Systembestimmung eines Pelletgrills - Versionsgeschichte

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-02-02T16:42:09Z

Lösung der Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 2. Februar 2015, 18:42 Uhr
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	Die Bearbeitung der Projektarbeit soll im Rahmen des sechsten Fachsemesters erfolgen. Um anfänglich eine geeignete Übersicht über den Verlauf der Arbeiten zu bekommen, wurde ein geeigneter Projektplan erstellt. Meilensteine dienen dazu, selbstgesetzte Termine und Fristen ordnungsgemäß einzuhalten und eine zeitliche Orientierung zu bekommen.		Die Bearbeitung der Projektarbeit soll im Rahmen des sechsten Fachsemesters erfolgen. Um anfänglich eine geeignete Übersicht über den Verlauf der Arbeiten zu bekommen, wurde ein geeigneter Projektplan erstellt. Meilensteine dienen dazu, selbstgesetzte Termine und Fristen ordnungsgemäß einzuhalten und eine zeitliche Orientierung zu bekommen.

	[[Datei:Projektplan_H.png\|200px\|thumb\|left\|~~Schemazeichnung~~ Pelletgrill]]		[[Datei:Projektplan_H.png\|200px\|thumb\|left\|Porjektplan Systembestimmung Pelletgrill]]

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-13T13:32:16Z

Lösung der Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2015, 15:32 Uhr
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	'''Fazit'''		'''Fazit'''

			Zusammenfassend ist zu bemerken, dass die durchgeführten Arbeiten einen umfassend vertiefenden Einblick in die Systemtheorie, sowie in die Regelungstechnik, gebracht haben. Das vorhandene reale System konnte identifiziert und anschließend mathematisch beschrieben werden. Außerdem wurde es weiterführend simuliert und mit Hilfe der Simulation ein Regler ausgewählt und bestimmt. Der Vergleich mit dem realen System zeigt, dass die durchgeführten Herleitungen, Berechnungen und Simulationen das System Pelletgrill charakterisieren konnten, sodass die zentrale Aufgabenstellung dieser Projektarbeit als erfüllt betrachtet werden kann. Das reale System lässt sich durch die Grundlagen der Systemtheorie/Regelungstechnik beschreiben.
			Es ist jedoch zu beachten, dass der Pelletgrill lediglich näherungsweise den mathematischen Beschreibungen folgt. Schwankungen und Toleranzen sind deutlich zu erkennen, jedoch hat die Simulation als Abbild des Systems zur Vereinfachung der Arbeit mit dem System ein nutzbares Ergebnis geliefert. Der Regler zeigt eine entsprechend angemessene Regelgüte.
			Zudem wird die Auslegung des Reglers durch die Möglichkeit der Simulation eindeutig erleichtert. Die Erprobung von Reglerparametern nimmt in der Simulation nur wenige Sekunden in Anspruch, wobei ein Testlauf am realen System mehrere Stunden in Anspruch nimmt. Es ist außerdem zu bemerken, dass die gelehrten Inhalte der Vorlesung Mess- und Regelungstechnik während der Projektarbeit praktisch angewendet werden konnten. Diese Tatsache ist ein Beispiel für die praktischen Anteile des Studiums der Mechatronik an der Hochschule Hamm-Lippstadt.

