Помогите разобратся в адовой схеме Опции

[RulerOfCats]

Собственно говоря, я учусь в институте Георга-Симона-Ома, это в городе Нюрнберг (Германия), на данный момент я заканчиваю 6ой семестр факультета электро- и информационной техники, в данном семестре мы выполняем проектную работу, который выдаёт нам преподаватель нашего выбора. Мне и моему сокурснику собственно достался этот ад.
Что это такое? Это схема управления мотора постоянного тока, задача такова: постоянно выбивает 2 транзистора (нижних), нам нужно найти причину и внести свои поправки дабы этого не происходило. Мы в данный момент находимся на следующем этапе: Понять схему... В связи с этим мы запаслись литературой и спаяли сие чудо аналогового мышления. Теперь делая замеры, пытаемся понять как происходит управление... В данный момент столкнулись с некими проблемами, а именно:
- мы не совсем понимаем как происходит регулировка всего если честно, тоесть сами операционые усилители как я понял это 2 PI, 1 Inverter, 1 управление силой тока, но вот именно как они взаимодействуют не совсем понятно, помогите кто, если не сложно
- Если меряем оптрон к массе управления, получаем пульсовый сигнал, когда меряем оптрон к массе транзисторного "круга" получаем мертвеченко

П.с: Пардоньте за мой русский

П.с.с: как работает транзисторный мост вроде ясно, проблема в понимание скорее в левой стороне :/

Эскизы прикрепленных изображений

 

[RulerOfCats]

Привет всем, собственно после долгих поисков была найдена данная модель, но не получается почемуто её в лтспайс завязать:

DC_MOTOR_MODEL.CIR
*
V_AMP 1 0 AC 1 PWL(0MS 0V 1MS 10V 1000MS 10V 1010MS 0V 2000MS 0V)
*
* MOTOR VOLTAGE
RA 1 2 0.5
LA 2 3 0.0015
H_EMF 3 4 VSENSE2 0.05
VSENSE1 4 0 DC 0V
*
* MOTOR TORQUE BASED ON INERTIA AND FRICTION
H_TORQ 6 0 VSENSE1 0.05
LJ 6 7 0.00025
RB 7 8 0.0001
VSENSE2 8 0 DC 0V
*
* MOTOR POSITION
FPOS 0 11 VSENSE2 1
CPOS 11 0 1
RPOS 11 0 1MEG
*
* ANALYSIS
.TRAN 10MS 2000MS
*
* VIEW RESULTS
.PRINT TRAN V(1) I(VSENSE1)
.PROBE
.END

Влиянием луны занимается альтернативная электроника. Там я не в теме.
А вот модель DC мотора сколько не искал везде представляют такой передаточной функцией:
[attachment=84926:DC_motor_model.png]
Ничего особенного, просто 5-ть параметров и 2-й порядок.
Кстати по напряжению на движке как следует из модели никак нельзя судить о скорости вращения.
Т.е. предположение о том, что напряжение с движка сразу идет на регулятор скорости скорее всего не верное.
На схеме явно не хватает тахометра.

Если на роторе еще сидит некая механическая передача то порядок передаточной функции увеличивается и вдобавок она становится нелинейной.
Хотя в реале она очевидно нелинейная даже для движка без нагрузки.
Что там определить в модели по осциллографу врядли удастся, там нелинейности и шумы замаскируют всю картину.

Вообщем симуляция результата не принесет. Нужно моделирование.

Это я тоже в конспекте по системной теории нашёл. Тахометра нету, сегодня переспрашивали у препода, скорость снимается на прямую с мотора, хотя он сам не знает как :D, что улыбнуло, схеме 20 лет, мастерил какой-то лаборант который уже умер давно, схема рабочая, мы запускали ту которая к SPS подключена, единственно что регулировка какая-то угшная, мотор крутится в одну сторону быстрее чем в другую, на транзисторах через 5 минут можно жарить яишницу, мы молили о ШИМ, были снова посланы в лес

[Tanya]

Привет всем, собственно после долгих поисков была найдена данная модель, но не получается почемуто её в лтспайс завязать:

LTSPICE с удовольствием съест конденсатор с двумя резисторами и генератором тока.

[RulerOfCats]

LTSPICE с удовольствием съест конденсатор с двумя резисторами и генератором тока.

Вот что нарисовал пока-что, второй раз в жизни в спайсе работаю :/

Немножко поменять величины и... получите возбуждение и ШИМ.

Там если потенциометры крутить, в какой-то момент ШИМ и получался, но препод так не хочет :/

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Вот что нарисовал пока-что, второй раз в жизни в спайсе работаю :/

Вы не поняли. Просто вместо мотора рисуете конденсатор с последовательным резистором (сопротивление якоря). Параллельно этой цепочке - резистор (трение) и генератор тока (постоянная сила).

Там если потенциометры крутить, в какой-то момент ШИМ и получался, но препод так не хочет :/

Можно дроссель последовательно добавить... Или радиаторы.

