Доброе время суток всем.
Хотел бы спросить у специалистов по автоматическому управлению, если такие тут есть,как можно решить следующую задачку.
В общем есть простенький ПИ контроллер, как на рисунке.

Контроллер контролирует напряжение звена постоянного тока AC/DC конвертера. То есть его задача по текущему напряжению выдать сигнал Out_D, который используется для генерации активного тока, который заряжает или разряжает звено постоянного тока, таком образом стабилизируя DC напряжение.
Все работало бы хорошо, если бы не оборудование, питающееся от этого DC напряжения. Прикол в том, что ток, потребляемый этим оборудованием имеет периодический синусоидальный характер с частотой порядка 100гц(может быть чуть больше или меньше)+ при увеличении или уменьшении нагрузки ток изменяется скачкообразно. При этом форма тока синусоидальная, но ток как может потребляться, так и генерироваться.
Естественно ток вызывает соответствующие пульсации напряжения звена пост. тока с такой же частотой.
На рис показаны формы сигналов при маленьком коэфициенте П, и отключеной И части.
Это чтобы увидеть форму напряжения.

Естественно задачей контроллера является не допустить слишком высоких и слишком низких уровней напряжения. И тут возникает проблема:
При настройке ПИ контроллера "агрессивно" на хорошую стабилизацию получается следующее:

Как видно с напряжением все ОК, но выход ПИ контроллера имеет периодический характер с частотой 100 гц, что приводит к тому, что пульсации подавляются но ток в сети имеет вторую гармонику, что недопустимо.
То есть нужно, чтобы сигнал на выходе контроллера не имел этой составляющей. Это приведет к большим пульсациям напряжения звена постоянного тока, но это допустимо- только так можно получить ток в сети без гармоник. Но при этом возникает вопрос реакции и стабильности контроллера, как было видно по сигналу без контроля.
При этом сразу пролетает фильтрация, так как в идеале этот 100гц сигнал должен подавляться 100%, но на все остальное реакция должна быть мгновенной.
Вот что я пока придумал:
Сигнал на ПИ контроллер подается после скользящего среднего, которое настроено на сигнал 100гц. Как видно это полностью подавляет ее для ПИ контроллера, и соответсвенно выход не имеет 100гц составляющей вообще. Для сети это супер, но реакция слабовата, так коэфициенты приходится уменьшать и эта схема все равно вносит задержку и если это будет не 100гц, то все полетит.




Пробовал я и с различными нелинейными коэфициентами, чтобы когда рассогласование меньше 100В, коэфициенты ПИ контроллера были маленькие, а когда рассогласование большое - то они увеличивались, но при жтом все равно пульсации на выходе остаются. Переключаться между этими двумя контроллерами тоже не получается - выход изменяется скачком.
Пробовал по диференциатору определать, когда происходит скачкообразное изменеие и переключатсья в этот момент на более "агрессивный" контроллер.
Еще думал по максимальной скорости определять точку а-ля центра этой синусоиды и только ее использовать для определения управляющего воздействия.
Может кто знает как такие вещи решаются?
Слышал я о каких-то нелинейных ПИИ контроллерах, но не знаю подойдет ли он. Может ПИД применить? Но в моем случае я его вообще настроить не смог.
Помогите плиз.

Я себя специалистом не считаю, но может быть вам поможет мой совет. Частично вы его уже применили, когда использовали "скользящее среднее настроенное на 100гц" )
странно как скользящее среднее может быть настроено на частоту

Суть метода называется динамическая коррекция, если я правильно помню.
применяется в том случае, когда объект управления внутри зоны управления имеет нестабильные характеристики, и появляются колебания НЧ, которые очень сложно предугадать. Чтобы депфировать колебания, надо их обнаружить. Обнаружением занимается фильтр НЧ.
Но фильтрация- это суть накопление, и вреде бы поздно что-либо компенсировать если колебания уже возникли ...
Но тут есть нюанс- если параметры объекта управления такие, что частота его собственных колебаний быстро измениться не может, можно пойти на хитрость- подавать управляющее воздействие через период.

У меня это было реализовано по следующему алгоритму- ищем два периода колебаний: ищем минимум, за ним максимум,потом снова минимум, после следующего максимума запоминаем величины сигнала посередине между максимумом и минимумом, если они отличаются на величину меньше,, чем, скажем 10%, ищем следующее значение в этих пределах - и если все ок, то есть если времена четверть периодов примерно одинаковые подаем управляющее воздействие пропорциональное амплитуде, коэффициент и фаза подбирался вручную.
Метод не позволяет полностью убрать колебания, (для того чтобы было что подавлять они должны быть, но позволяет значительно их уменьшить. В моем случае было уменьшение амплитуды примерно в 5 раз и в полтора раза увеличился период.

