[SAH]

Moin Anton,

bei Märklin gab einen solchen Motor: SFCM, 9000rpm bei 12V.


Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[Martin_G]

Moin Stephan-Alexander,

Ich habe mir deine Messungen zum Regelungsausmaß angesehen und mirch noch etwas auf deiner HP umgesehen.

Mir ist da eine Sache aufgefallen, die ich nicht wirklich verstehe und so auch nicht richtig nachvollziehen kann.
Du versuchst ja einen Bezug zwischen mit und ohne Regelung bei mit und ohne Last herzustellen, oder?

Was ich jetzt finden konnte - es ist ja ein Haufen Zeug was du da an Daten ermittelt hast, ist ein Zusammenhang zwischen Leerfahrten bei einer Geschwindigkeitun und bei der selben Geschwindigkeitsstufe mit Last (V1 oder V2).

Frage: Ist denn die Geschwindigkeit einer Lok bei einer FSx ohne last zunächst konstant, egal ob mit oder ohne Regelung?

Ich meine: Wenn du mit Regelung eine FS - meinetwegen 7/14 - einstellst, dann die Regelung deaktivierst (es muss dann trotzdem noch eine PWM-Ansteuerung sein), dann die Lok wieder aus dem Stand von 0 auf FS 7/14 beschleunigst, ist dann die Geschwindigkeit die von der Lok letztendlich erreicht wird gleich der vorherigen mit aktivierter Regelung?

Zitat

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Da nicht jeder Dekoder eine abschaltbare Regelung hat, brauche ich einen Bezugswert für den Motor selbst. Also Elektronik raus und den vorhandenen DC-Motor mit einer PWM ohne Regelung gemessen. Dass dabei die Geschwindigkeit bei Belastung absinkt, sollte auch wirklich jeder verstanden haben. Wie stark das Tempo gedrosselt wird, hängt von der Last und der Stärke des Motors.

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Ich meine, dass man den Betrieb mit einer reinen PWM-Ansteuerung nicht mit dem bei PWM-Ansteuerung + Regelung vergleichen kann. Denn ich gehe davon aus, dass sich bei deaktivierter Regelung auch die Form des Ansteuerungssignals gegenüber mit Regelung ändert. Ich könnte mich selbstverständlich auch irren und bei deaktivierter Regelung wird lediglich die Berechnung der P- I- D-Anteile und das Verrechnen mit der Führungsgröße ausgesetzt, sodass praktisch die Führungsgröße immer gleich der Stellgröße ist und die ganze Ansteuerung bleibt eben unverändert.
Dann müsste die Messung der gegen EMK des Motors auch bei deaktivierter Regelung stattfinden. Das Messergebnis wird lediglich zu nichts verwendet.
Wie ist das?

Nach welchen Kritärien hast du denn dann bei deiner Messung mit PWM ohne Regelung den Tastgrad eingestellt? Es sollte ja eine Vergleichbarkeit geschaffen werden?

Die von dir ermittelten Werte zeigen ein erstaunliches Verhalten. Demnach ist das Ausmaß der Regelungen ziemlich mager. Für mich wäre es interessant auch zu sehen, wie sich die Zahlen zu noch langsameren Geschwindigkeiten hin verändern. Man kann ja schon etwa erkennen, dass das Regelungsausmaß bei höheren Geschwindigkeiten abnimmt. Wie wäre es dann bei bspw. 8 bis 14 km/h ?

Zitat

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Doch mit der 60214 und Trafo ist bei keinem der vier Messpunkte ein Regelungsausmaß feststellbar.
An der Spannung kann das nicht liegen, wenn dies mit anderen Dekodern auch so ist.

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:

Zitat

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In der Praxis wurde (und wird!) stets das Analogmodell ggf. mit Relais oder Delta-Dekoder als Basis angesehen.
Dann funktioniert die Rechnung; ist aber nicht objektiv, weil verschiedene Rahmenbedingungen vorliegen.

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Absolut, das macht meines Erachtens wenig Sinn. Der Vergleich zwischen mit und ohne Regelung, muss sich schon auf die gleiche Ansteuerung beziehen, sofern man auch die Regelung untersuchen will.
Klar, für den Anwender ist das egal, den interessiert nicht, wie gut/schlecht die Regelung ausregelt, der interessiert sich dafür, ob er im Vergleich zum Analogmodell eine wirksame Regelung hat.

@Anton

Zitat

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Wie wäre es mit einen Motor der der Lokgeschwindigkeit angepasst ist und eventuell 10% höher dreht . ?
Ich denke da an Motor mit sehr geringer Losbrechspannung 1 -1.5 Volt und hohen Drehmoment . Der Rest macht das Getriebe . So braucht es keine extreme Einstellungen und Technik um ein sanftes Anfahren und erreichen der Vmax.

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Hallo, ja ein Motor mit sehr geringem "Losbrechmoment" und einer relativ hohen Energiedichte - also hohes Drehmoment entsprechend dem Motorvolumen - gibt es. Coreless Motoren wie die Glockenanker von Faulhaber, Maxon, Escap, Athlonix, Canon, usw. liefern diese Eigenschaften. Diese besitzen ein relativ hohes Drehmoment, keine Rastung und bringen im vom Stillstand zum Loslaufen ein Drehmoment von 5 bis 15mNm auf (so ungefähr bei der Moba, je nach Größe und Typ). Man sollte sich dann aber bei der Ansteuerung dieser Motoren auch die Mühe machen, dies entsprechend "ihrer Natur" zu gestalten.
Das zusammen mit dem deutlich höheren Preis dieser Motoren, ist eine Hürde, die man im Modellbahnsektor wohl schwer gehen will/kann.

[SAH]

Moin Martin,

vielen Dank für Deine Rückmeldung!

Zitat

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Mir ist da eine Sache aufgefallen, die ich nicht wirklich verstehe und so auch nicht richtig nachvollziehen kann.
Du versuchst ja einen Bezug zwischen mit und ohne Regelung bei mit und ohne Last herzustellen, oder?
Was ich jetzt finden konnte - es ist ja ein Haufen Zeug was du da an Daten ermittelt hast, ist ein Zusammenhang zwischen Leerfahrten bei einer Geschwindigkeitun und bei der selben Geschwindigkeitsstufe mit Last (V1 oder V2).
Frage: Ist denn die Geschwindigkeit einer Lok bei einer FSx ohne last zunächst konstant, egal ob mit oder ohne Regelung?
Ich meine: Wenn du mit Regelung eine FS - meinetwegen 7/14 - einstellst, dann die Regelung deaktivierst (es muss dann trotzdem noch eine PWM-Ansteuerung sein), dann die Lok wieder aus dem Stand von 0 auf FS 7/14 beschleunigst, ist dann die Geschwindigkeit die von der Lok letztendlich erreicht wird gleich der vorherigen mit aktivierter Regelung?

