Перевести аналоговый PID в цифровой, Какими инструментами? Опции

[gte]

Привет Всем!

Есть отлаженные аналоговые PID. Хочется попробовать перевести их в цифровую форму, т.е. в Си код для МК, ARM например?
Схема подобно используемой на рисунке. Это из an-1162.pdf (International Rectifier).


Работа разовая, а вариант исполнения регулятора достаточно редкий, поэтому хочется минимизировать затраты. С помощью каких программ это можно получить начальный код?
Например, с помощью LabView + Embedded Module for ARM?

[Herz]

Стоит только погуглить... Вот, например. Или ещё. Это только первые два результата поиска.

[gte]

Стоит только погуглить...

Это строго ручками. Хотелось вы несколько облегчить задачу.

[Herz]

Это строго ручками. Хотелось вы несколько облегчить задачу.

А каким образом? Получить готовый код? Так железо всё равно создавать ручками. А под него и программу писать. Не вижу здесь особых сложностей.

[gte]

А каким образом? Получить готовый код? Так железо всё равно создавать ручками. А под него и программу писать. Не вижу здесь особых сложностей.

Не готовый код, заготовку. Вариант регулятора показанного на рисунке очень мало используется и очень мало описан. Я понимаю, что сгенерированный код регулятора будет мало неэффективен, но с ним можно поиграться и возможно это сэкономит время. Возможно я не прав.

[Herz]

Не готовый код, заготовку. Вариант регулятора показанного на рисунке очень мало используется и очень мало описан. Я понимаю, что сгенерированный код регулятора будет мало неэффективен, но с ним можно поиграться и возможно это сэкономит время. Возможно я не прав.

Не соглашусь. Что такого необычного в этом варианте? Принципы всё те же. Начинать можно с простого: реализации релейного регулирования на конкретном макете железа. Затем совершенствовать. Я бы так действовал. Гораздо понятнее будет самому и легче исправлять именно свой код.

[Tanya]

Возможно я не прав.

Скорее всего. Это обычный ПИД-регулятор на одном ОУ. Если лень самостоятельно выводить формулы, можно их подсмотреть у Титце с Шенком. Только если быстродействие нужно, придется соответствующий контроллер ставить. Вот на STM32F303 ПИД может работать несколько быстрее микросекунды. Раза в два. Правда там ЦАП тихоходный. С внешним будет лучше. Стоит ли такая овчинка выделки - Вам судить.

[gte]

Скорее всего. Это обычный ПИД-регулятор на одном ОУ. Если лень самостоятельно выводить формулы, можно их подсмотреть у Титце с Шенком.

Увы, подсмотреть не удастся (внимательно посмотрите на схему), а времени всегда не хватает. То же и с вариантом "отдать на сторону". Проверку и отладку все равно надо делать сразу.
Вариант подобный LabView + Embedded Module for ARM интересен тем, что исходный вариант можно проверить в симуляторе и работу растянуть по времени, так как проблема не первой срочности.

Не соглашусь. Что такого необычного в этом варианте?

Тем, что математика на данный регулятор не описана в литературе, придется во всем разбираться.

[wim]

математика на данный регулятор не описана в литературе, придется во всем разбираться.

Математика как раз описана: http://www.ti.com/download/trng/docs/semin...pic_7_Hagen.pdf
Но там, видимо, "многобукаф", а хочется как онлайн-калькулятор закона Ома.

[Tanya]

Увы, подсмотреть не удастся (внимательно посмотрите на схему),

Скажите, что я проглядела.

[gte]

Математика как раз описана: http://www.ti.com/download/trng/docs/semin...pic_7_Hagen.pdf
Но там, видимо, "многобукаф", а хочется как онлайн-калькулятор закона Ома.

Конечно хочется , но я реалист. Спасибо за подсказку, это в любом случае облегчит задачу.

P.S. По поводу калькулятора. Наверняка в controlSUITE есть. Но букв не мало.

Скажите, что я проглядела.

Ничего, если схему привести к двум сопротивления. Один на входе, один в обратной связи ОУ.

[mcheb]

Тем, что математика на данный регулятор не описана в литературе, придется во всем разбираться.

