Bachelorarbeit - Thomas Elser (Hochschule Ulm)

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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
Bachelorarbeit 4 Material und Methoden Abbildung 15: Optimierung der Regelschleife - Regelalgorithmus (PI) Somit ergibt sich ein verbessertes Blockdiagramm (vgl. 7.1.3). Die durch die Protokollierung ermittelten Periodendauern werden erneut analysiert. Mit den ergriffenen Maßnahmen wird erreicht, dass die Dauer einer Schleifeniteration nun in mehr als 98% der Durchläufe kleiner oder gleich 3ms ist. Somit kann der angestrebte Takt als erfüllt betrachtet werden. Um letztendlich eine Eignung des digitalen Aufbaus für die Aufgabe feststellen zu können, wird das Ergebnis mit der bestehenden analogen Regelung verglichen. Neben der subjektiven Einschätzung wird mit beiden Aufbauten eine Serie von Valsalva-Versuchen (vgl. 2.5) durchgeführt. Abbildung 16: Valsalva-Press-Versuch mit altem Aufbau Thomas Elser 15
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