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Bei Dekodern, denen ich die Regelung ausschalten kann, wird das Leerlauftempo größer, die unter Last mal so mal so. Der Sauberkeit halber sollte das berücksichtigt werden. Für die Anwendung leider nur von geringer Relevanz; zudem kann die Regelung nicht bei allen Dekodern deaktiviert werden. Daher habe ich nur auf den ersten Blick unterschiedliche Vorraussetzungen. Meine Rechnung des Regelungsausmaßes ist ein relatives Maß, bei dem die Vorgabe die selbe Fahrstufe ist. Jeder Dekoder hat individuelle Reserven "hardcoded" und wird daher unterschiedlich reagieren. Gehe ich von gleicher Geschwindigkeit unter Leerlauf aus, dann ist es noch viel schlimmer.
Die Verhältniszahlen allein nur von einem Dekoder sind vorerst nur Hausnummern, die Nachbarhäuser kommen dann noch. Siehe unten.
Zu Deiner Frage nach der Geschwindigkeit und deren Konstanz:
Ohne Regelung ist das Tempo größer als mit Regelung bei ansonsten gleichen CV-Werten. Das harmoniert auch mit der Theorie, weil jede Regelung eine Reserve braucht, damit sie überhaupt funktionieren kann. Der Unterschied beträgt ca. 20-40%, je nach Dekoder. In Bezug auf die Konstganz der Geschwindigkeit habe ich selbstverständlich diese bei jedem Testdurchlauf auch bestimmt. Die Ergebnisse in Prozent werden gelistet. Diese findest Du unter
Messtoleranzen nach der eindeutig identifizierbaren Messreihe. Zur Ermittlung des Regelungsausmaßes habe ich mir auch überlegt, ob diese Größe dafür herangezogen werden kann, siehe unten.

Zitat

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Zitat

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Da nicht jeder Dekoder eine abschaltbare Regelung hat, brauche ich einen Bezugswert für den Motor selbst. Also Elektronik raus und den vorhandenen DC-Motor mit einer PWM ohne Regelung gemessen. Dass dabei die Geschwindigkeit bei Belastung absinkt, sollte auch wirklich jeder verstanden haben. Wie stark das Tempo gedrosselt wird, hängt von der Last und der Stärke des Motors.

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Ich meine, dass man den Betrieb mit einer reinen PWM-Ansteuerung nicht mit dem bei PWM-Ansteuerung + Regelung vergleichen kann. Denn ich gehe davon aus, dass sich bei deaktivierter Regelung auch die Form des Ansteuerungssignals gegenüber mit Regelung ändert. Ich könnte mich selbstverständlich auch irren und bei deaktivierter Regelung wird lediglich die Berechnung der P- I- D-Anteile und das Verrechnen mit der Führungsgröße ausgesetzt, sodass praktisch die Führungsgröße immer gleich der Stellgröße ist und die ganze Ansteuerung bleibt eben unverändert.
Dann müsste die Messung der gegen EMK des Motors auch bei deaktivierter Regelung stattfinden. Das Messergebnis wird lediglich zu nichts verwendet.
Wie ist das?

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Beim Abschalten der Regelung entfällt alles rund um die Austastlücke. Folglich habe ich eine reine PWM in der vom Dekoder vorgegebenen Frequenz. Daraus schließe ich, dass gar keine EMK gemessen wird (keine Austastlücke usw.). Dadurch ändert sich auch die Gleichspannung am Motor (d.h. sie wird größer) und damit erhöht sich auch das Tempo. Leider habe ich bislang versäumt, den Tastgrad der "inneren" PWM miteinander zu vergleichen; denkbar wäre, dass mit eingeschaltener Regelung dieser etwas größer ist, um die Austastlücke bedingt auszugleichen.

Zitat

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Nach welchen Kriterien hast du denn dann bei deiner Messung mit PWM ohne Regelung den Tastgrad eingestellt? Es sollte ja eine Vergleichbarkeit geschaffen werden?

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Das ist nun eine etwas längere Geschichte:
Als ich mit den Vergleichen der Modelle begann, hatte ich verschiedene Modelle mit der gleichen Masse. Diese hatte ich an eine Seilrolle mit Ballast gehängt und nach alter Manier bei Trafomittelstellung gehängt, um zu sehen was maximal hochgezogen werden konnte. Das wollte ich erweitern, und habe vorher recherchiert. Leider gab das Regelwerk nach NEM keine nachvollziehbaren Rahmenbedingungen für den Mittelleiterbetrieb her (bei weitem nicht alle Trafos können 16VAC liefern!). Um nicht zu viel Aufwand zu treiben, habe ich mit "willkürlichen" Einstellungen begonnen, indem ich die Trafoskala iin vier Teile teilte: 50, 100, 150 und 200. Da die Einstellung 200 kaum einen Unterschied zu 180 oder 190 zeigte, fiel dieser Wert weg. Also blieben "50", "100" (=Trafomittelstellung) und 150. Es dauerte nicht lange, dann habe ich begonnen, diese Werte zu quantifizieren (Spannungen sind besser nachvollziehbar, als Trafostellungen. Letztere sind bei neueren Trafos bis 250). Ergebnisse waren, die angegebenen Spannungen von 9,18V; 12,56V und 15,03V im Trafoleerlauf. Unter Last sanken diese Spannungen, was ich später dann durch zwei zusätzliche Messungen berücksichtigte.
Dann kam die Frage: ändert sich etwas an den Eigenschaften, wenn ich von AC auf andere Versorgungsspannungen (HVW, DC, PWM) umsteige?
Die Antwort auf diese Frage beantwortet Abschnitt 4.4 der FAQ "Wie funktioniert die elektrische Modellbahn?".
PWM war ursprünglich "etwas" komplizierter, da ich eine feste Amplitude von 20V einstellte mit einem Astabilen Multivibrator. Normalerweise spielt beim Reihenschlussmotor die effektive Spannung eine Rolle zum Antrieb, da geht die Wurzel aus dem Tastgrad ein. Das gilt allerdings nur, solange die Frequenz des Wechselanteils klein genug ist, damit der Motor dem folgen kann. Mit 6,63 kHz ist dies nicht mehr der Fall, folglich muss ich auf o.g. Spannung DC normieren.
Die Ergebnisse bestätigen mein Vorgehen.
Für Digital musste ich erst einmal ausprobieren: wo liegen die Fahrstufen, wie sind sie unterteilt usw. Dann kam der Vergleich: Analog vs. Digital. Ergebnis in Kürze war, Digital mit FSmax/2 das selbe Tempo wie Analog mit 12V. Vorraussetzung aber, dass die Geschwindigkeitskennlinie linear ist (wie auch die natürliche Kennlinie der Gleichstrommotore). Ausgerechnet die Sinusmotoren der ersten Generationen mit nicht programmierbaren Dekodern halten sich nicht daran.
Ich hoffe, Deine Frage ist damit beantwortet?

Zitat

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Die von dir ermittelten Werte zeigen ein erstaunliches Verhalten. Demnach ist das Ausmaß der Regelungen ziemlich mager. Für mich wäre es interessant auch zu sehen, wie sich die Zahlen zu noch langsameren Geschwindigkeiten hin verändern. Man kann ja schon etwa erkennen, dass das Regelungsausmaß bei höheren Geschwindigkeiten abnimmt. Wie wäre es dann bei bspw. 8 bis 14 km/h ?

