ПИД с ПОС?, убирать или оставить? Опции

[_Ivana]

Здравствуйте. Пытаюсь промоделировать механическую конструкцию, балансирующую за счет маятника-противовеса, управляемого двигателем с редуктором. Есть модель в симулинке, играюсь с ней. Датчика обратной связи 2 - гироскоп на конструкции, дающий угловую скорость, и энкодер на двигателе, дающий угол отклонения противовеса от условного нуля. Мне советовали взять линейную комбинацию невязок с каждого датчика и завести ее на общий ПИД, с выхода которого брать сигнал управления двигателем. Но я для расширения возможностей подаю сигнал с каждого датчика на свой ПИД со своими коэффициентами, а уже сумму выходов ПИД-ов использую в качестве сигнала управления. Подобрал коэффициенты, модель устойчиво балансирует, переваривает достаточно сильные шумы датчиком, люфт редуктора привода, импульсные и шумовые механические воздействия и толчки, скачкообразную смену уставки угла балансира и т.п., сносно выходит на заданную уставку. Но меня немного смущает то, что коэффициенты при пропорциональной и интегральной составляющих ПИДа энкодера получились разных знаков, то есть по одной ветке обратной связи у меня получилась ПОС. Причем, пока все мои попытки от нее избавиться приводят к ухудшению качества управления. Я встречался с электрическими схемами устойчивых усилителей, в которых ПОС была оправдана и компенсировалась более глубокой ООС, но в данном случае я подозреваю, что можно реализовать управление оптимальнее, убрав ПОС.
Что скажете, доктора? Файл модели в симулинке могу предоставить.

[_Ivana]

Пересохранил в указанном вами формате. Изменение уставки скачком само по себе необязательно, меня устроит и плавное изменение, просто я таким образом пытаюсь протестировать поведение системы - хочется плавной отработки этого события,без скачков управляющего сигнала (можете посмотреть в скопе выход управляющего сигнала, на 20-й секунде я скачком меняю уставку) Насчет сглаживающего фильтра я думал, но не будет ли это проявляться как задержка управления по времени, со всеми вытекающими неприятными последствиями?

Прикрепленные файлы

 Cube.zip ( 12.27 килобайт ) Кол-во скачиваний: 17

 

[RHnd]

По модели:
1) К сожалению, у вас не очень хорошо оформлена модель. Рекомендуется разделять по разным подсистемам группы элементов. В вашем случае надо, как минимум, разделить сам объект управления и регуляторы. Т.е. создать одну подсистему, в которой вся механика, привод и датчики, и вторую подсистему, в которой регуляторы. Соответственно, от второй к первой идет сигнал управления, а от первой ко второй - сигналы от датчиков. Это позволит в дальнейшем продуктивнее работать с моделью, поддерживать ее и даже кому-то передавать. При этом первую подсистему так же можно делить на блоки. Есть такое эмперическое правило - не более 8-10 элементов в одной логической группе (в одной подмодели).
2) На данный момент я вижу, что угол измеряется в градусах, а скорость в радианах в секунду.
3) Перед PID гиро и PID энкодер стоят множители K и K1, а после сумматора - множитель K2. Эти множители относятся к регулятору или они как-то связаны с самой системой, двигателем, датчиками? Чтобы таких вопросов не было, как раз и надо делить систему на логические подсистемы.
4) А почему у вас люфт стоит перед двигателем, т.е. в канале управления? Разве в sim mechanics нету нормального механического люфта? Я сам не знаю, я с sim mechanics не работал.
5) Не увидел в модели трения. Странно для детального моделирования механической системы. Я его пропустил?
6) А так же не увидел динамику самого двигателя. Вы ею сознательно пренебрегаете?


По управлению.
1) Когда я предлагал сглаживающий фильтр, я имел ввиду в канал задания, т.е. между switch и сумматором. Это не будет задержкой управления, если только у вас не накручено еще контуров управления сверху, не показанных в модели. Если же такие контура есть, то это они должны заботиться, чтобы не было скачков в задании. С выбранной вами структурой регулятора нельзя избавиться от скачков управления: из-за скачка в задании у вас возникает скачок в ошибке, а он через пропорциональный коэффициент в PID энкодера проходит прямо в управление. Очевидных решения два. Первое - построение регулятора без пропорциональной составляющей. Второе - формирование гладкого задания. Лучше оба, но вам, как мне кажется, больше подходит второй. Попробуйте поставить на выходе switch апериодическое звено первого порядка 1/(a*s+1). Начните с a=0.01 и поэкспериментируйте.
2) Чтобы говорить про сам контроллер, надо разобраться с K,K1,K2 и с размерностями измерений. Чтобы понять, что же именно является контроллером.