	== Anforderung ==		== Anforderung ==

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-13T13:29:23Z

Lösung der Aufgabenstellung

@@ Zeile 67: / Zeile 67: @@
 Betrachtet man die Ladekurve eines RC-Gliedes, so ist zu erkennen, dass es sich um eine Asymptote handelt, die sich einem stationären Wert annähert. Es ist deutlich zu sehen, dass es sich beim RC-Glied um ein PT1-Übertragungsglied handelt. Zu Vergleich betrachtet man die entsprechende Sprungantwort des Pelletgrills.
-[[file:Kurven_RC-GRILL.png|Vergleich Ladekurve Kondensator/Sprungantwort Pelletgrill]]
+[[file:Kurven_RC-GRILL.png|400px|thumb|left|Vergleich Ladekurve Kondensator/Sprungantwort Pelletgrill]]
 Deutlich zu erkennen ist hier ebenfalls die asymptotische Annäherung an einen stationären Endwert. Die hochfrequenten Schwingungen der Kurve sind auf das Rauschen des Sensors zurückzuführen. Die Ähnlichkeit zur Ladekurve des Kondensators ist deutlich ersichtlich. Es ist jedoch auch eine deutliche Abweichung zu erkennen. Der Pelletgrill besitzt eine eindeutige Totzeitreaktion. Es ist demnach zu vermuten, dass das PT1-Glied mit dem Totzeitglied T1 kombiniert ist und ein PT1T1-Übertragungsglied vorliegt. Die Übertragungsfunktion ist durch folgende Gleichungen beschrieben:
 [[file:Ü-fkt.png|Übertragungsfunktionen Pelletgrill]]
 '''Simulation des Systems'''
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 Die Regelung des Systems kann nun simuliert werden. Um passende Parameter zu finden, kann mit dem Simulink PID-Controller eine automatische Ermittlung erfolgen. Die Parameter werden nach den individuellen Ansprüchen des Benutzers berechnet und ausgegeben. Die berechneten Parameter werden in den Regelkreis eingegeben, sodass das Systemverhalten begutachtet werden kann.
-Es ist zu sehen, dass der Anstieg in der Simulation
+Deutlich zu erkennen ist, dass die Regelgröße sich dem Sollwert allmählich annähert und kein großer Überschwinger entsteht. Der stationäre Endwert stellt sich im Bereich von Tsoll = 110 °C ein, sodass sich das System im ausgeregelten Zustand befindet. Der Regler erfüllt somit seinen Zweck.
-[[file:Vergleich_Regelung_110.png|Vergleich Regelung/Real]]
+Vergleicht man das reale Regelverhalten mit dem simulierten, so ist zu bemerken, dass der Anstieg in der Simulation deutlich steiler ist. Das kann durch die  träge Verbrennung der Pellets im unteren Temperaturbereich bei kleiner Flamme zu erklären sein. Zudem ist zu bemerken, dass keine deutliche Totzeit zu erkennen ist. Diese Abweichung kann auf eine Schwankung zurückzuführen sein, welche durch äußere Einflüsse bedingt ist. Dazu zählen Windstöße, welche Wärme durch Undichtigkeiten im Grillgehäuse abführen kann, oder auch Sonneneinstrahlung, welche eine Temperaturerhöhung hervorruft. Insgesamt ist das Verhalten des Reglers aber durchaus als ausgeregelt zu bewerten.
 == Anforderung ==

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-13T13:21:28Z

Lösung der Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2015, 15:21 Uhr
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	[[file:Modell_Simu.png\|Simulinkmodell Pelletgrill]]		[[file:Modell_Simu.png\|Simulinkmodell Pelletgrill]]

			Die Regelung des Systems kann nun simuliert werden. Um passende Parameter zu finden, kann mit dem Simulink PID-Controller eine automatische Ermittlung erfolgen. Die Parameter werden nach den individuellen Ansprüchen des Benutzers berechnet und ausgegeben. Die berechneten Parameter werden in den Regelkreis eingegeben, sodass das Systemverhalten begutachtet werden kann.
			Es ist zu sehen, dass der Anstieg in der Simulation
			[[file:Vergleich_Regelung_110.png\|Vergleich Regelung/Real]]

	== Anforderung ==		== Anforderung ==

Alexander Haneke am 13. Januar 2015 um 13:08 Uhr

2015-01-13T13:08:48Z

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2015, 15:08 Uhr
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	Um das System am PC zu simulieren, ist es erforderlich, ein Modell in Simulink anzulegen. Dieses beinhaltet die drei Übertragungsfunktionen, sowie einen Schalter, der zwischen den Temperaturbereichen mit Offset schaltet.		Um das System am PC zu simulieren, ist es erforderlich, ein Modell in Simulink anzulegen. Dieses beinhaltet die drei Übertragungsfunktionen, sowie einen Schalter, der zwischen den Temperaturbereichen mit Offset schaltet. Zudem wurde eine Rückführung implementiert, im einen geschlossenen Regelkreis zu simulieren.
	[[file:Modell_Simu.png\|Simulinkmodell Pelletgrill]]		[[file:Modell_Simu.png\|Simulinkmodell Pelletgrill]]


	== Anforderung ==		== Anforderung ==

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-13T12:30:59Z

Lösung der Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 13. Januar 2015, 14:30 Uhr
Zeile 72:		Zeile 72:

	[[file:Ü-fkt.png\|Übertragungsfunktionen Pelletgrill]]		[[file:Ü-fkt.png\|Übertragungsfunktionen Pelletgrill]]

			'''Simulation des Systems'''


			Um das System am PC zu simulieren, ist es erforderlich, ein Modell in Simulink anzulegen. Dieses beinhaltet die drei Übertragungsfunktionen, sowie einen Schalter, der zwischen den Temperaturbereichen mit Offset schaltet.
			[[file:Modell_Simu.png\|Simulinkmodell Pelletgrill]]