Этой математике вчера в обед было лет 45-46 точно(с 1970 года), а так и все 100.

[gte]

Этой математике вчера в обед было лет 45-46 точно(с 1970 года), а так и все 100.

А что не 200?
Не на данный регулятор, а его разновидность. Редко используемую, но работает великолепно. Есть что по делу? Многие вещи можно сделать с листочком и карандашом, но почему то существуют много различных программ заменяющих карандаш и листок.

[Baser]

А что не 200?
Не на данный регулятор, а его разновидность. Редко используемую,

Не поленился залезть в Титце и Шенк - гл. 26 Электронные регуляторы, стр.485

Ничего не напоминает на вашей схеме из первого поста?

[Tanya]

Не поленился залезть в Титце и Шенк
Ничего не напоминает на вашей схеме из первого поста?

А ТС поленился. Его смущает лишний конденсатор, наверное. Это просто для среза дифференциальной компоненты на высоких частотах.

[gte]

А ТС поленился. Его смущает лишний конденсатор, наверное. Это просто для среза дифференциальной компоненты на высоких частотах.

Что зачем понятно. А вот садится за учебники времени нет, так как не тот профиль да и не интересно.
Любопытно будет посмотреть на ценовые предложения желающих делать эту очень простую работу.
Приглашаю.

[enshtein]

Без проблем. 10т.р. цена вопроса. Но как калькулятор не получится. Даете значение L , С и Rнагрузка получаете настроенную цифровую систему управления в виде разностного уравнения для конкретного случая (для управления по току) еще 10т.р. и получаете еще одно разностное уравнение для двухконтурной подчиненной системы управления. Забиваете эти уравнения в контроллер (очень просто) например в ARM и будет вам счастье. Получите полноценный buc-конвертер. Если добавить еще 10т.р. то достаточно дать Uin, Uout, Rнагрузки;

Сообщение отредактировал enshtein - Apr 15 2016, 16:27

[AnatolyT]

Делал когда то в своем изделии источник вторичного питания с управлением от контроллера на мощность примерно 2 Вт, правда повышающий, что не суть важно, диод вместо синхронного ключа. По сути тот же регулятор. Если такое нужно могу сделать. skb66@mail.ru

Сообщение отредактировал AnatolyT - Apr 16 2016, 07:36

[iosifk]

Что зачем понятно. А вот садится за учебники времени нет, так как не тот профиль да и не интересно.
Любопытно будет посмотреть на ценовые предложения желающих делать эту очень простую работу.

А взять готовые цифровые стабилизаторы от Exar или от ADI слабо? И вроде еще у кого-то есть точно не помню...

[gte]

А взять готовые цифровые стабилизаторы от Exar или от ADI слабо? И вроде еще у кого-то есть точно не помню...

Можно чуть подробнее?

Без проблем. 10т.р. цена вопроса. Но как калькулятор не получится. Даете значение L , С и Rнагрузка получаете настроенную цифровую систему управления в виде разностного уравнения для конкретного случая

Судя по личной почте и топику видимо я не точно выразил свою проблему.
Мне надо на основе уже отлаженного регулятора его цифровой аналог, в смысле регулировочной характеристики. Т.е. сначала строится модель регулятора которая затем используется для построения программы цифрового регулятора. Основой для синтеза является не указанная мной аналоговая схема, а модель регулятора построенная на основе аналоговой схемы. В этом смысле я не зря упоминал как пример LabView + Embedded Module for ARM которая генерирует Си код на основе графического представления (блок схемы).

Регулятора другой, взят как приме из статьи.
Где он будет использован это дело десятое.