[AlexandrY]

Вы не поняли. Просто вместо мотора рисуете конденсатор с последовательным резистором (сопротивление якоря). Параллельно этой цепочке - резистор (трение) и генератор тока (постоянная сила).

Таня, концептуально не верно предлагаете.
Вы пытаетесь электрическими компонентами заменить типичные изображения по лапласу, но забываете что в схемах по лапласу связи строго однонаправленные, когда же соединяете компоненты на схеме вы последующими элементами влияете на предыдущие, т.е. образуются обратные связи.

Модель студента с зависимыми источниками гораздо правильней. Только вот выход по скорости в ней не нужен поскольку не используется.

[Tanya]

Таня, концептуально не верно предлагаете.

Я так не думаю. Вот рассмотрите два одинаковых мотора - один вращается, другой неподвижен. Соединяем их. (электрически).
Скорость в конце будет равная половине исходной. Прямо, как в конденсаторах напряжение.
И происходит это оттого, что уравнения идентичны.
"Математика - это искусство называть разные явления одинаковыми словами."

[AlexandrY]

Я так не думаю. Вот рассмотрите два одинаковых мотора - один вращается, другой неподвижен. Соединяем их. (электрически).
Скорость в конце будет равная половине исходной. Прямо, как в конденсаторах напряжение.
И происходит это оттого, что уравнения идентичны.
"Математика - это искусство называть разные явления одинаковыми словами."

Или прямо как ток в индуктивностях, или вода в трубах, или температура в радиаторах, или длина у пружины...

Эти все умозрительные построения хороши для моделей первого порядка.
А здесь модель второго порядка как минимум.

Но вообще если действительно тахометра нет, то вся схема всего лишь регулирует выходную мощность.
Значит двигатель можно вообще заменить резистором с переменным сопротивлением.

[Tanya]

Значит двигатель можно вообще заменить резистором с переменным сопротивлением.

Продолжаю настаивать на своей правоте. А порядок системы может быть любой в данном случае.
Вот 2-закон Ньютона какого порядка? Если записать икс с двумя точками как скорость с точкой? Точки -... это я так Ваши любимые буквы p унижаю.
А вот если рассмотреть колебания всех атомов, то порядок системы можно успешно повысить...

Но это все равно s-блоки. Вставлять их в схему для симуляции есть глупость.

Нет. Двигатель в электрической цепи в первом приближении НЕОТЛИЧИМ от конденсатора с резисторами. А резистор полностью заменяет заклинивший двигатель.
Но мы не должны заклиниваться.

[AlexandrY]

Нет. Двигатель в электрической цепи в первом приближении НЕОТЛИЧИМ от конденсатора с резисторами.

Я не спорю, что внутри s-блока вы можете рисовать что угодно, хоть электрические аналогии хоть гидравлические. И законно утверждать, что все эти представления эквивалентны.

Но соединять в симуляторе напрямик эти аналогии нельзя.

Простейший пример:

Возьмем два резистивных делителя на 2.
Соединив их в симуляторе один на выход другого вы получите на выходе сигнал поделенный на 5
А если представите делители s-блоками, соедините их, то на выходе будет сигнал поделенный на 4

Когда говорим о модели 2-го порядка, вы пытаетесь соединить эквивалентные внутренности s-блоков представленных электрическими элементами последовательно как электрические цепи.
Получаете в результате неверную модель.

[Tanya]

Я не спорю, что внутри s-блока вы можете рисовать что угодно, хоть электрические аналогии хоть гидравлические. И законно утверждать, что все эти представления эквивалентны.

Я разве упоминала какие-то там блоки?
Я ведь только банально настаиваю на том, что... приходится писать банальные вещи -
Вот двигатель - производная скорости = A* ток + B* момент внешней силы - C* скорость/модуль скорости (- это обычное трение) - D* скорость (- это жидкое трение).
Вот конденсатор с добавками -
Производная напряжения = A'*ток + (B'*ток добавочного генератора тока1+C'*ток добавочного генератора тока2) - D'*напряжение/сопротивление добавочного резистора.
Уравнения идентичны после учета уравнения связи - напряжение на якоре без учета падения напряжения на его сопротивлении = константа* скорость. Нужно только учесть смену знака (переключить - перевернуть один из генераторов тока трения при смене знака напряжения на конденсаторе), а второй, имитирующий внешний момент оставить. Этот второй генератор тока имитирует двигатель в режиме генератора, крутимого нами для интереса.
Константы со штрихом равны обратной емкости и добавлены только для наглядности.

[AlexandrY]

Я ведь только банально настаиваю на том, что...

Пока я не понял ваши банальные вещи.

Придется перейти к цитированию.


Это из Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления

Если верить TC, то скорость двигателя никак не контролируется ибо нет тахометра. Т.е. обычные модели связи напряжения на двигателе и его скорости нам не нужны.
Нас интересует только зависимость тока от напряжения на двигателе.

Как я понял, вы предлагаете примитивизировать до того что приравнять Ra и La нулю оставив только инерцию. Т.е. составляющую Vb(s) в уравнении 2.65
Но это, заметьте, не резистор с конденсатором, а управляемый источник напряжения!
Но скажем я согласен, что этот источник напряжения управляемый напряжением на той самой RC цепи представляющей инерцию (кстати у студента это LR цепь ).

