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?

[Guest_@Ark_*]

...вычисление скорости - это подсчёт периодов самплирования на интервале времени между двумя приращениями, и скорость = 1.0 (или -1.0)/(<количество периодов> * 50 мкс).

Когда от моделирования перейдете к реализации вашей системы (аппаратной и программной), то метод измерения временных интервалов можно (даже нужно) изменить. Современные МК способны измерять времена с точностью порядка 1мкс и менее. Поэтому, точность измерения интервала между дискретами вполне реально поднять где-то порядка на два. Конечно, все еще от сигнала с датчика будет зависеть и методов программирования. Не смотрел какой у вас датчик, но обычно энкодеры выдают на два канала импульсы сдвинутые на полпериода относительно друг друга. Итого - на один дискрет имеем 4 фронта сигналов - диапазон измерения в области малых скоростей и точность установки можно расширить в сторону нуля... В вашем случае, получить точность установки и удержания положения порядка одной дискреты - я думаю вполне реально...
... Посмотрел на ваш датчик. Не знаю, чем обоснован его выбор. Он выдает результат в цифровом виде по RS422. Время между последним измерением и передачай данных неизвестно. Не факт, что оно постоянно. Плюс временная задержка на передачу, прием и обработку данных. А для вас это критично в области малых скоростей. Я бы подобрал обычный инкрементальный энкодер и поставил его дополнительно.
В заключении, по собственному опыту могу сказать, что конечный результат решения таких задач, зависит не только (и даже не столько) от используемых алгоритмов, сколько от искуccтва их реализации на практике.
Желаю удачи.

[evg123]

... Посмотрел на ваш датчик. Не знаю, чем обоснован его выбор. Он выдает результат в цифровом виде по RS422.

Там два варианта - первый вариант - по 1 МБит/с (максимум) по SPI (это SSI, который есть усечённый вариант SPI-я), второй вариант - по УАРТУ (RS422)
Предполагается, что на сам датчик будет раз в 50 мкс опрашиваться со стороны PIC24, который, после элементарной обработки будет отправлять результат в TMS320F28335 (данные и скорость). всё остальное будет делать TMS.
Принцип работы датчика описан в прилагаемом документе. Если производитель не врёт, то должен работать.

Прикрепленные файлы

 LIR_encodedrs_datasheet.pdf ( 366.15 килобайт ) Кол-во скачиваний: 254