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

 

[Tanya]

Требуется управлять двигателем переменного тока с тремя обмотками. Требуемый угол поворота двигателя от -4 градусов до +4 градусов.

Вам на модели не удается управлять или на реальном двигателе?
Вы плохо описали требования - желаемую траекторию в фазовом пространстве... Некоторые траектории недостижимы...

[DmitriyX]

Вам на модели не удается управлять или на реальном двигателе?
Вы плохо описали требования - желаемую траекторию в фазовом пространстве... Некоторые траектории недостижимы...

Не удается управлять на практике. А на модели я не знаю как смоделировать источник ошибок таким образом, чтобы после получения интегратора не удавалось регулирование.
Траектория следующая: разгон за 0.05с, движение с постоянной скоростью 0.5с, торможение 0.05с. На участке движения с постоянной скоростью необходимо поддерживать постоянную скорость с точностью 0.1%.

[Tanya]

Не удается управлять на практике. А на модели я не знаю как смоделировать источник ошибок таким образом, чтобы после получения интегратора не удавалось регулирование.
Траектория следующая: разгон за 0.05с, движение с постоянной скоростью 0.5с, торможение 0.05с. На участке движения с постоянной скоростью необходимо поддерживать постоянную скорость с точностью 0.1%.

А что Вы регулируете (контролируете) именно скорость, или координату от времени? Если второе, то, действительно плохо будет получаться... особенно с интегральным звеном...
Если скорость, то какой датчик? У него тоже ведь есть свои задержки...

[DmitriyX]

А что Вы регулируете (контролируете) именно скорость, или координату от времени? Если второе, то, действительно плохо будет получаться... особенно с интегральным звеном...
Если скорость, то какой датчик? У него тоже ведь есть свои задержки...

Регулирую скорость. Про датчик совсем забыл написать.
Датчик движения скорости - лазер. Система преобразования сигнала с лазера (в подробности системы не вдавался) на выходе выдает меандр, частота которого пропорциональна скорости движения двигателя. Требуемой скорости движения двигателя соответствует частота меандра 52.5 КГц. Т.е. чаще, чем с 52КГц не получится изменять воздействие. Воздействие на двигатель - ШИМ с последующим сглаживанием.

Каким образом это можно учесть в модели?

[Tanya]

Регулирую скорость. Про датчик совсем забыл написать.
Датчик движения скорости - лазер. Система преобразования сигнала с лазера (в подробности системы не вдавался) на выходе выдает меандр, частота которого пропорциональна скорости движения двигателя. Требуемой скорости движения двигателя соответствует частота меандра 52.5 КГц. Т.е. чаще, чем с 52КГц не получится изменять воздействие. Воздействие на двигатель - ШИМ с последующим сглаживанием.

Каким образом это можно учесть в модели?

А что Вы потом с этим меандром делаете? Или точно меряете время между его фронтами?
Сглаживать ШИМ не нужно - еще одна задержка... Инерция ротора сама проинтегрирует - сгладит.
Вам бы еще добавить обратную связь по току с интегрированием - будет пропорционально моменту импульса... Интегрировать разность от датчика тока и сигнала от системы управления, которая должна выдавать сигнал ускорения - то бишь момент желаемый.... Потом компаратор - потом ключ... Шим сам собой получится... Типа - сигма-дельта АЦП...

[repairDV]

Вам бы еще добавить обратную связь по току с интегрированием - будет пропорционально моменту импульса... Интегрировать разность от датчика тока и сигнала от системы управления, которая должна выдавать сигнал ускорения - то бишь момент желаемый.... Потом компаратор - потом ключ... Шим сам собой получится... Типа - сигма-дельта АЦП...

А можно немного подробнее? Кстати, этот вопрос меня всё время интересовал. Т.е., с датчика или трансформатора тока снимаются импульсы ШИМ? Т.е., вы предлагаете сравнивать именно импульсы, а не отфильтрованный сигнал, который по частоте равен частоте модулирующего напряжения, т.е., в который "вставляется" ШИМ? Я сейчас разбираюсь с регулированием момента асинхронника с помощью изменения ширины ШИМ, и обратную связь сделал: ШИМ, снимаемый со вторички трансформатора тока, проходит через фильтр низкой частоты 50 гц, выделяется нуль-органом момент перехода полученной синусоиды через ноль и измеряется угол сдвига фазы между задающим напряжением и этим переходом. Но при таком способе - куча проблем, сейчас вот ещё одна выплыла: термокомпенсация, даже пока не понял, чего, то ли двигатель нагревается и из-за этого "плывёт" фаза, то ли это температурный дрейф операционников, которые используются в схеме фильтра обратной связи по току. А вначале ещё была мысль: а влияет ли нагрузка на двигатель на фазу самих импульсиков ШИМ, которые снимаются со вторички трансформатора тока? Такой способ был бы проще. Это вы имеете такой практический опыт реализации, или это у вас только теория?