Но хитрая нагрузка может полностью исказить такое простое влияние инерции и в сущности мы получим просто хаотически изменяющийся источник напряжения.
Насчет замены резистором я наверно ошибся, но вот замена источником напряжения вполне выглядит логично.

Т.е. если уж симулировать, то начать надо бы с изучения устойчивости всей схемы нагруженной на источник постоянного напряжения.

[Tanya]

Пока я не понял ваши банальные вещи.

Если верить TC, то скорость двигателя никак не контролируется ибо нет тахометра. Т.е. обычные модели связи напряжения на двигателе и его скорости нам не нужны.

ТС поправился - скорость контролируется (и регулируется) по напряжению на якоре с коррекцией падения напряжения на его сопротивлении. Он подтвердил мои предположения об этом... Там у двигателя нарисованы стрелочки - но провода почему-то не нарисованы.

Пока я не понял ваши банальные вещи.

Как я понял, вы предлагаете примитивизировать до того что приравнять Ra и La нулю оставив только инерцию. Т.е. составляющую Vb(s) в уравнении 2.65

Ваши (цитируемые Вами) уравнения полностью описывают мой конденсатор с добавками. Вот только в последнем посте забыла упомянуть, упомянутую ранее индуктивность дросселя (якоря) и его сопротивление.
Почему я предлагаю (и настаиваю на своей правоте) - только потому, что это не только эквивалентно, но и в 100500 раз проще для ТС (и не только) использовать электронный симулятор - ведь там нарисованы два ПИ-регулятора на конкретных ОУ, оптроны, транзисторы и прочие детали, в которых электронный симулятор прекрасно разбирается и нет нужды писать модели этих компонентов для матлаба.

[AlexandrY]

... но и в 100500 раз проще для ТС (и не только) использовать электронный симулятор - ведь там нарисованы два ПИ-регулятора на конкретных ОУ, оптроны, транзисторы и прочие детали, в которых электронный симулятор прекрасно разбирается и нет нужды писать модели этих компонентов для матлаба.

Схема реально адская. Симуляторы на таких схемах гарантировано спотыкаются.

Во первых каскад на оптронах жутко нелинейный.
По уму надо было бы его линеаризовать глубокой обратной связью по напряжению.
Обратную связь кинуть на U2/1 и сделать его коэффициент передачи гораздо больше.
Дальше два интегратора это же классический автогенератор. Тут что-то не так.
Возможно тот кто спроектировал схему слизал ее с системы которая отслеживала линейно нарастающий сигнал и имела тахометр.
Здесь думаю один интегратор лишний.

Но все это надо проверять имея уже линейный выходной каскад. ТС явно не сможет разработать простой для симуляции линейный каскад, тут еще проблемы с развязкой земель и т.д.
Вот тут MATLAB и нужен.
Поставил линейный блок и вся проблема решена и можно заниматься синтезом управления, а не борьбой с кривизной.

[Tanya]

Схема реально адская. Симуляторы на таких схемах гарантировано спотыкаются.

Во первых каскад на оптронах жутко нелинейный.
По уму надо было бы его линеаризовать глубокой обратной связью по напряжению.
Обратную связь кинуть на U2/1 и сделать его коэффициент передачи гораздо больше.
Дальше два интегратора это же классический автогенератор. Тут что-то не так.
Возможно тот кто спроектировал схему слизал ее с системы которая отслеживала линейно нарастающий сигнал и имела тахометр.
Здесь думаю один интегратор лишний.

Там есть обратная связь для линеаризации. Эта схема будет работать даже при генерации второго регулятора (тока). Если сделать частоту достаточно большой, то ток будет непрерывным даже. Интегральная компонента второго регулятора обеспечивает средний ток, который хочет задать первый регулятор.
Все там нормально. Медленный регулятор скорости управляет быстрым стабилизатором тока (подчиненным).

[AlexandrY]

Там есть обратная связь для линеаризации.

То что обратная связь есть и не одна это я вижу.
Но где это видано чтобы линеаризацию делали обратной связью через фильтр и интегратор?

[Tanya]

То что обратная связь есть и не одна это я вижу.
Но где это видано чтобы линеаризацию делали обратной связью через фильтр и интегратор?

Я Вам свои схемы не показывала... Там есть.
Ну а как же... Индуктивность и противоэдс... Фильтр убирает выбросы с коллектора, усредняет напряжение по обмоткам... Все нормально. Есть два времени - быстрое для тока и медленное для скорости.
Там нужно правильно настроить только - при неподвижном двигателе подобрать компенсацию, чтобы сигнал скорости был нулевой при большом токе якоря.

[AlexandrY]

Я Вам свои схемы не показывала...

Так покажите свои схемы.
Мастер-класс, так сказать.

[Tanya]

Мастер-класс, так сказать.

Я стесняюсь. Может быть... в виде загадки.. когда-нибудь.