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Ich habe tatsächlich versucht, ob die Mindestgeschwindigkeit sich für eine Betrachtung heranziehen lässt. Da komme ich aber an ein anderes Problem, welches größer ist als die Regelungsfragen:
der mechanische Kontakt zwischen Schienen und Modell. Da diese Probleme sehr stören, bin ich davon wieder abgekommen, denn ich brauche für einen Vergleich (auch mit größeren Geschwindigkeiten) jeweils eine volle, unterbrechungsfrei absolvierte Runde. Gefühlt macht sich die Regelung hier besser bemerkbar, weil diese die Betriebsspannung entsprechend der Belastung erhöht.

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In der Praxis wurde (und wird!) stets das Analogmodell ggf. mit Relais oder Delta-Dekoder als Basis angesehen.
Dann funktioniert die Rechnung; ist aber nicht objektiv, weil verschiedene Rahmenbedingungen vorliegen.

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Absolut, das macht meines Erachtens wenig Sinn. Der Vergleich zwischen mit und ohne Regelung, muss sich schon auf die gleiche Ansteuerung beziehen, sofern man auch die Regelung untersuchen will.
Klar, für den Anwender ist das egal, den interessiert nicht, wie gut/schlecht die Regelung ausregelt, der interessiert sich dafür, ob er im Vergleich zum Analogmodell eine wirksame Regelung hat.

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Hier komme ich nun zur Regelung selbst: um das Ausmaß zu bestimmen habe ich mir mehrere Vorgehensweisen überlegt, die ich evtl. heranziehen kann:

a) Mindestgeschwindigkeiten: eine Regelung soll gem. Definition die Motorspannung solange erhöhen, bis die Regeldifferenz idealerweise = 0 ist. Bei Mindestgeschwindigkeiten sind wir, wie Du schon geschrieben hast, im Nichtlinearen Bereich, also sehr anspruchsvoll für die Elektronik. Andererseits habe ich die Kontaktprobleme wie oben beschrieben. Ferner sorgt das Trafoproblem für eine
Verzerrung der Beurteilung, weil die(alten) Trafos von Märklin erst bei 6-9V anfangen, Neuere bei ca. 4-6V. Den analogen Rangiergang kennen/nutzen nicht viele. Nur bei 9V sind viele Modelle schon sehr schnell.

b) Geschwindigkeitsstabilität bei konstanter Fahrstufe: ohne Regelung sind Schwankungen in der Größenordnung der Spannungs- und Stromschwankungen zu erwarten. Was aber, wenn die Geschwindigkeitsstabilität bei konstantem Tastgrad (Funktionsgenerator + arbitrary Netzteil) besser ist, als mit einem "lastgeregelten" Dekoder? Die meisten Dekoder verbessern diesen Teil leider nicht (zumindest in dieser Testreihe mit der BR 120).

c) Geschwindigkeitsverlust bei vorgegebener Last (wie oben beschrieben): hier lassen sich qualitative Ergebnisse sehen, die wie beschrieben, auch durchwachsen sind. Es sind qualitative Ergebnisse, die sich in gewissem Maße quantifizieren lassen. Bessere Ergebnisse mit anderer Vorgehensweise (hier habe ich nur 2 Messpunkte pro System).
In diesem Zusammenhang habe ich spaßeshalber mal das Regelungsausmaß mit Bezug auf das Delta-Modell mit FDCM (fünfpoliger, analoger Hochleistungsmotor) im Digitalbetrieb unter der selben Vorgehensweise wie weiter oben beschrieben berechnet. Die Ergebnisse sind wie folgt (Zentrale 6021), in Klammern die Werte mit Bezug auf den DDCM1 ohne Dekoder:
100V1: 72,0% (71,6%), 150V1: 88,7% (3,4%); 100V2: 83,1% (66,9%); 150V2: 18,0% (---) Offenbar sind also 127g Last bei hohem Tempo bereits das Ende der Fahnenstange für die Kombination DDCM1 + 6090-Dekoder in Bezug auf die Regelung.

d) Steigung der nM-Kennlinie bei konstanter Fahrstufe: da ich die kompletten Lasttests bei FS 7/14 (mittlere Fahrstufe) durchführe, habe ich jede Menge Messpunkte. Idealerweise ist die Steigung mit 100% Regelung = 0, ansonsten mehr oder weniger negativ. Man kann sich die Diagramme der betreffenden Modelle online anzeigen lassen unter Drehzahlvergleich motorisierter Modelle als Funktion des Drehmoments.
Leider ist die Tabelle recht groß. Probiere bitte folgende Einträge (Du kannst bis zu 10 Einträge auswählen, anschließend Absendebutton am Ende der Tabelle aktivieren) unter Aktivierung des "U_k-Buttons":
33532.1:b_3 (Delta-Modell mit FDCM an der 6021)
37532.1:a_2 (6090-Modell mit DDCM1 an der 6021)
37532.1:b_2 (Modell mit DDCM1 ohne Elektronik mit PWM)

Viel Spaß beim Betrachten.

Falls das Diagramm aufgrund der Formattierung zu wenig Information hergibt, nutze die selben Einträge in Vergleich der relativen Drehzahlen als Funktion des Drehmoments. Hier sollten die Unterschiede besser erkennbar sein.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[SAH]

Guten Tag Martin und alle Interessierten,

Ich erhielt Rückmeldungen (email) zu den Diagrammen. Offenbar scheint es Probleme mit dem online-Diagrammzeichner zu geben. Daher habe ich mich entschlossen, die Diagramme hier direkt einzubetten.
Zuerst die Ausgangslage: Vergleich der relativen Drehzahlen unter Belastung bei U=konst. Erstes bild: Original 6090-Dekoder (rot) vs. Modell ohne Dekoder (orange) vs. Modell mit 60760 (gelb):


Mit dem 6090-Dekoder kaum eine Verbesserung, dagegen ist der 60760-Dekoder in Punkto Regelung erheblich besser.

Im zweiten Diagramm habe ich dann den 6090 weggelassen und dafür die Dekoder Kuehn T-125 und Lenz Gold mini (Le 10410) aufgenommen. Ohne (rot), 60760 (orange) T-125 (gelb), Le 10410 (grün)


in diesem Bild ist die Gleichwertigkeit der Regelung zwischen T-125, Lenz 10410 und 60760 zu erkennen. Das Modell ohne Dekoder ist hier deutlich schlechter. In den folgnden Diagrammen wird das jeweils schlechteste weggelassen.

Nächstes Bild: Modell ohne Dekoder wird weggelassen und ersetzt durch den Zimo MX620. Die Farben: 60760 (rot), T-125 (orange), Le 10410 (gelb), MX620 (grün)


Der MX620 ist anfangs nur etwas schwächer, bei hohen Lasten (ab 20 Wagen) wird der Unterschied deutlich.

Weiter geht es mit dem Lopi3 mit Standardeinstellungen. Die Farben: 60760 (rot), T-125 (orange), Le 10410 (gelb), Lopi3 (grün)


Nun sind es vier Dekoder mit gleichwertigem Regelungsausmaß.