	== Anforderung ==		== Anforderung ==

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-13T12:07:25Z

Lösung der Aufgabenstellung

@@ Zeile 30: / Zeile 30: @@
 Der Pelletgrill erzeugt seine Wärmeenergie über die Verbrennung von Holzpellets, wie auch Öfen und Heizkessel, die das gleiche Prinzip nutzen. Die Pellets werden über eine integrierte Förderschnecke (4), die von einem Elektromotor (3) angetrieben wird, aus dem Pelletbehälter (2) in eine Brennkammer (5) gefördert. In der Brennkammer werden die Pellets beim Startvorgang von einem elektrischen Glühstab (10) entzündet, sodass eine Flamme entsteht. Der nötige Sauerstoff zur Verbrennung wird durch einen Axiallüfter (6) zugeführt. Die Flamme erhitzt die Luft im Garraum (1), welche durch ein Leitblech (7) zur Zirkulation gebracht wird. Das Grillgut, welches auf dem Grillrost (8) ruht, wird so durch den Umlufteffekt gleichmäßig gegart. Die Temperatur wird in Inneren des Garraums durch einen Temperatursensor (9) erfasst.
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 [[Datei:Projektplan_H.png|200px|thumb|left|Schemazeichnung Pelletgrill]]
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 Das System Pelletgrill ist prinzipiell als Energiespeicher zu betrachten. Wenn das Grillgehäuse als Wärmespeicher betrachtet wird, ist er mit einem elektrischen Ladungsspeicher vergleichbar. Dieser ist im Allgemeinen als Kondensator bekannt. Der thermische Widerstand der Luft im Inneren des Gehäuses kann ebenso durch ein elektrisches Pendant dargestellt werden: Der elektrische Widerstand. Das Systemmodell, auf das der Pelletgrill zurückführbar ist, ist demnach ein RC-Glied.
-Betrachtet man die Ladekurve eines RC-Gliedes, so ist zu erkennen, dass es sich um eine Asymptote handelt, die sich einem stationären Wert annähert. Es ist deutlich zu erkennen, dass es sich beim RC-Glied um ein PT1-Übertragungsglied handelt.
+Betrachtet man die Ladekurve eines RC-Gliedes, so ist zu erkennen, dass es sich um eine Asymptote handelt, die sich einem stationären Wert annähert. Es ist deutlich zu sehen, dass es sich beim RC-Glied um ein PT1-Übertragungsglied handelt. Zu Vergleich betrachtet man die entsprechende Sprungantwort des Pelletgrills.
 == Anforderung ==

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-12T14:42:42Z

Lösung der Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 12. Januar 2015, 16:42 Uhr
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	''Funktionsweise des Pelletgrills''		''Funktionsweise des Pelletgrills'' [[Datei:Schemazeichnung_Pelletgrill_Prototyp.png\|400px\|thumb\|left\|Schemazeichnung Pelletgrill]]

	Der Pelletgrill erzeugt seine Wärmeenergie über die Verbrennung von Holzpellets, wie auch Öfen und Heizkessel, die das gleiche Prinzip nutzen. Die Pellets werden über eine integrierte Förderschnecke (4), die von einem Elektromotor (3) angetrieben wird, aus dem Pelletbehälter (2) in eine Brennkammer (5) gefördert. In der Brennkammer werden die Pellets beim Startvorgang von einem elektrischen Glühstab (10) entzündet, sodass eine Flamme entsteht. Der nötige Sauerstoff zur Verbrennung wird durch einen Axiallüfter (6) zugeführt. Die Flamme erhitzt die Luft im Garraum (1), welche durch ein Leitblech (7) zur Zirkulation gebracht wird. Das Grillgut, welches auf dem Grillrost (8) ruht, wird so durch den Umlufteffekt gleichmäßig gegart. Die Temperatur wird in Inneren des Garraums durch einen Temperatursensor (9) erfasst.		Der Pelletgrill erzeugt seine Wärmeenergie über die Verbrennung von Holzpellets, wie auch Öfen und Heizkessel, die das gleiche Prinzip nutzen. Die Pellets werden über eine integrierte Förderschnecke (4), die von einem Elektromotor (3) angetrieben wird, aus dem Pelletbehälter (2) in eine Brennkammer (5) gefördert. In der Brennkammer werden die Pellets beim Startvorgang von einem elektrischen Glühstab (10) entzündet, sodass eine Flamme entsteht. Der nötige Sauerstoff zur Verbrennung wird durch einen Axiallüfter (6) zugeführt. Die Flamme erhitzt die Luft im Garraum (1), welche durch ein Leitblech (7) zur Zirkulation gebracht wird. Das Grillgut, welches auf dem Grillrost (8) ruht, wird so durch den Umlufteffekt gleichmäßig gegart. Die Temperatur wird in Inneren des Garraums durch einen Temperatursensor (9) erfasst.




