Bachelorarbeit - Thomas Elser (Hochschule Ulm)

Bachelorarbeit
4 Material und Methoden
Um einen solchen Counter zu erhalten, muss die USB-Messkarte gegen eine PCI-Steckkarte getauscht
werden, die nach Angaben im Datenblatt das Timing unterstützt. Abbildung 13 zeigt die
Konfiguration der Zeitsteuerung beim Aufruf der Schleife. Im Zuge der Optimierung wird weiterhin
nach den rechenintensivsten Prozessen im Programmablauf gesucht. Dabei stellt sich heraus,
dass die grafische Anzeige (Signalverlaufskurve) die regelmäßig getaktete Ausführung der Schleife
behindert. Auch Eingriffe in das Programm während der Ausführung im Zusammenhang mit dieser
Verlaufskurve (Betätigen der Bildlaufleisten, Verschieben des Anzeigefensters, Änderung der
Skalierung) haben eine Nichteinhaltung der angestrebten Periodendauer zur Folge. Zunächst werden
deshalb diese Optionen deaktiviert bzw. gesperrt, eine Einstellung vor Beginn der Messungen
wird als ausreichend bewertet. Um die grafische Anzeige weniger rechenintensiv zu gestalten,
wird diese vom reinen Messvorgang abgekoppelt und in eine separate Schleife verlegt (Takt:
10Hz). Die Kommunikation zwischen den beiden zu Beginn jeder Messung synchronisierten Schleifen
wird über einen Puffer nach dem „First-In First-Out“ (FIFO-) Prinzip eingerichtet. Während der
Messung im möglichst schnellen Takt wird der Puffer gefüllt. Die langsamer laufende Anzeigeschleife
stellt (mit niedriger Priorität als die Messung) mehrere Werte gleichzeitig im Verlaufsdiagramm
dar und leert somit den Puffer wieder (siehe Abb. 14). Der Anzeigeschleife wird ein separater
Counter der PCI-Karte zugewiesen.
Abbildung 14: Optimierung der Regelschleife - Puffer nach dem „FIFO“-Prinzip
• Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Gestaltung des Regelalgorithmus. Der verwendete PID-Block wird
als ungeeignet bewertet. Einerseits scheint er für den erwünschten Zweck überdimensioniert
(Differentialanteil wird nicht benötigt), andererseits sind die intern ablaufenden Vorgänge
schlecht zu überschauen und zu verstehen. Weiterhin werden die Anteile von Proportional- und
Integralglied in multiplikativer Form miteinander verknüpft, weshalb ein Betrieb als reiner P- oder
I-Regler nicht möglich ist. Dies wäre jedoch zur Ermittlung sinnvoller Einstellgrößen von Vorteil.
Deshalb wird ein eigener, möglichst auf die Grundfunktionen reduzierter PI-Regelalgorithmus
programmiert (siehe Abb. 15). Die Verknüpfung der Anteile erfolgt hierbei additiv. Zunächst wird
durch Subtraktion die Regelabweichung gebildet. Die Multiplikation dieses Signals mit dem eingegebenen
Proportionalfaktor ergibt das P-Glied. Zur Ermittlung des I-Glieds wird das Signal mit dem
Kehrwert der Integral-Zeitkonstante T i sowie der Diskretisierungszeit dt multipliziert und anschließend
über die Zeit integriert. Am Ende werden die Anteile addiert, der Ausgangswert des Reglers
begrenzt und das Ergebnis zur Übertragung auf die Regelstrecke invertiert. Als zusätzliche Funktion
kann die Integralsumme per Knopfdruck zurückgesetzt werden.
Thomas Elser 14