Модель двигателя и системы управления., Как смоделировать? и как управлять двигателем? Опции

[DmitriyX]

Требуется управлять двигателем переменного тока с тремя обмотками. Требуемый угол поворота двигателя от -4 градусов до +4 градусов. В связи с этим, для управления двигателем задействуется только ОДНА его обмотка, скорость движения двигателя будет пропорциональна току в этой одной обмотке.
Требуется управлять двигателем, чтобы от разгона до торможения колебания его скорости составляли не более 0,1%, т.е. высокоточно регулировать.
В документации на двигатель нашел значения электрической и механической постоянной времени. Простейшая модель двигателя, которая напрашивается после этого - два апериодических звена, соединенных последовательно. В модель также добавил белошумные источники помех измерений и помех воздействия. Рисунок модели прилагается.
Изначально предполагалось управлять двигателем с помощью классического ПИД-регулирования, но требуемой точности достигнуть не удалось.
Пытался синтезировать коэффициенты при теоретических расчетах следующим образом: получить такой ПИД-регулятор, который после перемножения на передаточную функцию двигателя дает интегратор 1/s. Но после расчета возникло затруднение точным образом оценить ошибку регулирования.
В связи с этим следующие вопросы:
1. Каким образом усовершенствовать модель описанного выше двигателя? Может трение в осях добавить? (только плохо представляю как сделать это в операторной форме). Может как-то еще?
2. В связи с тем, что ПИД-регулирование не достигает нужной точности на практике, предполагается применить адаптивные алгоритмы регулирования, но изучением их я пока еще на начал заниматься. Каким образом и в каких моделях можно будет адеквадно оценить ошибку адаптивного регулирования? (в операторной форме адаптивные алгоритмы ведь не моделируются)
3. Если кто-то занимался работой с адаптивными алгоритмами регулирования, то буду очень благодарен за ссылку на материалы об этом.

Прикрепленные файлы

 DvigModel.bmp ( 416.02 килобайт ) Кол-во скачиваний: 93

 

[DmitriyX]

1) Может приведете э/схему управления или хотя бы структурную схему?
2) Управление осуществляется в цифре или аналоге?
3) Приведите, пожалуйста, больше инфы о двигателе.

Структурная схема управления приводится ниже.
Управление осуществляется в цифре.
Информация о двигателе: http://mashap.maverick.ru/rus/eeng.html
Модель двигателя: ДБМ40-0,01-5-3

1. Это с каким же временным разрешение надо измерять время между фронтами...
Ну... раза в три лучше, чем 1/1000... 6 наносекунд получается... У вас получается такая точность?
2. У Вашего двигателя момент пропорционален квадрату тока? Совсем нехорошо для Вас... Без обратной связи по реальному воздействию не обойтись.
3. Раз Вы можете его очень быстро разогнать, то значит трение очень мало и в режиме постоянной скорости ток в обмотке должен быть порядка нескольких процентов от максимального и поддерживаться с большой точностью... Какая у Вас разрядность ШИМа? Думается, что не хватит ее....
Раз Вы железо (систему управления) менять не можете, то Вам может помочь несколько увеличение момента инерции до максимальной величины, еще обеспечивающей нужное время разгона... А потом совсем выключать или изредка подталкивать короткими импульсами...

1. Период измеряю таймером с частотой 150 МГц, получается чуть больше 6 наносекунд.
2. Честно говоря не знаю, пропорционален ли момент квадрату тока. Мне почему-то казалось, что скорость двигателя прямопропорциональна току в обмотке.
3. Разрядность ШИМа 10 бит. Двигатель удается разогнать, но не быстро. Подав максимальное воздействие, он разгоняется до номинальной скорости где-то за 0.3-0.4с минимум, должно укладываться в 0.5с. Но увеличение момента инерции это идея хорошая.