			''Projektplanung''

			Die Bearbeitung der Projektarbeit soll im Rahmen des sechsten Fachsemesters erfolgen. Um anfänglich eine geeignete Übersicht über den Verlauf der Arbeiten zu bekommen, wurde ein geeigneter Projektplan erstellt. Meilensteine dienen dazu, selbstgesetzte Termine und Fristen ordnungsgemäß einzuhalten und eine zeitliche Orientierung zu bekommen.

			[[Datei:Projektplan_H.png\|200px\|thumb\|left\|Schemazeichnung Pelletgrill]]


			'''Systembestimmung'''

			Das System Pelletgrill ist prinzipiell als Energiespeicher zu betrachten. Wenn das Grillgehäuse als Wärmespeicher betrachtet wird, ist er mit einem elektrischen Ladungsspeicher vergleichbar. Dieser ist im Allgemeinen als Kondensator bekannt. Der thermische Widerstand der Luft im Inneren des Gehäuses kann ebenso durch ein elektrisches Pendant dargestellt werden: Der elektrische Widerstand. Das Systemmodell, auf das der Pelletgrill zurückführbar ist, ist demnach ein RC-Glied.
			Betrachtet man die Ladekurve eines RC-Gliedes, so ist zu erkennen, dass es sich um eine Asymptote handelt, die sich einem stationären Wert annähert. Es ist deutlich zu erkennen, dass es sich beim RC-Glied um ein PT1-Übertragungsglied handelt.

	== Anforderung ==		== Anforderung ==

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-12T14:13:47Z

Lösung der Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 12. Januar 2015, 16:13 Uhr
Zeile 25:		Zeile 25:
	Da der Garraum geschlossen ist, kann dieser als luftgefüllter Raum angesehen werden. Ziel des Reglers ist es, die Temperatur der Luft in diesem Raum auf einen Wert zu erhitzen und diese Temperatur über einen langen Zeitraum zu erhalten.		Da der Garraum geschlossen ist, kann dieser als luftgefüllter Raum angesehen werden. Ziel des Reglers ist es, die Temperatur der Luft in diesem Raum auf einen Wert zu erhitzen und diese Temperatur über einen langen Zeitraum zu erhalten.
	In dieser Projektarbeit soll nun der Garraum des Pelletgrills als regelungstechnisches System betrachtet werden. Diesem System wird Energie in Form von Wärme zugeführt, zudem gibt es Energie über das Gehäuse nach außen ab.		In dieser Projektarbeit soll nun der Garraum des Pelletgrills als regelungstechnisches System betrachtet werden. Diesem System wird Energie in Form von Wärme zugeführt, zudem gibt es Energie über das Gehäuse nach außen ab.


	''Funktionsweise des Pelletgrills''		''Funktionsweise des Pelletgrills''

Alexander Haneke: /* Lösung der Aufgabenstellung */

2015-01-12T14:13:01Z

Lösung der Aufgabenstellung

← Nächstältere Version		Version vom 12. Januar 2015, 16:13 Uhr
Zeile 26:		Zeile 26:
	In dieser Projektarbeit soll nun der Garraum des Pelletgrills als regelungstechnisches System betrachtet werden. Diesem System wird Energie in Form von Wärme zugeführt, zudem gibt es Energie über das Gehäuse nach außen ab.		In dieser Projektarbeit soll nun der Garraum des Pelletgrills als regelungstechnisches System betrachtet werden. Diesem System wird Energie in Form von Wärme zugeführt, zudem gibt es Energie über das Gehäuse nach außen ab.

			''Funktionsweise des Pelletgrills''

			Der Pelletgrill erzeugt seine Wärmeenergie über die Verbrennung von Holzpellets, wie auch Öfen und Heizkessel, die das gleiche Prinzip nutzen. Die Pellets werden über eine integrierte Förderschnecke (4), die von einem Elektromotor (3) angetrieben wird, aus dem Pelletbehälter (2) in eine Brennkammer (5) gefördert. In der Brennkammer werden die Pellets beim Startvorgang von einem elektrischen Glühstab (10) entzündet, sodass eine Flamme entsteht. Der nötige Sauerstoff zur Verbrennung wird durch einen Axiallüfter (6) zugeführt. Die Flamme erhitzt die Luft im Garraum (1), welche durch ein Leitblech (7) zur Zirkulation gebracht wird. Das Grillgut, welches auf dem Grillrost (8) ruht, wird so durch den Umlufteffekt gleichmäßig gegart. Die Temperatur wird in Inneren des Garraums durch einen Temperatursensor (9) erfasst.

	== Anforderung ==		== Anforderung ==