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]

Спасибо за рекомендации по разбиению на блоки и работе в одной системе измерений. Это мой первый опыт с подобными моделями, поэтому подобные советы в любом случае полезны.

Детальнее по модели: она родилась как попытка промоделировать идею куба (или любой другой фигуры), стоящего на своей вершине. причем, безо всяких маховиков и прочего подобного, только с помощью балансиров-противовесов. Для простоты хочу сначала реализовать в железе одномерную модель с одной степенью свободы. И тут есть варианты - либо я ставлю на каркас полноценное IMU, которое дает мне абсолютные (от земли) углы отклонения, либо просто гироскоп, который дает только угловую скорость относительно земли. плюс энкодер на валу двигателя дает угол отклонения балансира относительно каркаса (а не относительно земли). То есть, гироскоп измеряет угловую скорость падения каркаса относительно земли, а энкодер - угол балансира относительно каркаса. вот с помощью двух таких нехитрых датчиков я и хочу добиться устойчивого балансирования, и модель показывает что это реально, если я не ошибся в чем-то принципиально.

ЗЫ математику я сам люблю, хотя и не умею ))) Но боюсь, если засесть за математическое описание этой системы, то я в этом утону с головой и так и не доведу идею до практического воплощения.... я смутно подозревал, что там не все тривиально. в любом случае, большое вам спасибо за конструктивные советы и комментарии. если вдруг появятся еще мысли по этой теме, с удовольствием почитаю ) Или если я (может с чьей-то помощью) все-таки сумею создать математическую модель, то покажу ее )

[RHnd]

Как я вижу из описания, в вашем "одномерном" (некорректный термин) случае можно предположить, что первое звено закреплено в точке контакта с землей, так? Тогда вы имеете дело с классическим двузвенным маятником. Мат. модель такого маятника должно быть не сложно найти. Да и составить ее должен без особых проблем человек, недавно прослушавший курс теормеха или робототехники.

Вообще, неполноприводными многозвенными маятниками активно занимаются некоторые ученые в области теории управления и робототехники. Например, вот ребята из Цюриха сделали - вы что-то подобное хотели?