Проще всего тупо вставить в контур управления аналоговый или БИХ (но не КИХ!!!) режекторный фильтр на 100 Гц, фазовый сдвиг от него по краям полосы режекции меньше 45 градусов, т.е. на общую устойчивость это влияет мало, зато, в отличие от "скользящего среднего", нет задержки ВЧ, просто полоса ООС разбивается на две, ниже 100 Гц и выше - отработка скачка практически не ухудшается, не отрабатываются только эти самые 100 Гц..

p.s. Задача классическая, часто возникает при управлении всякими железяками - там конструктивных резонансов обычно полно.

Пытался я фильтрами играться, но я могу только цифровой фильтр сделать на ресурсах FPGA. Попробую с IIR фильтром поиграться. Проблема не столько в резонансах, сколько в том, что ВЧ сигнал надо передать с минимальной задержкой, чтобы система его успела отработать.
И плюс - ослабление этого 100гц сигнала должно быть значительным.

Вообще-то задача решается по классической схеме- определяется мат. модель объекта регулирования и определяются параметры регулятора по известным алгоритмам. Проще не получается. Во всяком случае, так нас в институте учили. К сожалению, тема в- общем слишком объемна для краткого ответа.

Вроде бы автор писал, что нагрузка (следовательно и все вместе...) нелинейная такая... Или я ошибаюсь. Тут не модель, а хотя бы фазовые картинки..., если он сможет нарисовать их... Или я ошибаюсь.

А что, нелинейные САР не поддаются расчету? Вроде что-то мы проходили по этому поводу...Что-то о методах гармонической линеаризации и о статической..

Это все для малых отклонений... И не все можно линеаризовать... Автор явственно написал - скачком...
Вот Вы попробуйте стабилизировать положение двери, в которую неожиданно тараном бьют...

И нелинейные системы тоже считаются...Правда, не всегда аналитически. а скачки в САР- типичная вещь.

Вы не поверите... Я за это деньги... за удержание от скачков... получаю.. тоже скачками...

Отчего же? Вполне! Это мне напоминает нечто недавнее- вызывает меня шеф на старой работе, и задает вопрос: нельзя ли расчитать САР электрифицированной задвижки по-простому, без исследований её х-к. Вспомнил, что диплом у меня как раз по этой специальности. Я его разочаровал сильно...Даже показал ему Бесекерского и Иващенко. Но все- же желание получит денег по- простому взяло верх...Нашел он некоего программиста- ембеддера, который слышал где-то, что существуют адаптивные САР. Ну, качнул он из сети некий алгоритм, что-то попрограмировал, включили- задвижка поломалась. Не успело адаптироваться...

Бесекерский - это уже классика, по которой мы все учились.
А по цифровым САР - это Федоров-Литвинов (тоненькая книжечка), а обо всем написано.
Автору.
Модель объекта определите поточнее, а затем MicroCap помоделируйте. Теорию тоже неплохо поизучать для повышения квалификации, но если есть MicroCap можно и обойтись и без теории.

Так модель же есть в Матлабе. Что же нужно еще определить?
И чтобы САР смоделировать именно Microcap нужен? Что в нем такого есть?
Можете подсказать, где этого Федорова-Литвинова в Инете найти?

В инете не знаю.
А название такое:
С.М. Федоров, А.П. Литвинов. Автоматические системы с цифровыми управляющими машинами. Издательство "Энергия" 1965, стр.223. Цена 56 коп.

Как я понимаю, Micro-Cap сам по себе не очень поможет. Сначала все равно надо матмодель строить.
Построение непрерывных моделей источников питания по методу усреднения в пространстве состояний хорошо у Кристофа Бассо описано (Switched-Mode Power Supply SPICE Cookbook"
by Christophe Basso.). Можно также смотреть Ридли и Миделбрука. На русском про метод усреднения в пространстве состояний были книги Четти, Севернса-Блума, Воловича. И еще была статья в "Схемотехнике" за 2007 год.
После построения нелинейноё непрерывной модели можно получить АЧХ и ФЧХ в различных рабочих точках и после этого думать о коррекции.

Для описания метода в целом и модели прямохода сделал и выложил PDF (фрагмент книжки, которую сейчас готовит жена) - http://microcap-model.narod.ru/PDF/Modelling_Aml.pdf (900 kB)