Nächster Dekoder Tams LD-G33, Farben: 60760 (rot), T-125 (orange), Le 10410 (gelb), Lopi3 (grün), LD-G33 (blau)


Zu Beginn geringfügig besser, bei sehr großen Lasten gegenüber den anderen Dekodern deutlich schlechter.
Austausch LD-G33 gegen T-65 (AC-tauglicher Dekoder von Kuehn), Farben: 60760 (rot), T-125 (orange), Le 10410 (gelb), Lopi3 (grün), T-65 (blau)


Ergebnis genauso, wie beim Tams LD-G33. Abermaliger Austausch, T-65 gegen Lopi4 in Standardeinstellungen. Farben: 60760 (rot), T-125 (orange), Le 10410 (gelb), Lopi3 (grün), Lopi4 (blau)


mit dem selben Ergebnis, obwohl der Lopi4 dennoch besser als LD-G33 oder T-65 ist. Letzter Austausch: Lopi4 gegen Uhlenbrock 76400, Farben: 60760 (rot), T-125 (orange), Le 10410 (gelb), Lopi3 (grün), UB7400 (blau)


Auch hier: der Dekoder UB 76400 verliert an Regelgüte bei hohen Lasten.

Es verbleiben die Dekoder 60760, T-125, LE 10410 und Lopi3 mit gleichwertigem Regelungsausmaß. Natürlich fehlen jetzt noch einige weitere Dekoder. Das wird noch kommen.

Zu guter letzt bzgl. der Geräuschentwicklung: höhere PWM-Frequenzen = geringere Geräuschentwicklung. Soweit so gut. Wie stark ist das nun tatsächlich?
Dazu zwei Videos mit diesem Thema (ist in einer anderen Diskussion untergegangen):

Beispiel einer BR 141 (3037 Märklin mit Reihenschlussmotor an PWM) ohne Kommentar:
[youtu-be]https://youtu.be/jHnMkrWhuOo[/youtu-be]

Das selbe Modell mit konstantem Tastgrad mit Aufschlüsselung der Frequenzen:
[youtu-be]https://youtu.be/a9Nux_S7_fQ[/youtu-be]


mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[SAH]

Guten Abend zusammen,

es geht nun weiter mit dem nächsten Aspekt: eine Regelung sollte unabhängig von der Versorgungsspannung und/oder Zentrale stets die selben Ergebnisse bei anosten gleichen Bedingungen zeigen. Gemeint ist hier: definierte Last, definierte Fahrstufe vorgeben, die Geschwindigkeit sollte stets die selbe sein. Die im vorgehenden Beitrag gezeigten Diagrammtypen eignen sich auch für diese Fragestellung. Also der Reihe nach:

6090:

rot: 6021, orange: Tams EC, gelb: 60214/60052
Der 6090-Dekoder reagiert offenbar stark auf abnehmende Spannungen (CS2/6021), beim Tams EC mit stabilisierter Gleisspannung deutlich geringere Abnahme. CS2 mit stabilisierten Netzteilen werden ähnlich aussehen wie die Kurve bei der Tams EC. Ziel also nicht erfüllt.

60760 (modernere Version des 6090-Dekoders):

rot: 6021, orange: Tams EC, gelb: 60214/60052
Deutliche Verbesserung und spannungsunabhängiges Verhalten. Die größeren Unterschiede bei sehr hohen Lasten (>130g Zugmasse) schreibe ich dem einsetzendes Schleudern zu. Ziel ereicht!

Kuehn T-125:

rot: 6021, orange: Tams EC, gelb: 60214/60052
Geringfügige Unterschiede sichtbar, also nicht ganz so gut, wie beim 60760-Dekoder. Ziel erreicht!

Zimo MX620:

rot: Tams, orange: 6021, gelb: CS2/60052
Deutliche Unterschiede erkennbar. Offenbar ist die Regelung beim MX620 an diesem Punkt nicht ganz so gut. Ziel knapp verfehlt!

ESU Lopi3:

rot: Tams, orange: 6021, gelb: CS2/60052
CS2-Diagramm tanzt aus der Reihe !
Da im Laufe der Testreihen das zweite Beisatzrad mehrfach ausgetauscht werden musste, zähle ich die Messreihe mit der CS2 als Ausreißer. Die beiden anderen Graphen zeigen hervorragende
Übereinstimmung (einmal stabilisiert, einmal unstabilisiert), sodass ich beim Lopi3 das Ziel als sehr gut erfüllt ansehe.

Tams LD-G33:

rot: Tams, orange: 6021, gelb: CS2/60052
Gute Übereinstimmung, wenn auch nicht so ideal, wie bei den anderen. Die Messpunkte liegen näher beieinander als beim MX620. Ziel knapp erfüllt.

Kuehn T-65:

rot: CS2/60052, orange: Tams, gelb:6021
mit Ausnahme des CS2-Graphen liegen die Punkte sehr nahe bei einander. Daher sehe ich das Ziel als erfüllt an. Weshalb der Knick im CS2-Graphen ist, entzieht sich meiner Kenntnis.

ESU Lopi4:

rot: Tams, orange: 6021, gelb: CS2/60052
fast ideale Ergebnisse, Ziel sehr gut erfüllt!

UB 76400:

rot: Tams, orange: 6021, gelb: CS2/60052
kleiner Abweichungen, doch das Ziel wird gut erfüllt!

Anhand der Diagramme kann man sich damit einen kleinen Überblick verschaffen, ob und wie stark die Dekoder ihre Regelung des Motors von der Betriebsspannung abhängig gestalten.
Zentralen mit stabilsierterSpannung haben natürlich Vorteile, doch unstabilisierete Zentralen dürften nicht zu Funktionsstörungen führen. Natürlich fehlen auch noch Dekoder, die habe ich entweder noch gar nicht getestet, oder diese kann ich nicht in diesen Vergleich aufnehmen (hier z.B. der Lent Gold mini 10410), weil sie mit der 6021 nicht funktionieren oder, wie im Fall der Tran-DCX-Dekoder die Gefahr der Dekoderzerstörung (Umax = 24V, wird von der 6021/6173 im Leerlauf überschritten!) droht.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[Railwolf]

Hallo Stephan-Alexander,

jetzt bin ich aber gespannt, wie der mLD/3 abschneidet, denn der ist ja, anders als 6090 und 60760, aktuell in vielen Loks verbaut (meist die Soundvariante) und auch der eigentlich höherwertige Umrüstdecoder im Märklin-Programm.

[Martin_G]

Hallo Stephan-Alexander,

z.Z. bin ich leider wieder sehr mit anderen Projekten und Entwicklungen eingespannt und kann für unser Thema gerade kaum Zeit aufbringen.

Danke auf jeden Fall für deine ausführliche Antwort, deine Messungen und die Veröffentlichung deiner Charts.

Ich werde mir das beizeiten noch genauer anschauen. Ich werde auch versuchen selbst noch einmal das ein oder andere Versuchsszenario aufzubauen und damit manches besser nachvollziehen zu können.

Weiter gute Gelingen und hoffentlich weitere interessante Erkenntnisse!

