man sich jetzt noch fragen koennte ob das ueberhaubt
notwendig ist, an meinem Motorrad stelle ich ja auch nicht die
Drehzahl ein sondern regel die selber im Kopf. :)

Dein Regler wird wohl prinzipiell ein PI Regler sein. Die Parameter
des Reglers koennte man ausrechnen wenn du genaue Daten
deiner Strecke haettest. Weil man die aber normalerweise nicht so
genau hat gibt es da auch Ueberschlagsformeln. (Ziegler Nichols, Chron
Renswick?)
In der Praxis wirst du aber wohl keinen reinrassigen PI, PID oder
sonstwas Regler verwenden sondern den anpassen muessen. So kann es z.B
sein das du je nach Arbeitspunkt andere Regelparameter
brauchst. Besonders beim anfahren, oder wenn es ein Getriebe mit Spiel
gibt. (Konstantfahrruckeln)

Olaf

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