[AnatolyT]

Попробую навскидку сформулировать, применить МК в вашей схеме. Берете контроллер с АЦП и ШИМ формирователем, заводите один выход ШИМ формирователя на ключ (требуется преобразовать уровни на транзисторах), второй выход ШИМ формирователя на синхронный ключ, выходы ШИМа запрограммированы в противофазе. Если диапазон регулирования выходного напряжения не от нуля то синхронный ключ не требуется и можно ограничиться диодом. Если не требуется ПИД регулирование заводите выходное напряжение вашего регулятора через резистивный делитель на вход АЦП контроллера, получится регулятор релейного типа или П-регулятор. Если требуется именно ПИД, используете в цепи обратной связи схему из Тицце Шенка на ОУ, требуется рассчитать постоянные интегрирования и дифференцирования. Программа по прерываниям от ШИМ формирователя запускает АЦП и изменяет параметр ШИМа в ту или другую стороны в зависимости от уставки, вот собственно и все. Можно построить ПИД регулятор численным методами программно, то есть без ОУ, сигнал с выхода регулятора подается на вход АЦП через делитель, отводите в области памяти кольцевой буфер и пишите туда отсчеты при каждом прерывании, одновременно в прерывании изменяете параметр ШИМа с учетом накопленных значений в буфере, то есть по сути то же интегрирование и дифференцирование.

[wim]

мне надо не приводить к виду Kp+Ki/s+Kd*s, а надо получить цифровой регулятор с характеристикой близкой к характеристике аналогового PID, если это возможно.

Объясняю еще раз. Передаточная характеристика ПИД-регулятора (в общепринятой терминологии) имеет вид Kp+Ki/s+Kd*s. Ваша схема - это не ПИД-регулятор, это схема, условно говоря, с двумя нулями и тремя полюсами. Порядок передаточной характеристики более высокий. Поэтому просто так ее к "ПИД-регулятору" не привести.

[gte]

Объясняю еще раз. Передаточная характеристика ПИД-регулятора (в общепринятой терминологии) имеет вид Kp+Ki/s+Kd*s. Ваша схема - это не ПИД-регулятор, это схема, условно говоря, с двумя нулями и тремя полюсами. Порядок передаточной характеристики более высокий. Поэтому просто так ее к "ПИД-регулятору" не привести.

Вы с Татьяной пока поспорьте про контенсатор С3

который отличает схему от той схемы, что названа у Титце и Шенк как ПИД регулятор.


Если не договоритесь, я его вынесу в отдельное звено.

Какая разница классический он или нет. Меня интересует смогу я с моими минимальными затратами времени получить его цифровой аналог или нет.

[wim]

смогу я с моими минимальными затратами времени получить его цифровой аналог или нет.

Сможете.

[Tanya]

Вы с Татьяной пока поспорьте про контенсатор С3

Он у Вас сам собой получится из-за конечного быстродействия цифрового регулятора. Я его иногда ставлю для уменьшения высокочастотных шумов.

[gte]

Он у Вас сам собой получится из-за конечного быстродействия цифрового регулятора. Я его иногда ставлю для уменьшения высокочастотных шумов.

Без этого конденсатора в моей схеме завал характеристики (после полки) начинается при частоте за 200 кГц с ним где-то от 8 кГц.

[MikeSchir]

Я его иногда ставлю для уменьшения высокочастотных шумов.

И не только Вы Поскольку наличие пульсации на входе ШИМ компаратора с амплитудой, соизмеримой с амплитудой "пилы", приводит к самовозбуждению регулятора.
А делаете Вы это иногда Только потому, что полоса усилителя уже сильно "зарезана".

[somebody111]

Привет Всем!

Есть отлаженные аналоговые PID. Хочется попробовать перевести их в цифровую форму, т.е. в Си код для МК, ARM например?
Схема подобно используемой на рисунке. Это из an-1162.pdf (International Rectifier).


Работа разовая, а вариант исполнения регулятора достаточно редкий, поэтому хочется минимизировать затраты. С помощью каких программ это можно получить начальный код?
Например, с помощью LabView + Embedded Module for ARM?

