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von tom_g » Sonntag 19. Juni 2011, 10:17
Guten Morgen Resistor,
ich habe Deine Aufgabe zum Anlass für einen weiteren interessanten Versuch mit ProfiLab genommen:
Frequenzmessung mit einer PLL
* eine weitere Möglichkeit zur Messung von Frequenz ist eine PLL (phase locked loop = Frequenz/Phasenregler). Diese Schaltung verwendet eine eigene veränderliche Frequenz, um der zunächst unbekannten Testfrequenz (Rührwerkdrehzahl) nachzufahren, und perfekt einzuregeln. Im eingeregelten Zustand kann das Messresultat dann vom eigenen Frequenzgenerator (VCO = voltage controlled oscillator) abgelesen werden.
Ich habe hier eine analoge PLL modelliert. d.h. über Aufsummieren/Absubtrahieren eines "Quantums" in einem Integrator entsteht eine analoge Steuerspannung für den VCO und damit eine Frequenz, welche an die Testfrequenz heranschleicht.
Der "Sensor" (FPD = Frequenz/Phasendiskriminator), welcher in der vorliegenden Ausführung beide Abweichungen, einerseits von der Frequenz, andererseits von der Phasenlage bei bereits gleicher Frequenz erkennt, sorgt bei Abweichung für das "Dosieren" der "Quanten". Das kann je nach Abweichung bedeuten, dass positive, negative, oder gar kein Quantum zum Integrator dosiert werden (Dreipunkte-Steller)
Eine PLL ist ein Regelkreis. Um Regler schnell und stabil zu machen, und um sie gleichermassen für Führungs- und Störgrössen robust zu machen, sind höhere Regeltechnik-Kenntnisse nötig. Oft reichen klassische Ansätze nicht aus, um alle Anforderungen zu erfüllen.
Um eine Annäherung an obige Anforderungen zu erzielen, habe ich den PID-Ansatz gewählt: die Grösse des Quantums beeinflusst den P-Anteil, die Abtastrate des (einfachen) Integrators den I-Anteil, und es gibt Parameter für den D-Anteil. Auf diese Weise kann der Regler zwar stabil arbeiten, aber ist alles andere als ideal, langsam und nicht vollständig kompensiert.
Das Resultat fasziniert: unbekannte Frequenzen können gemessen werden, und Echtzeitanwendungen in ProfiLab werden hiermit möglich:
Man könnte z.B. ab der 50Hz-Netzfrequenz, welche durch den LPT-Port eingelesen werden kann (Trafo, Dioden...) einen hochstabilen internen 50Hz-Muttertakt generieren. Oder: wer sich mit PLL schon beschäftigt hat, weiss, dass Frequenzmultiplikation mittels PLL möglich ist: durch Einbringen von digitalen Frequenzteilern und "Fahren" mit dem VCO auf höheren Frequenzen können frei programmierbare stabile Frequenzen in PL erzeugt werden (bezogen auf die Eingangsfrequenz)
Halt typisch bei PL: wird das Fenster mit der Maus gepackt, so stoppt die Simualtion, und der Regler wird geschüttelt (never touch a running system gilt hier sprichwörtlich)
Speziell zu erwähnen: im Projekt gibt ein Gate, welches den Regelkreis "einfriert" (d.h. er bleibt im stabilen oder metastabilen Zustand vor dem Abstellen), wenn das Rührwerk pausiert; wenn das Werk dreht, ist der Regler wieder scharf geschaltet, nun aber schon in der Nähe der erwarteten Zieldrehzahl. Möglicherweise muss die Gatezeit für den Hochfahrtransienten noch mit einem Monoflop verlängert werden.
Vielleicht hilft das Verfahren als Trick Deiner praktischen Anwendung, Du willst ja nur während der Rührphase messen und Unterschreitung einer Alarmdrehzahl feststellen.
Auch eine Bemerkung wert (vielleicht kann Abacom etwas dazu sagen ?): ich habe versucht, den VCO mit dem Modul "Takt (1Hz...1kHz), einstellbar" (heisst als Symbol auch VCO) zu realisieren. Wenn der Frequenzeingang auf dieses Modul schnell variiert, scheint das Modul nicht zu arbeiten.
Mit dem "Signalgenerator" klappt die Realsierung des VCO dann aber einwandfrei.
Einen schönen Sonntag wünscht:
Thomas
PS. nach dem Uploaden des Projekts muss vielleicht mit dem Schalter "Störgrösse" getoggelt werden, bis der Regler anläuft...
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würden mir schon reichen)
, welche einen davon befreien. 
