Qualität und Kosten werden planbar

Die Drehzahlregelung eines Motors ist nur eines von vielen Beispielen für die Einsatzmöglichkeiten der Tools ecCST und ecICP

Die X20-Steuerungsplattform ermöglicht kombiniert mit „ B&R Automation Studio Target for Simulink" die automatische Einbindung eines Software-Reglers

Mit dem Algorithmus ecCST steht ein leistungsfähiges Werkzeug für die Regelung schwieriger Strecken zur Verfügung

Der Aufbau einer Regelung wird oft unter Einsatz teurer Arbeitszeit von Experten vorgenommen. Dabei sind die Qualität und der Zeitpunkt der Fertigstellung nicht genau vorhersehbar und stellen somit wesentliche Unsicherheitsfaktoren dar. Dies erschwert die Integration von Aufbau und Parametrierung einer Regelung in einen strukturierten Entwicklungsprozess. Durch die automatische Einbindung in die Zielhardware sowie eine automatisierte Anpassung an die Regelungsaufgabe kann dieses Problem behoben werden.

Unter Einsatz der X20-Plattform kombiniert mit „B&R Automation Studio Target for Simulink" wird die automatische Einbindung eines Software-Reglers möglich. Passend hierzu wird nachfolgend erläutert, wie sich die Parametrierung dabei vollautomatisch durchführen lässt.

Das Unternehmen ExpertControl bietet mit ecCST ein leistungsfähiges Werkzeug zur Realisierung selbst schwierigster Regelungsaufgaben. Das Tool ist ein flexibler Software-Regler, dessen Struktur und Parameter erst zur Laufzeit festgelegt werden. Neben herkömmlicher Regelung bietet ecCST interessante Zusatzfunktionen, wie ruckfreies Umschalten zwischen verschiedenen Parametersätzen, optimales Nachfahren von Sollwertrampen, Eliminierung von driftenden Signalen, einen integrierten Beobachter und die Behandlung von Haftreibungseffekten. Dadurch eignet sich ecCST für eine Vielzahl von Regelungsaufgaben und es weist zu jeder Zeit die Funktionen der aktuell benötigten Struktur auf.

Rasche Berechnung der Struktur

Mindestens genauso wichtig wie die Funktion ist die Möglichkeit der einfachen Parametrierung. Erst dadurch entscheidet sich, ob ein Regler schnell in eine Anwendung integriert und bei veränderten Systembedingungen leicht angepasst werden kann. ExpertControl bietet dafür das Parametriertool ecICP, das automatisch anhand von Messdaten des ungeregelten Systems die Parameter für ecCST berechnet. Unter automatischer Parametrierung verstehen viele Hersteller von Software-Reglern eine Anpassung der Führungsgröße an einen bestehenden Algorithmus, ein ständiges Optimieren der Parameter basierend auf nicht-praxisnahen „optimalen" Qualitätskriterien oder lediglich eine automatische Importfunktion der Parameter. Im Gegensatz dazu errechnet ecICP nicht nur die sollwert- und störungsoptimalen Reglerparameter, sondern auch die Struktur – und das lediglich anhand von Messdaten des Systems. Die kompletten Berechnungen laufen ohne Nutzerinteraktion innerhalb weniger Sekunden ab. Die ermittelten Parameter werden an den Algorithmus ecCST übergeben und somit wird ein optimaler Regler für die gegebene Aufgabe erzeugt.

Die passende Basis für die Regelung

Die Kombination von automatischer Reglergenerierung mit ecICP auf einem Hostrechner und der Einsatz der gefundenen Para- meter mit ecCST auf einem echtzeitfähigen Target-Rechner kann in Verbindung mit ei-ner geeigneten Hardware-Plattform genutzt werden, um eine Vielzahl von Prozessgrößen zu regeln. Als passende, echtzeitfähige Plattform bietet sich die X20-Reihe von B&R an. Sie ermöglicht den Einsatz einer Vielzahl verschiedener I/Os. Darüber hinaus kann mit „B&R Automation Studio Target for Simulink" die automatische Codegenerierung aus Simulink genutzt werden, um bestehende Simulink-Modelle in optimierten Quellcode für die X20-Plattform umzusetzen. Auf diese Weise ist der komplette Prozess vom ungeregelten System bis zur laufenden Regelung abgedeckt.