[SAH]

Moin Wolf und Martin,

vielen Dank für Eure Beiträge.
Mein "Fahrplan" sieht folgendermaßen aus:
- sind die Ergebnisse auf andere Modelle (gleicher Motor und Dekoder, unterschiedliche Getriebe) übertragbar?
- wenn ja: Einbinden weiterer Dekoder und Motore.
- kurzer Exkurs zu "Riesenstreuungen"
- können Antriebe ohne Regelung damit ebenfalls "Begutachtet" werden?

Mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[SAH]

Guten Abend zusammen,

bevor ich nun weitermache, muss ich erst einen kurzen Abstecher in die Grundlagen machen.
Gleichstrommotore haben einen fast linearen Zusammenhang zwischen Belastung und Drehzahl. Unter Last wird hier das Drehmoment M, definiert nach M = m * g * r.
m ist hierbei die Zugmasse in g, r ist der Radius des Treibrads der Lok. Für eine richtige Betrachtung wäre allerdings noch die Getriebeanalyse notwendig, die die Untersetzung und den Getriebewirkungsgrad umfasst. Das wird von den Journalen leider nicht geleistet. Dafür kann obiger Zusammenhang zu einer Lösung via Interpolation liefern, dazu sind nur zwei Angaben notwendig:
Leerlaufgeschwindigkeit (bzw. Drehzahl) und Maximallast unter Durchdrehen der Räder (= keine Fortbewegung).
Führt man dies nun für eine kleines Auswahl von Modellen mit einer Zugmasse zwischen 228 und 230g durch, so erhält man folgendes Diagramm:


Lediglich die Kurve für die Variante der BR 18.4 (3111 als Märklinmodell mit Reihenschlussmotor) weicht stark von der Geraden ab. Da ist normal, denn für den Reihenschlussmotor gelten etwas andere Zusammenhänge, die nicht linear sind. Ferner sind Ansteuerungen mit einer Regelung jeglicher Art nicht leicht einer solchen Interpolation zugänglich, so auch die Sinusmotoren, wie hier im Fall der E19 (39190). Doch auch ohne diese (in der Interpolation nicht berücksichtigte) Regelung kann man einigermaßen vergleichen.
Das Problem hier ist, dass aufgrund der sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten ein Sammelsurium von Graphen vorliegt, was eine Interpretation erschwert. Daher werden wir nun diese Darstellung verlassen, indem wir einen "Trick" anwenden: alle Geschwindigkeiten (bzw. Drehzahlen) werden durch die Leerlaufdrehzahl dividiert und mit 100 multipliziert. Dadurch erhält man eine relative Drehzahl mit Leerlauf = 100%. Zur oben gezeigten Diagrammart werde ich später nochmal zurückkommen.
Folgend mit den selben Modellen wie oben aufgetragenes Diagramm:



hier sind die individuellen Stärken und Abweichungen besser erkennbar:
je stärker der Antrieb, desto flacher die Kennlinie. Abweichung beim Reihenschlussmotor (Modell 3111) sofort erkennbar. Die nicht berücksichtigte Regelung beim Sinusmotor stört nicht weiter: es ist hier der kräftigste Antrieb. Da die Zugmassen fast identisch sind, beruhen die starken Unterschiede in der Steigung auf den unterschiedlichen Radien der Treibräder (4mm beim Rocomodell der E80), 8,9mm beim Modell der E19 (39190 Märklin) am größten.
Hat man nun ein paar Modelle mit dem selben Treibradradius (oder -durchmesser), so wird die Steigung der Kurve nur durch die Zugmasse bestimmt. Das werde ich im nächsten Beitrag präsentieren.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[SAH]

Guten Abend zusammen,

heute ein kleiner Exkurs, um auf Streuungen einzugehen. Bevor man die Streuungen zwischen verschiedenen Modellen betrachtet, muss man erst einmal die Streuung innerhalb eines Modells (in diesem Fall mit verschiedenen Betriebssystemen bei gleichen bzw. gleichwertigen Einstellungen) betrachten.
Zu diesem Zweck habe ich zwei Modelle herausgesucht, um dies zu verdeutlichen:
a) intaktes Modell mit großer Zugmasse: BR 204 SNCB, Artikel 3066. Referenzspannung 12V, relative Drehzahl in Abhängigkeit von der Belastung bei konstanter Spannung.


Mit Ausnahme punktueller Unterschiede, sind die analogen Betriebsarten AC, DC, HVW und PWM gleichwertig. Die Streuung (so man eine angeben will!) ist unter 1%.

b) intaktes Modell, aber mit erheblichen, eletrischen Kontaktproblemen. Beispiel BR 38 DRG als Märklin 3099. Rahmenbedingungen wie oben:


An diesem Beispiel ist sofort erkennbar, dass irgendetwas im Inneren des Modells nicht stimmt. Wenn man nur ein System ausprobiert, kann man u.U. dieses Problem nicht erkennen.

Ist nun ein Modell in Ordnung, wie die 3066 oben, kann man nun konstruktionsidentische Modelle bei gleichen bzw. gleichwertigen Bedingungen gegenüberstellen:
hier die 3066 und 3067 sowie die BR 1200 der NS (3051 und 3055):


Unter Berücksichtigung der Streuung bei einem Modell, fallen die Unterschiede zwischen den verschiedenen Modellen nicht auf. Die abgeschätzte Streuung ist hier ebenfalls deutlich unter 5% (nach den anerkannten Regeln des DIN-Normenwerks). Sind diese Streuungen erheblich (=signifikant) größer, liegen mechanische und/oder elektrische Unterschiede vor, die es gilt, zu beheben!

Jetzt mag man einwenden bzw. Fragen: gilt dies auch für andere Motoren? Schauen wir mal:

LFCM1, gleiche Bedingungen wie oben, Varianten der BR 01 verschiedene Gebrauchszustände:


auf den ersten Blick "riesige" Unterschiede. Doch wie groß sind diese Unterschiede und wie kann man sie beziffern?
Dazu greifen wir die Ergebnisse bei etwas mehr als 8 mNm Belastung heraus:
Der aufwändige Weg umfasst die Dateneingabe aller Ergebnisse, um die Streuung um den Mittelwert via Standardabweichung zu berechnen. Dazu gibt es Programme, Taschenrechner, oder wer es Hardcore mag: Logarithmentafeln .
Laut DIN 1319-3 gibt es noch eine schnellere Auswertung, die dort als "Typ B" bezeichnet wird. Die geht wie folgt:
Man bildet den Mittelwert (Überschlagsmäßig (größter Wert + kleinster Wert)/2; hier (83 + 52)/2 = 67,5). Dann bildet man die "Spannweite" = größter Wert - kleinster Wert = 31.
Die Streuung berechnet sich danach zu b/Wurzel(12) * (100/Mittelwert) = 13,3%
Manöverkritik: dies hier ist nur ein Beispiel mit einem relativen Maß. Korrekterweise müsste man mit den unkorrigierten Drehzahlen (oder Geschwindigkeiten) umgehen. Es geht hier jedoch nur um die Veranschaulichung!