Вам нужно составить передаточную функцию регулятора.Вспомните как она считается у инвертирующего усилителя:

Код

H(jw)=-R2/R1

.
R2-активное сопротивление в обратной связи. Это частный случай. В общем случае:

Код

H(jw)=-X2(jw)/X1(jw)

X2-комплексное сопротивление в обратной связи.
==
Приведу простой пример.В обратной связи кондёр. Его комплексное сопротивление X2(jw)=1/(jwC). Чтобы получить передаточную функцию, надо выполнить преобразование Лапласа. В нашем случае - это просто замена: s=jw. Отсюда передаточная функция:

Код

H(s)=-(1/sC)/R2=-1/(R2*C*s)=-1/(T*s)

.
Развернем формулу:

Код

Uвых/Uвх=-1/T*s
T*s*Uвых=-Uвх

Далее, надо перейти к диф.уру. Для этого надо вспомнить свойство обратного преобразования Лапласа. Конкретнее: если оператор Лапласа s стоит рядом с переменной, то при обратном преобразовании переменная заменяется на его производную. Например. s*Y(s) при обратном преобразовании превращается в y'(t):

Код

T*dUвых/dt=-Uвх.

Ну а дальше заменяешь производную на конечную разность:

Код

dUвых/dt=(Uвых(k+1)-Uвых(k))/dt

и выводишь Uвых(k+1) - это и есть выход твоего регулятора.Это и есть цифровая реализация интегрального регулятора
Короче говоря, в вашем случае надо посчитать эквивалентное комплексное сопротивление в на входе операционника и эквивалентное комплексное сопротивление в обратной связи. Думаю не имеет смысла разжовывать, как посчитать эквивалентное сопротивление двух последовательно соединенных резисторов
===
Есть другой способ. После того,как вычислил передаточную функцию, нужно применить формулу Тастина (в поиске найдёшь),а потом тоже самое - вывести Uвых(k+1).

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 24 2016, 16:39

[gte]

Вам нужно составить передаточную функцию регулятора.Вспомните как она считается у инвертирующего усилителя:

Код

H(jw)=-R2/R1

.
R2-активное сопротивление в обратной связи. Это частный случай. В общем случае:

Код

H(jw)=-X2(jw)/X1(jw)

X2-комплексное сопротивление в обратной связи.

Большое спасибо за помощь, как пройти этот этап в общем виде понятно. Думаю, что понятно как пройти и следующие этапы. Без деталей, в которых, правда, и "кроется дьявол". Со временем, возможно, придется пройти.
Но это будет тема другого топика.
Хотелось бы услышать советы по указанной теме. Какими инструментами?

[somebody111]

Там есть один единственный большой ньюанс - это преобразование непрерывного диф.уравнения в дискретное. Так же на примере.Нарисуйте на бумаге синусоиду с периодом 1 секунда. Это непрерывный сигнал,с которым работает ваша аналоговая схема. При цифровой реализации время дискретно. Шаг дискретизации не может стремиться к нулю как в теории и представляет какое-то конкретное число. Суть всей теории по выбору этого шага дискретизации сводится к тому,чтобы дискретизированный сигнал мало отличался от реального непрерывного(вспоминайте теорему Найквиста). Из нарисованной синусоиды выбирайте точки с шагом 0.5 секунды. Похоже на синусоиду выбранные точки? Нет, не похожи.Берите 0.25. Похоже - лучше, но не то и.т.п. Короче говоря, чем меньше шаг дискретизации, тем лучше, но частенько при программной реализации меньший шаг дискретизации требует более быстрый процессор. Чтобы решить эту проблему и была придумана формула Тастина. Она, хоть и усложняет, но позволяет немного снизить частоту выборки без потери точности. В вашем случае этот ньюанс исключен и делайте по-простому y'=[y(k+1)-y(k)]/dt Это единственный подводный камень, который к вам не имеет никакого отношения. Можно сделать еще точнее, но не хочу - для достаточно простой задачи забивать голову матлабом - не вариант
А в плане инструментов...что вас интересует? Как написать программу,которая это реализует?Пожалуйста,цифровое интегрирование

Код

double x,y;
void calc(void)
{
   y=y+x*dT;
}

Функция calc() вызывается всякий раз, когда ацп,который принимает ваш аналоговый сигнал, завершает аналого-цифровое преобразование. Сам АЦП начинает аналого-цифровое преобразование всякий раз,когда его таймер равен 0
===
Если не секрет, то зачем вас переводить нормальную аналоговую схему в цифровую, если при этом ничего не изменится?