Ein Beispiel für eine auf diese Weise entwickelte Anwendung ist die Drehzahlregelung eines Motors. Die Drehzahl wird dabei mit einem Encoder gemessen und kann mithilfe eines PWM-Signals beeinflusst werden. Der erste Schritt, d.h. die Aufnahme der Messdaten soll hier nicht weiter betrachtet werden. Diese Aufgabe kann mit den Boardmitteln von X20 und Automation Studio schnell und einfach durchgeführt werden. Als Ergebnis erhält man eine Datei, die spaltenweise das an den Motor angelegte PWM-Signal als Systemeingang sowie die sich dadurch einstellende Drehzahl als Systemausgang enthält. Diese Messdaten werden nun dem Tool zur automatischen Reglergenerierung, ecICP, übergeben. Es identifiziert selbstständig ein dynamisches Modell, welches das Verhalten der Strecke bestmöglich nachbildet. Dazu passend werden Parameter berechnet, die das Einregeln von Drehzahl-Sollwerten sowie das Ausregeln von Störungen ermöglichen. Sämtliche dabei notwendigen Berechnungen erfordern keine Kenntnisse der Theorie von Systemidentifikation oder Regelungstechnik. Der Anwender muss lediglich vorgeben, in welcher Zeit ein neuer Sollwert eingeregelt bzw. eine Störung ausgeregelt sein soll. Als Ergebnis dieser Berechnungen liegen dann die Reglerparameter vor. Diese können direkt dem Tool ecCST zur Verfü-gung gestellt werden.

Einfacher durch automatische Codegenerierung

Bevor der Algorithmus ecCST die mit ecICP gefundenen Parameter nutzen kann, muss er zuerst auf der X20-Zielhardware eingebunden werden. Normalerweise würde dazu der Quellcode von Hand in ein Automa-tion-Studio-Projekt eingebunden werden. Diese Tätigkeit kann mithilfe von „B&R Automation Studio Target for Simulink" automatisiert und damit bedeutend vereinfacht und beschleunigt werden. Ausgangspunkt ist ein Simulink-Modell, in dem der ecCST-Regler mit den I/Os der X20-Plattform verbunden wird. Aus diesem Modell wird auf Knopfdruck optimierter Quellcode erzeugt, welcher in das Automation-Studio-Projekt integriert und auf die SPS übertragen wird. Der Regler liest nun die vorbereiteten Parameter ein und beginnt zu arbeiten.

Falls eine Änderung des Reglers notwendig ist, weil sich beispielsweise die Charakteristik der Strecke ändert oder andere Anforderungen an die Geschwindigkeit bestehen, müssen lediglich die Parameter mit ecICP neu erzeugt werden. Ein erneutes Codegenerieren sowie Kompilieren der gesamten Anwendung ist nicht notwendig. Im Gegensatz zu traditionellen, theoretischen Verfahren errechnet ecICP die störgrößen- und sollwertoptimalen Parametersätze innerhalb von Sekunden. Somit sind die Unsicherheitsfaktoren der nicht planbaren Dauer und Qua-lität mit dem Einsatz von ecICP beseitigt. Durch die integrierte Systemidentifikation ist zudem eine effiziente Möglichkeit gegeben, während der Entwicklungsphase reale Systeme innerhalb von Sekunden in Gleichungen zu beschreiben.

Nach Informationen der Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik Ges.m.b.H. (B&R) in Eggelsberg/A ( www.br-automation.com )