Быстрый ПИД-регулятор, На отрезном станке. Новичёк просит помощи. Опции

[Tanya]

Пусть ящик самая нелинейная вещь, но я знаю зависимость вход ящика(напряжение) - скорость двигателя. Что мне дело до кишков ящика?

Этого не бывает... Можете построить зависимость
положение педали - скорость автомобиля?
Вот иногда одну педаль в автомобиле называют акселератор...

[Daedal07]

В контуре Привод - Двигатель обнаружился тахогенератор.

При изменении напряжения на входе привожа на 0,5В скорость возрастает на 10м/мин. Такая зависимость до скорости 60 м/мин точно, а мне больше и не надо.

Измерю, насколько стабильно держится скорость при неизменном напряжении. Тахогенератор, возможно, для этого и стоит. Точнее, для чего ставили и тахогенератор и энкодер я пока не понимаю, но раз энкодер не входил в контур привод-двигатель изначально, а тахогенератор изначально входит, то, он должен помогать удерживать постоянную скорость.

А за линейную связь напряжения на приводе и скорости ножа отвечает, видимо, начинка привода. Логично же так делать, чтобы избавить внешний контроллер от учёта нелинейности зависимости тока и момента.

Этого не бывает... Можете построить зависимость
положение педали - скорость автомобиля?
Вот иногда одну педаль в автомобиле называют акселератор...

Не могу.

[Guest_TSerg_*]

В контуре Привод - Двигатель обнаружился тахогенератор.
..
Не могу.

Тогда вообще все плохо.
И не сможете.

[Daedal07]

Тогда вообще все плохо.
И не сможете.

Почему?

[Guest_TSerg_*]

Почему?

Ни один специалист, в здравом уме и не в подпитии, не возьмется за реализацию своей САУ над чужой САУ, если последняя представлена как "черный ящик".
Чтобы что-то начать понимать - надо раскрыть "черный ящик", т.е. получить передаточную функцию во всех режимах.
Такое еще возможно для чисто аналоговой линейной системы, но для цифровой, для которой неизвестен алгоритм ее работы - это почти нонсенс.
Или очень большая работа по ее изучению.
P.S.
Короче - приглашайте спеш-ов.
Может что-то у Вас и получится, но - случайно и как выйдет.

P.P.S.
Я-то думал, что с нуля все создается и есть возможность описания и ОУ, нагрузки, циклограммы, питания и проектирования своей САУ.
А, этот винегрет.. да, но за большие деньги.

[Daedal07]

Т.е. подали ступеньку на вход и имеете осциллограмму выходного напряжения?
И оно прямо такое линейное и красивое, без всякого ШИМ-а и переходных процессов?

Под зависимостью я понимаю :

При изменении напряжения на входе привожа на 0,5В скорость возрастает на 10м/мин. Такая зависимость до скорости 60 м/мин точно, а мне больше и не надо.

Но это не то, что нужно для исследования объекта, я уже понял.
Нужно снять реакцию связки привод+двигатель+нож.
Сегодня сделаю это. Как такой скачок на входе отработает привод я не знаю, т.к. у привода может быть ограничение на крутизну входного напряжения.
Может ли измерение выбега, который я провёл ранее

Измерил выбег:
13 градусов или 35мм хода.
Время останова 0,4 секунды.

мне помочь чем-то?
Например, я перемерю выбег и запишу кривую изменения скорости(торможение) и время. Может ли она являться переходной характеристикой? По сути - это ступенька наоборот.
Или именно на разгоне и именно реакция на ступеньку только и есть переходная характеристика?

[Tanya]

Но это не то, что нужно для исследования объекта, я уже понял.

Измерьте зависимость скорости (там же где-то тахогенератор есть у Вас) при разной начальной скорости от ступенек вверх и вниз. Переходный процесс. Учтите - торможение - может быть опасно . Также зависимость скорости от трения. Если руки не отрежет... Если сможете, то ток в двигателе при этом.

[AlexandrY]

мне помочь чем-то?

Дайте лучше фотку вашего агрегата. На такие вопросы трудно отвечать не посмотрев на размеры.
Переходная характеристика может меняться даже от изменения температуры, это не говоря еще об износе и проч. вещах.

