Temperatura costante

[Vale_ele]

ok! Grazie mille! Ancora non so... ma ho l'andamento della resistenza (e quindi della tensione) al variare della temperatura. Io in realtà devo però solo progettare il controllore in digitale, scrivere il circuito in vhdl o verilog e quindi inserirlo nello schema utilizzando un DAC e ADC.
Ho una resistenza in alluminio, un sensore di temperatura (un diodo)
Voglio poter mantenere la resistenza ad una temperatura intorno ai 300 gradi
Posso misurare la tensione ai capi del diodo e quindi conoscere la temperatura... la converto su 10 bit e la confronto con il valore di riferimento... il tutto va nel controllore.... ora... non ho capito bene... come funziona quindi il controllore?
Volendolo implementare in vhdl anche.. non è un banale if? controlla... se il valore è maggiore uscita è bassa, altrimenti è alta... apro e chiudo l'interruttore... non ho nemmeno bisogno di convertirla nuovamente in analogico..o meglio.. si ma non con elevata risoluzione.
A questo punto però non capisco.. a cosa mi derve il controllore PWM. Il PWM non produce degli impulsi a durata variabile? Ma io non posso scegliere a priori...
Mi dispiace esser tanto confusa...

[g.schgor]

Vale, mi stai mandando in confusione!
Mi sembra adesso di capire che in realta' tu non devi controllare la temperatura
ma solo scrivere un programma per un dispositivo che dovrebbe farlo. E' cosi'?
Inoltre questo dispositivo dovrebbe essere digitale. Giusto?

Allora si puo' immaginare di tutto.
"Immaginiamo" di avere un sensore che misuri la temperatura da 0 a 350°C,
fornendo una tensione da 0 a 5V. Allora con un ADC la convertiamo in digitale
e la paragoniamo al valore corrispondente voluto (300°C). Ricaviamo cosi'
l'errore di temperatura (che deve essere ridotto a zero dal controllore).
Ora abbiamo varie opzioni per fare questo, ad es.:

1) controllo On-Off. Fissiamo un intervallo di errore (chiamato zona morta)
e comandiamo l'inserzione della potenza riscaldante quando l'errore va al disotto
del livello inferiore e la disinseriamo quando va al disopra di quello superiore.
Tenendo conto dell'inerzia termica non dobbiamo aspettarci che la temperatura
rimanga entro questi limiti, ma se non abbiamo grandi pretese puo' funzionare.

2) controllo PI. Dato il valore numerico dell'errore, possiamo implementare l'algoritmo
del controllo proporzionale-integrale (posso fornirtelo) ed usare il risultato del calcolo
in un DAC per un controllo continuo della potenza riscaldante (sara' poi compito
dell'attuatore di potenza realizzarlo).
Teoricamente ed in condizioni stazionarie, l'errore di temperatura dovrebbe in questo
caso rimanere = 0

Che ne dici?

[Vale_ele]

Perfetto! Grazie mille!!!!! è esattamente ciò che devo fare...
allora... io vorrei provare ad implementare entrambi... mi puoi fornire l'algoritmo del controllo proporzionale-integrale?
Se non erro il vantaggio nell'uso del controllore On/Off si ha nella maggiore semplicità.. ma si ha un continuo controllo dell'errore e un'oscillazione intorno al valore desiderato.. ma questo per me non dovrebbe essere un problema...
ora... se lo implemento in vhdl mi basta un semplice if ?
Per il PI so che è più complicato.. la funzione di trasferimento è continua e dovrei trasformarla in una a tempo discreto,... l'algoritmo che hai tu è discreto? Come ti ho già detto vorrei provare ad implementare entrambi...
ora.... supponendo di aver scritto il controllore in vhdl... mi puoi dire nei due casi come lo inserisco nel circuito che controlla la temperatura della resistenza?
Non so se ancora una volta non sono stata in grado di spiegarmi....
so cosa mettere in ingresso al controllore (la differenza tra la tensione desiderata e la tesione, digitale, misurata dal sensore), ma l'uscita? mi manca proprio questo passo... l'uscita dovrebbe, equivalentemente come per l'uscita del comparatore, comandare la commutazione della potenza riscaldante (ad es. mediante un Mosfet)... ma come lo faccio? Mi puoi far vedere il circuito?
Grazie grazie grazie......
Vale

[g.schgor]

Suggerisco di andare per gradi, cominciando dal regolatore On-Off.

Sei in grado di scrivere un programma che faccia uscire un comando "1"
quando l'errore di temperatura e' superiore ad un certo livello (ad es. 10°C)
e che lo mandi a "0" quando l'errore scende sotto un altro livello (ad es. -10°C)?
(Attenzione che per creare una "zona morta" bisogna mantenere il comando
in corso fino al raggiungimento dell'altro limite).
Questo comando entrera' in un blocco (attuatore) che lo amplifichera' ad un valore
opportuno ed aggiungera' la CdT (Costante di Tempo) propria del sistema, per fornire
il segnale di retroazione (con cui calcolare l'errore)


Poi vedremo il PI.

[Vale_ele]

Ok! Per gradi... grazie mille per la pazienza...
Il programma lo so scrivere...
per valori <-10° ho 0
per valori >10° ho 1
per valori compresi tra -10 e 10 ho l'uscita attuale.

E questo riguarda la parte digitale del circuito... Mi hai poi detto che devo applicare questo segnale di controllo ad un blocco (attuatore) che lo amplifichera' ad un valore opportuno ed aggiungera' la CdT (Costante di Tempo) propria del sistema, per fornire il segnale di retroazione (con cui calcolare l'errore)
...
va bene se quindi ho questo segnale pilota un interruttore che permette o meno il passaggio di corrente verso la mia resistenza che deve riscaladarsi? Il sensore poi controllerà la tensione e quindi il segnale verrà inviato in retroazione...
L'interruttore... lo realizzo con un MOS?