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 24 2016, 19:00

[gte]

В вашем случае этот ньюанс исключен и делайте по-простому y'=[y(k+1)-y(k)]/dt Это единственный подводный камень,

Исключен, не исключен мне пока трудно судить, да и регуляторов должно быть 2-3 в одном процессоре плюс запас на отработку критических ситуаций.

А в плане инструментов...что вас интересует? Как написать программу,которая это реализует?Пожалуйста,цифровое интегрирование..

Написать, выбрать процессор, оценить время выполнение, скорректировать, сделать или купить "железо" как то отладить, потом вручную снять АЧХ и ФЧХ или начать отлаживать совместно с объектом, убедится что не совсем то и, возможно, пойти по новой. Так?

Если не секрет, то зачем вас переводить нормальную аналоговую схему в цифровую, если при этом ничего не изменится?

В каком смысле не изменится? В смысле характеристик регулятора? Да, они и так устраивают. Но есть и другие аспекты.

[somebody111]

Технически подойдёт любой процессор, у которого есть на борту АЦП. Если лень программно реализовывать ШИМ, то и с ШИМом на борту. Производители - microchip,texas instruments,atmel.

[gte]

Технически подойдёт любой процессор, у которого есть на борту АЦП. Если лень программно реализовывать ШИМ, то и с ШИМом на борту. Производители - microchip,texas instruments,atmel.

Понятно, спасибо за полезные советы, как раз ATtyni остались не использованные .

[somebody111]

Написать, выбрать процессор, оценить время выполнение, скорректировать, сделать или купить "железо" как то отладить, потом вручную снять АЧХ и ФЧХ или начать отлаживать совместно с объектом, убедится что не совсем то и, возможно, пойти по новой. Так?

Ну смотрите, время выполнения оценивается просто в режиме отладки. Перед функцией, которая все это будет считать, запускаете аппаратный таймер в процессоре, а в конце функции ставите точку останова. По кол-ву натиканных значений легко определяется время выполнения. Если делать на ассемблере, то это считается все на бумажке. Забегая вперед могу сразу вам сказать, что если речь идет только о данном регуляторе для ШИМа, время выполнения будет ограничено периодом ШИМа, т.е. функция должна полностью просчитаться до того, как пила ШИМа достигнет максимума или достигнет нуля.Даже могу сказать больше - выбранный вами период ШИМа и будет реальный шагом дискретизации dt
Насчёт наладки.
Здесь несколько вариантов.
1. Вы зашиваете настройки в процессор только 1 раз при программировании. Соответственно, сторонние наладчики с этим ничего не сделают. При наладке - это проблема, потому что придется либо это учитывать схемотехнически путем введения различного рода перемычек, либо установкой колодки,когда вы можете вынуть процессор- перешить-ткнуть обратно. Я очень давно так делал, но из-за того, что изделие работало в условиях постоянной вибрации приходилось после наладки снимать колодку и уже железно впаивать процессор.
2. Вы предоставляется наладчикам некий интерфейс, который позволяет эти настройки менять и отображать. Традиционно такая задача решается 2-мя способами: либо ставятся кнопочки с LCD -дисплеем, либо через компьютер через разные интерфейсы типа uart-rs232-usb, uart-ethernet, ethernet-ethernet, can-usb и пр. они зашиваются. Библиотеки для работы с дисплеями и интерфейсами, как правило, качаются с сайта-производителя.

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 25 2016, 22:36

[Herz]

Понятно, спасибо за полезные советы, как раз ATtyni остались не использованные .

Странная реакция. Человек Вам изо всех сил помочь пытается, а Вы ему "вигвамы рисуете"...

[gte]

Странная реакция. Человек Вам изо всех сил помочь пытается, а Вы ему "вигвамы рисуете"...

Человек пытается помочь рассказывая про то что главным критерием выбора МК для регулятора с ПИД является наличие ЦАП на борту. Или о том, что схему данного ПИД можно представить в виде инвертирующего усилителя, или как посчитать время выполнения программы в МК. Зачем здесь пересказывать банальности которые, к тому же, не имеют отношения к теме топика? Я уже вежливо просил не продолжать в таком ключе.