Noch ein Beispiel, diesmal der "SFCM", dem oftmals "alles Schlechte" nachgesagt wird, am Beispiel der Drehgestellloks Typ 3034 usw. mit einem Kunststoffzahnrad.


Ein Modell scheint aus der Reihe zu tanzen, für unsere Betrachtung spielt das keine Rolle. Man nehme den letzten Wert (ca. 4,2 mNm) und führ obige Rechnung nochmals durch. Man wird auf ca. 7% kommen.

Nun sind die Scheibenkollektoren lange schon aus der Mode gekommen, schauen wir mal auf einen Trommelkollektormotor, DCM1 bei der selben Modellreihe wie beim SFCM, nur nach der Umkonstruktion 1975:


Auch hier wieder eine "riesige" Streuung. Schauen wir genauer hin und wenden exakt die selben Regeln wie oben an bei ca. 5,4 mNm
nmax = 74 v.H; nmin=45 v.H., Mittel = 59,5 v.H., b = 29 v.H., Streuung = ca. 14%.

Im Vergleich zum oben gezeigten LFCM3 sind das schon deutlich größere Streuungen. Das Ganze wurde im Analogbetrieb gemessen und berechnet. Wie sieht das im Digitalbetrieb mit Regelung aus?
Das kommt dann das nächste Mal!

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[SAH]

Guten Abend zusammen,

nachdem die Streuungen analoger Modelle behandelt wurden, kommen nun diese Streuungen im Digitalbetrieb mit Digitaldekodern, die eine Regelung haben dran. Um die Einflüsse der Spannungsversorgung auf die Ergebnisse klein zu halten, benutze ich Diagramme von Modellen, die mit stabilisierter Spannung gemessen wurden und Dekoder gleicher (bzw. fast gleicher) Bauart.
Der älteste Dekoder dieser Art ist der 6090-Dekoder. Im Betrieb mit der Tams EC und Booster B4 (stabilisiert) ergibt sich nun folgendes Bild:


Die Modelle haben komplett unterschiedliche Vorbilder und Getriebe. Nur Motor und Dekoder sind gleich. Auf den ersten Blick unterscheiden sich die Dampf- von den E-Loks. Entweder Unterschiede in den Dekodern oder das Getriebe entscheidet über diese Unterschiede:
Die Diagramme der Dampfloks sind fast deckungsgleich wie auch die Diagramme der beiden E-Loks. Wollte man eine Streuung berechnen käme man auf <<1%.
Vor diesem Hintergrund könnte man die These aufstellen, dass deutliche Abweichungen keine Streungen, sondern irgendwelche Störungen im Modell und/oder am Dekoder sind.

Daher ist es angebracht, auch neuere Dekoder auszuprobieren. Dies habe ich Form der mLD mit den Retro-Modellen durchgeführt. Wiederum mit stabilisierter Schienenspannung:


Auch hier wiederum: die E-Loks stimmen untereinander überein, die Dampfloks ebenfalls unter sich. Streuung << 1%.
An o.g. These scheint also etwas "dran" zu sein.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[SAH]

Guten Abend zusammen,

aufgrund von Nachfragen off-Forum, ob diese Angaben auch für andere Motoren gelten, kann ich an einem weiteren Beispiel (Athlonix-Motor) mit ja antworten:


mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[SAH]

Guten Morgen zusammen,

nachdem nun die Effizienz der Regelung (Regelungsausmaß unter verschiedenen Bedingungen (Dekoder und Motoren) besprochen wurden, kann dieser Abschnitt mit einem letzten Vergleich abgeschlossen werden: wie stark unterscheidet sich dieses Regelungsausmaß, wenn man verschiedene Motoren unter optimierten Einstellungen des Dekoders vergleicht?
Unabhängig davon ist jedoch eine Beobachtung allgegenwärtig: kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen. Dem widersprechen die theoretischen Darlegungen in der Regelungstechnik nur auf den ersten Blick, denn es heißt immer wieder, ein "I-Glied" regelt die Abweichung zu 0 aus.
Leider wird der wichtigste Teil in dieser Aussage weggelassen: Ein I-Glied regelt eine Sprungfunktion zu 0 aus. Sprungfunktion bedeutet, sie ändert genau einmal ihren Wert und dann nicht mehr. Das ist ein stark idealisiertes Bild, um die Funktionsweise zu erklären. In der Modellbahn ist diese Sprungfunktion (z.B: Einstellen einer Fahrstufe) überlagert durch Schwingungen aller Art (Spannungen, Lastsituationen, Bewegungszustände, u.v.a.m.), die auch teilweise außerhalb des Regelkreises sich befinden und damit erst recht nicht erfasst werden können. Vor diesem Hintergrund sind die erzielten Regelungsausmaße schon sehr gut.
Die letzte Abbildung zeigt ein Abweichung von nur ca. 12% von der Vollausregelung bei einer Last, die die meisten Betriebszustände auf der Modellbahn bei weitem übersteigen:


Weitere Verbesserungen sind zwar möglich, doch das bedeutet dann viel Entwicklungsarbeit, die sich ggf. nicht lohnt.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[tibaum]

Hallo,

Zitat

---

Unabhängig davon ist jedoch eine Beobachtung allgegenwärtig: kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen. Dem widersprechen die theoretischen Darlegungen in der Regelungstechnik nur auf den ersten Blick, denn es heißt immer wieder, ein "I-Glied" regelt die Abweichung zu 0 aus.
Leider wird der wichtigste Teil in dieser Aussage weggelassen: Ein I-Glied regelt eine Sprungfunktion zu 0 aus. Sprungfunktion bedeutet, sie ändert genau einmal ihren Wert und dann nicht mehr. Das ist ein stark idealisiertes Bild, um die Funktionsweise zu erklären.

---

@SAH:
soll das bedeuten das ein I-Regler grundsätzlich die Regelabweichung nicht vollständig auf 0 ausreglen kann?

Gruß
Timo

[SAH]

Moin Timo,

Zitat

---

Hallo,

Zitat

---

Unabhängig davon ist jedoch eine Beobachtung allgegenwärtig: kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen. Dem widersprechen die theoretischen Darlegungen in der Regelungstechnik nur auf den ersten Blick, denn es heißt immer wieder, ein "I-Glied" regelt die Abweichung zu 0 aus.
Leider wird der wichtigste Teil in dieser Aussage weggelassen: Ein I-Glied regelt eine Sprungfunktion zu 0 aus. Sprungfunktion bedeutet, sie ändert genau einmal ihren Wert und dann nicht mehr. Das ist ein stark idealisiertes Bild, um die Funktionsweise zu erklären.

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@SAH:
soll das bedeuten das ein I-Regler grundsätzlich die Regelabweichung nicht vollständig auf 0 ausreglen kann?

---

warum lässt Du den Rest im Zitat weg?

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[tibaum]

Du weißt doch was Du geschrieben hast, aber das ist jetzt keine Antwort auf meine Frage.

Also nochmal, bist Du der Meinung das ein I-Regler grundsätzlich die Regelabweichung nicht vollständig auf 0 ausreglen kann?