Поэтому вам не разово измерить и записать, а надо иметь тулз постоянно способный выдавать графики и экcпортировать их в Matlab.
Как например FreeMaster для семейства Kinetis

Есть скрипт автоматичеcки из FreeMaster экспортирующий в Matlab.

Снимать графики надо всего что можно. Главное зависимость напряжения на входе ящика, тока на его выходе и угловой скорости
С ящиком скорее всего увидите задержку и не слабую. Я бы крепко подумал над использованием PID-а самого ящика.
Понятно, что интерфесы к датчикам ящика могут оказаться не совсем годные для вашего энкодера, мы в таких случаях делаем свои адаптеры.
Типа такого

Делает из дифференциального сигнала униполярный и наоборот. Передает по CAN, конвертирует в ШИМ и т.д.

[Daedal07]

Дайте лучше фотку вашего агрегата. На такие вопросы трудно отвечать не посмотрев на размеры.
Переходная характеристика может меняться даже от изменения температуры, это не говоря еще об износе и проч. вещах.

Поэтому вам не разово измерить и записать, а надо иметь тулз постоянно способный выдавать графики и экcпортировать их в Matlab.
Как например FreeMaster для семейства Kinetis
Есть скрипт автоматичеcки из FreeMaster экспортирующий в Matlab.

Сейчас стоит старый контроллер и в него никто периодически не заносит измерения.

Снимать графики надо всего что можно. Главное зависимость напряжения на входе ящика, тока на его выходе и угловой скорости
С ящиком скорее всего увидите задержку и не слабую. Я бы крепко подумал над использованием PID-а самого ящика.
Понятно, что интерфесы к датчикам ящика могут оказаться не совсем годные для вашего энкодера, мы в таких случаях делаем свои адаптеры.
Типа такого
Делает из дифференциального сигнала униполярный и наоборот. Передает по CAN, конвертирует в ШИМ и т.д.

Поскольку есть старый контроллер, который работает как надо, то менять настройки привода(ПИД настройки или какие ещё) мне никто не даст.

Главное зависимость напряжения на входе ящика, тока на его выходе и угловой скорости

Я, по-прежнему, не могу понять, зачем знать токи, если связка привод-двигатель для меня неотделима.
Я ведь не разрабатываю привод. Разработчики привода уже учли токи и момент и кучу всего ещё.

[AlexandrY]

Я, по-прежнему, не могу понять, зачем знать токи, если связка привод-двигатель для меня неотделима.
Я ведь не разрабатываю привод. Разработчики привода уже учли токи и момент и кучу всего ещё.

От тока момент силы у вас скорее всего зависит линейно.
При идеальной механической передаче значит и скорость ножа линейно зависит от тока.
В реальности еще остается надежда на это.
И подав эту зависимость в идентификатор моделей Mаtlab я построенной им модели еще бы доверял.
Но ящик это жестко нелинейный элемент с задержкой.
Тут надо вводить предкомпенсацию данных чтобы подавать зависимость {вход ящика-скорость ножа} в Matlab
Иначе Matlab выдаст полный бред, и тюнингированный на его модели PID вашу систему пустит в разнос.

Вот эту предкомпенсацию и надо вычислить из анализа поведения одного ящика самого по себе. Т.е. его выходного тока от входного напряжения.

А так, я вам не позавидую. Гиблое дело.

[SSerge]

От тока момент силы у вас скорее всего зависит линейно.
При идеальной механической передаче значит и скорость ножа линейно зависит от тока.

Я, признаться, с Kinetis слабо знаком, но полагаю, что второй закон Ньютона даже для них справедлив.

А потому угловое ускорение будет пропорционально крутящему моменту (и току двигателя).
А угловая скорость это интеграл от углового ускорения.

[somebody111]

Пока знаю, что для того, чтобы рассчитать коэффициенты ПИД-регулятора, нужно составить модель объекта управления, т.е. ножа в моём случае. Как это сделать я не знаю.