Aspetto notizie per il PI....
ps. non vorrei essere ripetitiva... ma grazie mille!

[ian27177]

Ciao! hai parlato di vhdl o verilog.. intendi usare un fpga (o cpld) oppure esiste un compilatore per i microcontrollori in commercio? (solo curiosità..)
qui trovi uno schemino di esempio con un mosfet usato come regolatore di corrente e pilotato da una tensione di riferimento
viewtopic.php?t=10009
io prenderei l'uscita del DAC e la userei per controllare il mosfet al quale è connessa la resistenza.
Il PWM era stato proposto per evitare di utilizzare un DAC, infatti generando un'onda quadra con modulazione di larghezza di impulso ed un condensatore ottieni quasi una tensione costante (..quasi..è poco scientifico ma rende l'idea) che varia in funzione della durata dell'impulso, frequenza a scelta!
Non avendo bisogno di una grandissima precisione penso tu lo possa sostituire al DAC.
In sostanza
Ingresso(diodo) ->ADC-> controllo pid o on/off(fpga,cpld,uC..quello che vuoi) ->DAC o PWM ->Mosfet->uscita (resistenza)
Per esempio il controllo potrebbe far variare la tensione di uscita in funzione della distanza tra la temp. letta e la temp. desiderata. Penso che il tipo di controllo vada scelto in seguito alla valutazione delle condizioni d'uso. Capisco che tu voglia mantenere la temp. costante a 300°C ma se ci devi fare un forno per scaldare le vivande puoi tollerare anche un certo ritardo nel caso tu apra la porta.. se invece il progetto è per il forno della colonna di un DHPLC il discorso cambia molto.
Saluti, Flavio

[g.schgor]

Bene Vale.
Intendevo questo:

Vale.GIF (2.1 KiB) Osservato 5567 volte

R e' il riferimento (numerico) di temperatura (300°C)
y la temperatura misurata, e l'errore,
u il comando ("1", "0")
Il secondo blocco rappresenta il sistema (guadagno K= valore
che corrisponde alla massima temperatura per u sempre ="1",
T= CdT del sitema regolato)
Ho simulato il tutto con MathCad:

Vale1.GIF (5.68 KiB) Osservato 5568 volte

e credo che il risultato sia chiaro.

Per la conversione dall'analogico al numerico (da "s" a "z"),utilizzata
per discretizzare la retroazione,vedi il cap 22 di questo Corso:
http://www.electroportal.net/vis_resour ... orso&id=64

Qui trovi anche gli algoritmi per implementare un regolatore digitale PI
Prova a leggerlo, poi ne riparliamo.

[Vale_ele]

Perfetto!!! Grazie mille!!! Allora... provo ad implementare il controllore On/off e vedo se mi funziona!!
Leggo il capitolo... e poi ci aggiorniamo qui!!!!
Il tuo aiuto mi è stato e mi è indispensabile!!!
Grazie mille!!!!

Ps. Flavio nessun programma in particolare... descrivo il mio circuito in vhdl... poi con un programma di sintesi e quindi di place&route lo implemento..... Grazie mille anche a te! tra l'altro il riferimento sui MOS mi è davvero utile!!!

[suibaf]

Carissimo Ing. Schgör ,
seguivo questa bella discussione cercando di tirar fuori qualcosa di utile anche per me!
Se le è possibile vorrei avere dei chiarimenti:
- che cosa significa "T= CdT del sitema regolato"?
-nella formula che gha sviluppato con mathcad en+1 credo sia chairo, un+1 forse anche, ma yn+1 assolutamente no. Potrebbe spiegarmi questa formula?

Volendo implementare sul mio AT90S8515 un controllore di questo tipo, una volta definita la banda morta, mi sembra banale porare a 1 l'uscita se la semperatura scende sotto la soglia minita e portarla a zero se supera quella massima!!! Ma i controlli di temperatura hanno il problema delle sovraelongazioni che chiaramente devono essere ridotte al minimo, sia per la soglia massima che per quella minima!!! Come si risolve?
ringrazio anticipatamente

[g.schgor]

che cosa significa "T= CdT del sistema regolato"?

Mi scuso per la sigla, ma penso che trattando di regolazione automatica dovrebbe essere noto
che CdT sta per "costante di tempo" appunto del sistema regolato (e' il tempo impiegato a
raggiungere il 63% del valore finale a seguito di una variazione a gradino)

en+1 credo sia chairo, un+1 forse anche, ma yn+1 assolutamente no. Potrebbe spiegarmi questa formula?

Si tratta, come ho accennato nell'esposizione, del passaggio dal mondo analogico (trasformata
"s" di Laplace) e quello digitale (trasformata "z"), cioe' discretizzata nel tempo.
Non posso spiegare qui in due righe tale passaggio, e per questo avevo rimandato
al corso di "elaborazione numerica dei segnali" presente in questo stesso sito,
dove l'argomento e' sviluppato in dettaglio (e in forma piu' elementare possibile).

i controlli di temperatura hanno il problema delle sovraelongazioni

Anche questo era gia' stato accennato nei posts precedenti, dicendo che la regolazione On-Off
non e' il massimo della precisione, ma ha il vantaggio di essere semplice da implementare.

L'accordo con Vale_ele e' comunque di fare questo come primo passo, per passare poi
ad un controllo di tipo PI numerico, ovviamente piu' "preciso", ma anche piu' complesso.