Gruß
Timo

[SAH]

Moin Timo,

Du versuchst zu indoktrinieren. Das was Du nicht zitierst gehört dazu. Und deshalb ist das eine Antwort.
Ich habe doch geschrieben:

Zitat

---

Ein I-Glied regelt eine Sprungfunktion zu 0 aus

---

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[tibaum]

Und was wilst Du dann mit dem Satz:

Zitat

---

Ein I-Glied regelt eine Sprungfunktion zu 0 aus. Sprungfunktion bedeutet, sie ändert genau einmal ihren Wert und dann nicht mehr.

---

sagen?
Das der Regler auf die Fahrstufenänderung einmal reagiert und dann nicht mehr regelt?

Timo

[SAH]

Moin Timo,

Du beziehst Dich auf den zweiten Satz. Da wird die Sprungfunktion erklärt, nicht der I-Regler.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[tibaum]

Hallo,
gut, nochmal:

Zitat

---

...Unabhängig davon ist jedoch eine Beobachtung allgegenwärtig: kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen. Dem widersprechen die theoretischen Darlegungen in der Regelungstechnik nur auf den ersten Blick, denn es heißt immer wieder, ein "I-Glied" regelt die Abweichung zu 0 aus.
Leider wird der wichtigste Teil in dieser Aussage weggelassen: Ein I-Glied regelt eine Sprungfunktion zu 0 aus. Sprungfunktion bedeutet, sie ändert genau einmal ihren Wert und dann nicht mehr. Das ist ein stark idealisiertes Bild, um die Funktionsweise zu erklären. In der Modellbahn ist diese Sprungfunktion (z.B: Einstellen einer Fahrstufe) überlagert durch Schwingungen aller Art (Spannungen, Lastsituationen, Bewegungszustände, u.v.a.m.), die auch teilweise außerhalb des Regelkreises sich befinden und damit erst recht nicht erfasst werden können. ...

---

Also eine Sprungfunktion regelt der I-Regler zu 0 aus, sonstige Abweichungen kann der I-Regler nicht ausregeln, ist das so zu verstehen?

Gruß
Timo

[SAH]

Moin Timo,

war leider gesundheitlich verhindert.

Zitat

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Hallo,
gut, nochmal:

Zitat

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...Unabhängig davon ist jedoch eine Beobachtung allgegenwärtig: kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen. Dem widersprechen die theoretischen Darlegungen in der Regelungstechnik nur auf den ersten Blick, denn es heißt immer wieder, ein "I-Glied" regelt die Abweichung zu 0 aus.
Leider wird der wichtigste Teil in dieser Aussage weggelassen: Ein I-Glied regelt eine Sprungfunktion zu 0 aus. Sprungfunktion bedeutet, sie ändert genau einmal ihren Wert und dann nicht mehr. Das ist ein stark idealisiertes Bild, um die Funktionsweise zu erklären. In der Modellbahn ist diese Sprungfunktion (z.B: Einstellen einer Fahrstufe) überlagert durch Schwingungen aller Art (Spannungen, Lastsituationen, Bewegungszustände, u.v.a.m.), die auch teilweise außerhalb des Regelkreises sich befinden und damit erst recht nicht erfasst werden können. ...

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Also eine Sprungfunktion regelt der I-Regler zu 0 aus, sonstige Abweichungen kann der I-Regler nicht ausregeln, ist das so zu verstehen?

---

ja

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[tibaum]

Hallo SAH,

ich kann Dir versichern das der I-Regler nicht nur die Sprungfunktion ausregelt sondern auch jede andere Führungs- oder Störgröße. Die Sprungfunktion ist ja nur ein idealisiertes Signal um die Reglerfunktion (D, P, I) anschaulich darzustellen. Ohne die I-Komponente währe kein Regler in der Lage einen Fehler zu 0 auszuregeln.

Lies mal ein Buch zur Regelungstechnik und simuliere mal einen Regler in LT-Spice (kostenlos) oder mit Matlab/Simulink, das hilft das zu verstehen.

Da ich schon diverse Regler in analoger und digitaler Ausführung gebaut bzw. programmiert habe kann ich Deine Aussage: "kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen" so nicht stehen lassen. Die Messmethode (Rundenzeiten) kann das jedenfalls nicht belegen da hier eine elementare Fehlerquelle unterschlagen wird.

Gruß
Timo

[SAH]

Guten Abend Timo,

in einem Punkt stimmen wir überein: die Nutzung einer Sprungfunktion ist ein idealisiertes Modell.

Was das Ausregeln betrifft: bei einer Rampenfunktion hinkt der I-Regler immer hinterher und bei periodischen Änderungen (z.B. Sinus) geht das nicht mehr. Freilich: wenn man t --> inf. einstellt und die Störgröße irgendwann weg ist, sind wir wieder bei der Sprungfunktion. Der Dreh- und Angelpunkt ist die Verzögerung, wenn diese in die Nähe der Nachstellzeit kommt, dann wird die Regelung mit dem I-Regler instabil. Genau das habe ich entsprechend nachgelesen, nicht nur in Lehrbüchern zu diesem Thema. Nur halt noch nicht simulert. Vielleicht kannst Du mir dabei behilflich sein?

Störgrößen außerhalb des Regelkreises (z.B. Rad-Schiene-Schlupf) sind eine andere Baustelle, spielen aber bei den über Rundenzeiten ermittelten Geschwindigkeiten eine Rolle. Das Ausmaß des Schlupfes als Funktion der Belastung bzw. der Geschwindigkeit sind wieder eine andere Baustelle, aber meines Wissens nicht analytisch gelöst.

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn

[tibaum]

Hallo SAH,

Zitat

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Was das Ausregeln betrifft: bei einer Rampenfunktion hinkt der I-Regler immer hinterher und bei periodischen Änderungen (z.B. Sinus) geht das nicht mehr. Freilich: wenn man t --> inf. einstellt und die Störgröße irgendwann weg ist, sind wir wieder bei der Sprungfunktion. Der Dreh- und Angelpunkt ist die Verzögerung, wenn diese in die Nähe der Nachstellzeit kommt, dann wird die Regelung mit dem I-Regler instabil. Genau das habe ich entsprechend nachgelesen, nicht nur in Lehrbüchern zu diesem Thema. Nur halt noch nicht simulert. Vielleicht kannst Du mir dabei behilflich sein?

---

Solange eine Änderung auftritt hängt der I-Regler immer hinterher, bei Periodischen Signalen gibt es eine Phasenverschiebung aber im mittel wird der Fehler wieder zu 0.
Instabil wird der I-Regler eigendlich nur wenn die Regelstrecke auch eine Phasenverschiebung von 90° hat, dann kann es zur Mitkopplung kommen.
Aber hier ging es ja in erster Line um die grundsätzliche Eigenschaft des I-Reglers Regelabweichungen zu kompensieren. Hast Du LT-Spice auf deinem Rechner und kannst Du damit umgehen? Damit kannst Du das wunderbar simulieren.