Никто никогда в здравом уме и светлой памяти не высчитывает параметры П, И, Д. Они подбираются на глаз из облачных соображений типа "постоянная времени регулятора должна компенсировать наибольшую постоянную времени объекта...мм...сколько она....ну начнем с 0.1 секунды" и понеслась...Начинают ,как правило с П-регулятора с отключенными И,Д составляющими. Когда видно, что дальше не получается - берут И. Д составляющую в чистом виде активируют крайне редко, когда объект управления оооочень медленный и представляет из себя фнч с малой частотой среза, иначе все это дело не зафильтровать.
---
Теперь о системе управления. Я немного не понял, что является входным заданием для черного ящика? Если ток, то нужен ПИ(Д) регулятор. Если скорость, то надо обязательно разобраться, каким образом организован контур скорости в этом ящике. Если там настраиваемый ПИ(Д) - без проблем: ставите коэффициент усиления 1, обрываете о.с. по скорости и заводите её на свой ПИ(Д). Если там ПИ(Д) не настраиваемый, то задача решения не имеет ,потому что будет работа двух параллельно контуров скорости. Настроить можно, но ничего интересного не получится - нельзя служить двух господинам
---
Это что касается электропривода. Но это не все - есть еще механика. Какая необходима точность поддержания скорости, раз вы захотели ПИ, а не П?Вы должны понимать, что если вас просят сделать ПИ, то нужна точность поддержания скорости и какая глубина регулирования, иначе надо делать П. А вот этот вопрос самый вкусный - заказчик обычно говорит "максимально точно", при этом в редукторах там люфты, в которые влезают пол кулака...
Все, что нужно вам сделать:
1. Определиться, что является входом ящика и его пределы. Скажем, +5В - это 1000 об/мин, -5В - это -1000 об/мин
2. Определиться, что в главном контуре черного ящика - это регулятор напряжения, регулятор скорости или регулятор тока. Если регулятор напряжения или скорости - их надо отключить (оборвать о.с., превратить регулятор в П с коэффициентом передачи 1). Если там только регулятор тока, то вы должны из вне построить регулятор скорости (П,ПИ, ПИД) и предусмотреть, что их придется подбирать - во всем мире это называется наладкой. У вашего регулятора будет задание скорости. Перед задание скорости поставьте задатчик интенсивности, хотя бы 0.1 сек, чтобы не убить редуктор ударами за месяц. Кстати, о какой мощности идет речь?
3. А вот все научные измерения типо переходная или импульсная характеристика оставьте профессуре - они это очень любят. Дело в том, характер этих кривых больше всего определяется параметрами двигателя, которые плывут от температуры, параметрами механики - это люфт и приведенный момент инерции и точностью датчика скорости. А последнее определяется двумя факторами - это параметрами тахогенератора (я так понял у вас именно тг) и схемотехникой, которую вы будете делать, чтобы это дело как-то отфильтровать, а это еще одна постоянная времени. В системе слишком много неизмеряемых параметров (померьте сопротивление якоря и запишите видео,что получилось) или электромеханическую постоянную (всего-то надо магнитный поток измерить) или момент инерции

Но ящик это жестко нелинейный элемент с задержкой.

Если это промышленный электропривод с заданием по току, то простой интегратор с насыщением, если это промышленный электропривод с заданием по скорости - апериодическое звено. Любой двигатель в первом приближении - апериодическое звено, любая система управления двигателем в 1 приближении - тоже апериодическое звено. Других вариантов не бывает - если колебательное, то он начнет механику убивать, если консервативное, то он неуправляемый. Если его все таки сделали нелинейным, то массово его никто покупать не будет - вы купите электропривод, в котором 1235 настроек для регуляторов и для этого надо сначало докторскую защитить? К нашему большому несчастью в теории управления за 50 лет так и не придумали общих методов проектирования нелинейных систем с обратной связью

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 3 2017, 17:47

[somebody111]

