Расчёт электропривода, измерение скорости, матлаб Опции

[evg123]

Исходные данные:
------------------------
Проектирую электропривод, который должен регулировать положение (заданный угол поворота от 0 до 360 град). Используется безколлектроный двигатель постоянного тока ( в двух словах: это синхронная машина с постоянными магнитами в роторе, статор создаёт некое произвольное направление магнитного поля и ротор поворачивается под это поле и таким образом регулируется его положение).
В качестве датчика положения используется абсолютный датчик положения, который даёт 8192 дискрет на оборот (т.е. число от 0 до 8191, которое достаточно точно даёт положение ротора)
В структуре САУ, регулирующей положение имеется петля регулирования угловой скорости вращения двигателя. (В двух словах САУ построена след. образом: внешняя петля - это петля регулирования положения (т.е. угла поворота); внутри этой петли как в матрёшке есть некое звено - самостоятельная САУ - петля регулирования скорости вращения а внутри этой второй САУ есть третья матрёшка - петля регулирования токов статора). Но это я привожу для информации только.
САУ проектирую в матлабе затем переношу в TMS320F28335. Время дискретизации 50 - 100 мкс. (т.е. сау, естественно, дискретная).
Вопрос:
----------
Как измерить скорость, имея данные абсолютного датчика положения? Если ротор вращается быстро - то пойдёт и элементарный подход - брать дискретную производную - [(z-1)/z*Ts] стандартный блочок матлаба. Если за ним повесить инерционное звено - то скорость более пол радиана в сек. измеряется достаточно точно и гладко. (можно производную считать и по нескольким точкам - пробовал 4 точки и 6 точек - нет сильной разницы)
Но я должен получить отрегулированное положение, т.е. ротор должен стоять с нулевой скоростью.
И здесь как раз возникает проблема измерения малой скорости из полученных дискрет датчика положения, когда ротор стоит или почти стоит на месте. Как это сделать? Стандартная производная [(z-1)/z*Ts] в этом случае изредка даёт выбросы (так как датчик положения изредка выдаёт данные - ротор стоит), т.е. в итоге я имею некое подобие частотно-импульсной модуляции, вместо того чтобы выдать некое малое значение скорости. Фильтры не помогают (т.е. они лишь чуть-чуть сглаживают палки и превращают их редкие зубья). В результате петлю регулирования скорости болтает.
И в общем ( по данным матлаба) ротор устанавливается в заданное положение но, гад, дрожит со скоростью 100 Гц с маленьклй амплитудой. я предполагаю, что наши механики это не поймут.

Был найден частичный выход из положения: сделан виртуальный экстраполятор положения, который наши 8192 дискреты-ступеньки ( это в классике наз. экстраполятор нулевого порядка+квантование по уровню) превращает в плавные линии - (это в классике наз. экстраполятор первого порядка). и уже от выхода ЭТОГО экстраполятора - брать производную и измерять скорость. Результат получен - значительно лучше - но всё равно болтанка в петле регулирования скорости остаётся.
Может кто-то сталкивался с подобной проблемой и может подсказать алгоритм. (Проблема, как я вижу, в том, чтобы грамотно построить экстраполятор положения). Или может в чём-то другом?

[oleg_d]

Исходные данные:
------------------------
Проектирую электропривод, который должен регулировать положение (заданный угол поворота от 0 до 360 град). Используется безколлектроный двигатель постоянного тока ( в двух словах: это синхронная машина с постоянными магнитами в роторе, статор создаёт некое произвольное направление магнитного поля и ротор поворачивается под это поле и таким образом регулируется его положение).

Для электропривода который Вы применяете, как датчик угла чаще применяется "Resolver".
 servo_motor_feedback_devices.pdf ( 605.07 килобайт ) Кол-во скачиваний: 263

[evg123]

Для электропривода который Вы применяете, как датчик угла чаще применяется "Resolver".
 servo_motor_feedback_devices.pdf ( 605.07 килобайт ) Кол-во скачиваний: 263

Будем использовать ЛИР-ДА119А (13 разрядов)

Я про сухое трение спрашивал. Понятно, что производитель движка ничего не скажет, это от нагрузки зависит.
Если у вас рассматривается система без внешних возмущений и без трения, то в ней на уровне модели делается стояние в точке плюс-минус полторы дискреты.

Потрясём механиков, надеюсь они скажут это всё. Сейчас знаю, что будет редуктор (1:10) и некая инерционная болванка, на которую будут случайным образом действовать расшатывающие моменты и вверх и вниз, то есть задача привода - сохранить её положение.
По предварительным расчётом ( с учётом редуктора ) момент инерции этой болванки где-то в 10-15 раз меньше чем момент инерции ротора. (редуктор съедает всё).
Одна из задач чтобы сухое трение убарть. т.е. и редуктор и болванка будут смазаны солидолом, и сухого трения должно быть сведено к минимуму.

Да я тоже хотел было притянуть сюда метод пространства состояний, приделать туда калмановский наблюдатель, в общем всё по-крутому, но это но понял что это надолго. а результат как и везде требуется за короткий срок.

Грустно. Скажите мне, где сказано, что без контура скорости не получится? Сами подумайте, если вам софт-сенсор гадит, то может без него лучше будет?
Вот так нароют какую-то методичку и все, на этом теория управления кончилась.

Здесь измерение скорости имеет ключевое значение для определения угловой электрической скорости. там 19 пар полюсов, соотв. электрическая угловая скорость - в 19 раз быстрее обычной. И её надо измерить точно, чтобы потом задать соответствующую компенсацию в контура регулирования токов и управлять крутящим моментом мотора.
То есть получается, что (когда я измеряю электрическую угловую скорость) - я знаю, что задал я такие-то напряжения на фазы двигателя -> я получил через очень короткое время нужный крутящий момент. Если же скорость (обычную и соответственно электрическую) не измемерять, то у меня нет прямой связи (т.е. простое инерционное звено) между поданным напряжением и результирующим вращающим моментом, а этот вращающий момент ещё зависит и от скорости вращения ротора, и ( о самое ужасное !! ) при какой-то скорости вращения ротора поданное напряжение вообще никак не влияет на ток в обмотках статора. То есть в контур регулирования токов статора (напряжение статора -> ток статора) вводятся дополнительные компенсирующие связи, которые вводят в петлю некие поправки, позволяют развязать управление токами от скорости вращения двигателя. Внешний контур скорости, при этом выполняет ещё и ту функцию про которую Вы спрашивали - ограничивает максимальную скорость вращения электромотора.