[quote=SAH]
Störgrößen außerhalb des Regelkreises (z.B. Rad-Schiene-Schlupf) sind eine andere Baustelle, spielen aber bei den über Rundenzeiten ermittelten Geschwindigkeiten eine Rolle. Das Ausmaß des Schlupfes als Funktion der Belastung bzw. der Geschwindigkeit sind wieder eine andere Baustelle, aber meines Wissens nicht analytisch gelöst.
[/quote]
Ja, genau, der Schlupf ist der größte und nicht zu berechnende Fehler im System. Vor allem wenn Deine Teststrecke Kurven enthält und die Spurkränze permanent anlaufen, grade bei den kleinen Modellbahnradien. Beim Vorbild liegt der Radius bei dem die Räder "zwängungsfrei" durch eine Kurve laufen im Breich von z.B. 3000m (abhängig von Radsatzgeometrie), das währe bei H0 ein Radius von 35,5m. Hast Du so einen Aufbau?
Wenn Du das aber weist, warum ziehst Du dann aus Deinen Messungen solche Schlüsse wie: "...kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen..."? Die Messung der Rundenzeiten ist völlig ungeeignet dafür und beweist das auf keinen Fall !
Daher ist auch Deine Definition des "Regelausmaß" sinnlos weil Du unbrauchbare Messungen verwendest. Auch wäre so eine Größe auch nur ein Beleg für einen schlecht parametrierten Regler und das will ja keiner.

Wenn Du die Regeleigenschaften der Dekoder vergleichen willst dann mußt Du die Motordrehzahl abhängig von definierten Lasten ermitteln . Mit der Stopuhr wird das nichts.

Gruß
Timo

[SAH]

Moin Timo,

vielen Dank für Deine konstruktive Antwort!

Zitat

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Zitat

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Was das Ausregeln betrifft: bei einer Rampenfunktion hinkt der I-Regler immer hinterher und bei periodischen Änderungen (z.B. Sinus) geht das nicht mehr. Freilich: wenn man t --> inf. einstellt und die Störgröße irgendwann weg ist, sind wir wieder bei der Sprungfunktion. Der Dreh- und Angelpunkt ist die Verzögerung, wenn diese in die Nähe der Nachstellzeit kommt, dann wird die Regelung mit dem I-Regler instabil. Genau das habe ich entsprechend nachgelesen, nicht nur in Lehrbüchern zu diesem Thema. Nur halt noch nicht simulert. Vielleicht kannst Du mir dabei behilflich sein?

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Solange eine Änderung auftritt hängt der I-Regler immer hinterher, bei Periodischen Signalen gibt es eine Phasenverschiebung aber im mittel wird der Fehler wieder zu 0.
Instabil wird der I-Regler eigendlich nur wenn die Regelstrecke auch eine Phasenverschiebung von 90° hat, dann kann es zur Mitkopplung kommen.
Aber hier ging es ja in erster Line um die grundsätzliche Eigenschaft des I-Reglers Regelabweichungen zu kompensieren. Hast Du LT-Spice auf deinem Rechner und kannst Du damit umgehen? Damit kannst Du das wunderbar simulieren.

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Mein Computer zu Hause spinnt zur Zeit herum; im Institut ist zur Zeit Home-Office. AFAIR ist dort LT-Spice und Matlab vorhanden.
Zum Simulieren hab ich ein zwiespältiges Verhältnis aufgrund meiner Erfahrungen und Erlebnisse, die ausgerechnet in zentralen Fragen sehr ungünstige bzw. falsche Auskünfte gaben.
Und auch für die Modellbahn sehe ich immer wieder, dass eine Übertragung von der "Großtechnik" auf die Modellbahn garantiert nicht 1: Maßstab geht.
Speziell, vielleicht kann man hier eine "Trockenapproximation" durchführen, mit den Verzögerungsgliedern in Form des Motors könnte es deutliche Phasenverschiebungen geben:
elektrisch: L/R im Bereich von 0,05 bis 2ms und mechanisch im Bereich zwischen 4 und 20ms. Leider kann ich im Moment keine Aussagen zur Nachstellzeit der I-Regler in den Dekodern machen.

Zitat

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[quote=SAH]
Störgrößen außerhalb des Regelkreises (z.B. Rad-Schiene-Schlupf) sind eine andere Baustelle, spielen aber bei den über Rundenzeiten ermittelten Geschwindigkeiten eine Rolle. Das Ausmaß des Schlupfes als Funktion der Belastung bzw. der Geschwindigkeit sind wieder eine andere Baustelle, aber meines Wissens nicht analytisch gelöst.

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Ja, genau, der Schlupf ist der größte und nicht zu berechnende Fehler im System. Vor allem wenn Deine Teststrecke Kurven enthält und die Spurkränze permanent anlaufen, grade bei den kleinen Modellbahnradien. Beim Vorbild liegt der Radius bei dem die Räder "zwängungsfrei" durch eine Kurve laufen im Breich von z.B. 3000m (abhängig von Radsatzgeometrie), das währe bei H0 ein Radius von 35,5m. Hast Du so einen Aufbau?
Wenn Du das aber weist, warum ziehst Du dann aus Deinen Messungen solche Schlüsse wie: "...kein einziger Dekoder ist in der Lage, eine 100% Ausregelung zu erreichen..."? Die Messung der Rundenzeiten ist völlig ungeeignet dafür und beweist das auf keinen Fall !
Daher ist auch Deine Definition des "Regelausmaß" sinnlos weil Du unbrauchbare Messungen verwendest. Auch wäre so eine Größe auch nur ein Beleg für einen schlecht parametrierten Regler und das will ja keiner.

Wenn Du die Regeleigenschaften der Dekoder vergleichen willst dann mußt Du die Motordrehzahl abhängig von definierten Lasten ermitteln . Mit der Stopuhr wird das nichts.
[/quote]

zur Zeit habe ich noch keine abschließenden Erkenntnisse zum Schlupf und dessen Ausmaß bei Belastung. Die bisherigen Experimente deuten jedoch auf einen geringen Schlupf hin (jedenfalls kleiner 15%, sofern die Diagramme bei großer Last mit 100 Ausregelung interpretiert werden sollen). Die Diskussionen zur den Rollenprüfständen verfolge ich mit Interesse, denn diese sind z.Zt. in der Lage den Schlupf bei Einsatz zusätzlicher Sensoren im Leerlauf zu ermitteln.
In Bezug auf das Zwängen in Kurven ist meiner Ansicht nach wieder eine Übertragung vom Vorbild aufs Modell nicht zulässig, weil die Konstruktion im Modell komplett anders ist. So ist mir beim Vorbild nicht bekannt, dass ein Wagen mit Drehgestellen diese im Winkel von 90° zur Wagenlängsachse haben kann.
Zum Schlupf unter Belastung sind die bisherigen Angebote (da habe ich vor Jahren auch auf den Messen danach gefagt; leider ist das für die Produzenten nicht wirtschaftlich) nicht ohne gehörigen Aufwand geeignet. Folglich bleibt mir nur die bisherige Vorgehensweise, deren Belastung ich durch Wagenausrollversuche genau ermittelt habe.
Folglich ist die Ermittlung des Schlupfes unter Last das noch fehlende Puzzlestück (aus meiner Sicht).

mit freundlichen Grüßen,
Stephan-Alexander Heyn