Окай, давай учиться вместе. Настройка ПИД регулятора скорости строится по принципу полной внутренней компенсации, а конкретнее он должен своей постоянное времени компенсировать самую большую постоянную времени системы. Это что касается главного контура системы. В подчиненном контуре тока стоит пи регулятор и должен компенсировать еще меньшую постоянную времени. Это и есть принцип подчиненного регулирования координат. А теперь давайте на практике определим эти постоянные времени. Начнем с простого -двигателя. Там постоянная времени определяется как L/R, где L-индуктивность якоря, R-его сопротивление. Давайте на объекте устроит лабораторную работу - определить активное и индуктивное сопротивление ротора. Запаслись омметром, измеряем сопротивление, тыкаем...ой...он 0 показывает. Что не так?Ой, там же щетки.., чтобы было совсем честно надо ротор вручную прокрутить, чтобы что-то там показало. Это не стеб- честно прокручивал для измерений ротор 400кВт движка, а потом все равно нужно было ввести поправку из-за ткс меди Ну да ладно. А что если (а другого не бывает), что изоляция медная, там ведь ТКС и для обмотки 100 град - рабочая температура (а с H изоляцией 170 - легко), т.е. что, постоянную времени надо в функции температуры увязывать? Вы смеетесь?А решается просто - она берется от "балды", потому что контур тока в электроприводе - он робастный к настройкам ПИ -регулятора тока- если один раз когда-то угадал, то будет идти речь о подстройки и ничего не изменится. С контуром скорости интереснее. Если открыть книжку по оптимальному управлению, то там для определения постоянной времени, нужно приведенный момент инерции искать. Как там "симметричный оптимум" и там в теории есть такой коэффициент, который вроде как "наладочный" в диапазоне от 0.0000001 до 10000000. Ну т.е. вот вам 5-ти этажная формула, туда надо вставить все параметры объекта (а они конечно же есть у нас) и при этом надо будет подобрать этот коэффициентик. Ну или не подбирай - определи момент инерции. А придёт заказчик и скажет - плохо держит нагрузку или, наоборот, слишком быстро разгоняется. Оно для мозгов - это конечно интересно и даже сидя за диваном поднимается самооценка, но вот на практике, извините, такой подход работает только если объект управления либо очень сложный (читать нелинейный), заказчик это понимает и предоставляет время и ресурсы заниматься наукой, либо объект ответственный и нужно хоть как-то
перестраховаться - да, matlab помогает, но надо составлять модель двигателя, системы управления, уравнение нагрузки и идентифицировать модель. А то, что там ему сказали взять апериодическое звено, завести обратную связь и выдать это за что-то серьёзное...даже для курсовой работы на пол параграфа не тянет. Я вам и без матлаба скажу, что постоянная времени ПИ регулятора должна в теории совпасть с постоянной времени апреиодического звена - тогда они друг-друга компенсируют. Это называется принцип полной внутренней компенсации, вокруг которого и построена вся теория оптимального управления электроприводом.
Эти все методы отлично работают, когда идет речь о проектировании источника питания с обратными связями, где реально все параметры наблюдаемы и измеряемы, потому что их определяет разработчик. Здесь идет речь об электроприводе, когда все, что у вас есть - это шилдик с двигателя и понимание электромеханики. Обратите особое внимание, не радиочастот, антенн и приёмников. Все, что нужно автору темы - сделать регулятор и подобрать 3 коэффициента на объекте и любым способом убрать внутренний ПИД главного контура скорости. Привод сам готовый, т.е. он (ну раз вы захотели теории) асимптотически устойчив и все будет сводится к "надо быстрее" - больше П, надо точнее, надо больше "И", тут перерегулирование - надо больше П и меньше И. ВСЕ. Можете с Д составляющей поиграться, но там придется фильтровать обратную связь по скорости и эту постоянную времени тоже придется как-то компенсировать. Вы ему в матлабе рекомендуете апериодическое звено моделировать, а что же не говорите, что тахогенератор шумит как кот в марте и если не фильтровать, то Д составляющая погасит всю систему? Вы, конечно же, захотите сделать ПИД и вмажете в обратную связь приличную постоянную времени, сведя (опять умная теория) запас устойчивости системы в 0, отчего её начнет трясти и тс, не понимая, что это вообще такое, на месяц уйдет в нирвану. И придет к одному простому выводу - с П-регулятором работает сразу и без проблем. А все потому, что с П-регулятором передаточная функция всей системы превращается в апериодическое звено ну или фильтр низкой частоты, если не нравится слово "апериодическое звено". А на нулевой скорости там еще интереснее -из-за тех же счёток в сигнале будет постоянная составляющая, которую надо будет резать, но и это не принципиально, главное развести человека на моделирование апериодического звена в матлабе! Браво!