Хотелось бы эту систему промоделировать и теоретически проверить различные методы эффективного управления. Только учитывая все приведенные выше особенности системы затрудняюсь составить ее модель сходу.
Но в любом случае буду благодарен за советы, какие алгоритмы управления подойдут в этом случае лучше.

Прикрепленные файлы

 Struct.bmp ( 559.99 килобайт ) Кол-во скачиваний: 63

 

[Tanya]

Структурная схема управления приводится ниже.
Управление осуществляется в цифре.
Информация о двигателе: http://mashap.maverick.ru/rus/eeng.html
Модель двигателя: ДБМ40-0,01-5-3
1. Период измеряю таймером с частотой 150 МГц, получается чуть больше 6 наносекунд.
2. Честно говоря не знаю, пропорционален ли момент квадрату тока. Мне почему-то казалось, что скорость двигателя прямопропорциональна току в обмотке.
3. Разрядность ШИМа 10 бит. Двигатель удается разогнать, но не быстро. Подав максимальное воздействие, он разгоняется до номинальной скорости где-то за 0.3-0.4с минимум, должно укладываться в 0.5с. Но увеличение момента инерции это идея хорошая.

Хотелось бы эту систему промоделировать и теоретически проверить различные методы эффективного управления. Только учитывая все приведенные выше особенности системы затрудняюсь составить ее модель сходу.
Но в любом случае буду благодарен за советы, какие алгоритмы управления подойдут в этом случае лучше.

А Вы писали 0.05 секунды...
Вы должны не моделировать, а измерить сначала реальные данные...
Какой момент добавляется от минимального кванта ШИМа. Если момент пропорционален квадрату тока, то надо измерить и для других значений... Если после ШИМа фильтрация, то еще хуже... Квадрат среднего не равен среднему в квадрате... Для требуемой точности (мое мнение) без обратной связи по реальному воздействию не обойтись... Увы...

[DmitriyX]

А Вы писали 0.05 секунды...
Вы должны не моделировать, а измерить сначала реальные данные...
Какой момент добавляется от минимального кванта ШИМа. Если момент пропорционален квадрату тока, то надо измерить и для других значений... Если после ШИМа фильтрация, то еще хуже... Квадрат среднего не равен среднему в квадрате... Для требуемой точности (мое мнение) без обратной связи по реальному воздействию не обойтись... Увы...

ой, прошу прощения, 0,03-0,04 секунды.
А можно поподробнее про обратную связь по реальному воздействию? Что она дает?

[Tanya]

ой, прошу прощения, 0,03-0,04 секунды.
А можно поподробнее про обратную связь по реальному воздействию? Что она дает?

Посмотрела описание двигателя. Похоже, Вам повезло - двигатель с постоянными магнитами - момент примерно пропорционален будет току, если не учитывать его зависимость от угла поворота, который вроде небольшой у Вас...
Для повышения точности и быстродействия можно ввести обратную связь по реальному воздействию - таким образом учитываются возмущения вносимые в Вашем случае невоспроизводимостью импульсов тока в обмотке. Учет этого до того, как появится рассогласование в скорости, которое Вы должны измерить и скорректировать ток, значительно (обычно на порядки) уменьшает колебания. В посте номер 9 это и было описано.
Еще замечание. Какая у Вас задающая функция? Если трапеция, то это плохо для ШИМа. Нужно либо отключать интегральную компоненту на время, либо для этого режима подбирать другие параметры. Или что-то S-образное сделать.
Лучше всего для ускорения "врубить" полную мощность без регулирования до достижение (подбирать придется) почти конечной скорости - это будет релейный режим, после чего включать ШИМ (лучше от источника с малым напряжением) - ведь энергия уже закачана почти вся... Плюс такого подхода в том, что квадратичная зависимость энергии от угловой скорости будет линеаризована. Другими словами - противоэдс будет константой.
Так как ускорение весьма кратковременно, то ток в обмотке может быть в несколько раз больше максимального по паспорту, что ускорит этот процесс...
Вот на моих пальцах так получается....