Durchflussregler Multi-MCU

Madita vom Stein, 21.07.2023 - Abschlussbemerkung

Durch den Durchflussregler soll sich die empfohlene Durchflussrate einstellen. Für einen einfachen Espresso sollte diese bei 1 ml/s liegen [85].
Aktuell ist der Durchflussregler als PID-Regler programmiert, wobei der D-Anteil momentan gleich null ist, also ein PI-Regler vorliegt. Bei Bedarf kann ein differenzierender Anteil zusätzlich berücksichtigt, und damit auf einen PID-Regler gewechselt, werden.
Ein P-Anteil reagiert ohne Verzögerung auf den Regelfehler; hinterlässt aber bleibende Abweichungen.
Der integrative Anteil eines PID-Reglers sorgt für stationäre Genauigkeit; verzögert die Regelung jedoch.
Durch den D-Anteil wird die Wahl eines größeren kP-Faktors ermöglicht, da das System weniger schnell zum Schwingen beginnt.
Die quantitativen Ziele für die Einschwingdauer und Überschwinger sind festzulegen. Der Regler soll stationär eine Abweichung kleiner gleich +-0,1 ml/s aufweisen [85].
Zum Erreichen dieser Ziele sollen kP-, kI- und kD-Faktoren, beziehungsweise sinnvolle Kombinationen eben dieser, optimiert werden. Ein von uns vorgeschlagener Lösungsansatz ist, den Durchflussverlauf (Massen- bzw. Volumenstrom) über der Zeit mittels der Ziegler und Nichols Methode auszuwerten, und so mögliche Kombinationen der Reglerparameter zu bestimmen. Der Durchflussverlauf ergibt sich aufgrund von Eingangssprüngen, also Sprüngen der Ansteuerspannung der Pumpe. Diese liegt im Bereich von 0 - 5000 mV. Zu beachten ist dabei der zur Pumpe parallel geschaltete Bypass, durch den der Maximaldruck im System limitiert werden kann. Es gilt zu prüfen, ob dieser Bypass veränderlich sein soll oder nicht. Der Durchfluss wird mittels einer Durchflussmessung hinter Pumpe und Bypass festgestellt. Der grundlegende Gedanke dieses Ansatzes ist in nebenstehender Abbildung visualisiert.

Armin Rohnen, 19.06.2023

Der Regler soll durch Verbesserung der Messwerte schneller gemacht werden. Des Weiteren müssen die Reglerverstärkungen ermittelt werden.

Armin Rohnen, 16.02.2023

Auf Basis der Abschlussarbeit von Jan Budnick [85] bzw. des Durchflussreglers (Labor) ist für die Multi-MCU-Elektronik der Durchflussregler zu realisieren. Dabei ist zu beachten, dass die Pumpenteuerung auf die Steuerspannung 0 bis 5 V angepasst wurde.