Во всех частотниках есть такая вещь, как пользовательский PID, но кроме него там еще неизвестное количество регулируемых контуров и фильтров.

Там всего 2 контура -главный и подчиненный. Фильтра в очень старых частотниках были...там постоянные времени наносекунды. Больше не получается, потому что они вводят фазовые сдвиги, к которым наблюдатель двигателя крайне чувствителен. В новых частотниках так уже не делают -вешают штук 5-10 ацп на канал и оцифровывают; результат усредняют.На выходе получаете крутую фильтрацию с минимальным запаздыванием. В главном контуре фильтры не ставят из-за снижения запаса устойчивости по фазе и ненужности. Единственно, что не документировано -там все ПИДы с компенсацией насыщения и блок компенсации перекрестных связей, который оказывает влияние в очень специфических ситуациях. Настройки ПИ-регулятора тока бестолку выводить юзеру - они везде одинаковые и никогда не заметите разницы. Её можно увидеть только если на экран вывести график задания тока подчиненному контуру и реальный ток. В самой худшей ситуации там будет процентов 10 отклонение от расчёта, ну то есть нисколько

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 3 2017, 23:37

[AlexandrY]

Вы ему в матлабе рекомендуете апериодическое звено моделировать, а что же не говорите, что ...

Современные подходы к регулированию отказываются от попыток моделирования объекта управления да и от PID-а.
Смотрите метод ADRC ссылку на который я давал выше.
Кстати он давно уже включен в известные библиотеки управления моторами для микроконтроллеров.
Например InstaSPIN от TI

Так что не понятно с кем вы спорите.

[somebody111]

InstaSPIN

Могу сказать даже больше - я его использовал для управления 30кВтным движком. Туда правда надо вдуть параметры асинхронника, а конкретнее индуктивность намагничивания, индуктивность рассеивания и сопротивление ротора. Последнее плывет от температуры, что приводит к снижению максимального электромагнитного момента. В качестве хобби - годиться, в качестве основы для мощного промышленного привода - нет. Я много и долго занимался вопросами управления двигателями на основе различных наблюдателей и даже добивался,что они начинали работать как положено....там целая пропасть между теорией и практикой. Чем проще система - тем жизнеспособнее она. Сложные системы управления требуют индивидуальной настройки. Если я сделал 60 приводов по всей стране, мне на каждый ездить и неделями настраивать? Я как-то на 2 месяца уехал на крайний север настраивать свой привод с наблюдателем. С тех пор прочтение научных статей, начинающихся с фразы "Пусть объект управления описывается системой" или "наблюдатель" без подробного описания технической реализации (реальная программа, реальный алгоритм, уравнения в дискретной форме, как определить параметры наблюдателя) я даже не читаю - их надо дорабатывать...много и долго. Ради интереса возьмите частотник с движком на киловат 20 и составьте модель в матлабе. Засеките время, которое вам понадобиться, чтобы добиться равенства результата моделирования и с реальными. Как только данных совпадут на 99% - считайте, что вы реализовали настоящий наблюдатель, который для одного двигателя будет работать в лабораторных условиях и проанализируйте, как повторить эти эксперименты на реальном объекте в полевых условиях(там-то движок другой и его от редуктора уже не оторвать, т.е. про опыты хх и кз можно забыть, так же забыть про хитрые алгоритмы "покачать" ротор). Это и есть разница между математикой, где надо что-то на бумаге доказать, и техникой, где надо сделать и ничего доказывать не надо. У ТСа задача - сделать, а не доказывать оптимальность управления вертелкой. Я вообще не понимаю, зачем ПИД для этой задачи. П-регулятора здесь достаточно
.

Сообщение отредактировал somebody111 - Apr 4 2017, 12:42

Эскизы прикрепленных изображений