Алгоритм позиционирования, при использовании энкодера 45 имп/об Опции

[haker_fox]

Здравствуйте!
Тема перекочевала отсюда.

В моем приводе это вопрос позиционирования встал ребром. По началу я не считал эту задачу сложной, но теперь понял, что все не так просто...
Застабилизировать скорость, когда вал должен просто вращаться, оказалось делом не сложным. PI регулятор работает.
Но вот вопрос позиционирования раскусить не могу... то, что смог реализовать работает с затухающими колебаниями относительно точки, в которую приводу нужно уйти.
Привожу код, который сможет пояснить суть алгоритма. Но общий принцип такой: берется рассогласованиее по координатам, которое домножается на некоторой коэффициент posTolPGain (пропорциональная часть), получаем скорость, на которой приказываем приводу двигаться. По мере приближения к заданной точке, рассогласование будет уменьшаться, пока не достигнет того минимума, при котором привод останавливается. Остается некоторая ошибка. Эта ошибка (ее величина определяется переменной posTolerance), компенсируется следующей ступенью пропорционального регулятора, у которого коэффициент posTolPGain1, который много больше, чем posTolPGain, в силу малости ошибки. Перввая ступень регулятора работает великолепно, но всегда остается ошибка. Вторая ступень дает колебания. Будут ли они затухающими, или нет, зависит от posTolPGain1, но они есть всегда... Мне не приходит идея, что делать? Использовать еще и интегральную составляющую для устранения ошибки позиционирования? Но это уже будет целых два ПИ-регулятора со своими коэффициентами... многовато их получается... Есть ли какие-нибудь идей у уважаемых профессионалов? Спасибо!
Да, датчик обратной связи - энкодер. Больше ничего нет..., и добалять нельзя. Привода аппаратно готов и какой бы ущербный он не был, придется придумывать, как реализовать позиционирование на энкодере.

Код

/*
    This function must be called every 5 ms in Position Mode
    IN:
        pos - desired position
    OUT:
        servo result codes
*/
uint8_t TServoControl::positionModeProcess(int16_t pos)
{
    int32_t pos_tolerance = pos - getPosition();
    int32_t dp = pos_tolerance;
    if(dp < 0)
        dp*= -1L;
    if(dp > posTolerance)
        {
            int32_t vel = ((pos - getPosition()) * posTolPGain) / 128L;
            if(vel > 0)
                {
                    if(vel > velocityLimit)
                        vel = velocityLimit;
                }
            else
                if(vel < 0)
                    {
                        if(vel < -velocityLimit)
                            vel = -velocityLimit;
                    }
            velocityModeProcess(vel);
        }
    else
        {
            int16_t s_pwm = pos_tolerance * posTolPGain1 / 128L;
            if(s_pwm > 0)
                setServoMode(SERVO_POS_VELOCITY_MODE);
            else
                if(s_pwm < 0)
                    {
                        setServoMode(SERVO_NEG_VELOCITY_MODE);
                        s_pwm*= -1;
                    }
            if(s_pwm > 250L)
                s_pwm = 250;
            if(s_pwm)
                setPWM((uint8_t)s_pwm);
            else
                setServoMode(SERVO_FAST_STOP_MODE);
        }
    return SERVO_OK_RESULT;
}

Требования не высокие: нужно просто перемещаться из текущей точки в заданную. Ускорение и максимальная скорость, до которой разгоняемя - задаются. Погрешность допустима.. ну сколько, даже не знаю как выразить. Ну вал двигателя может провернуться или не довернуться процентов на 20 - 40 от того значения, которое соответсвует заданной координате. Извините за доморощенные термины. Ну вот, пока вроде все.

[evgeny_ch]

[color=#000000]

Нельзя ли по подробнее рассказать, как учитывается - компенсируется нелинейное трение в системе.

Лучше иметь хорошую механику.
Компенсируют, понятно, увеличением тока (момента), учитывают программно - наблюдателем и
планировщиком траекторного движения. Статейки.
NONLINEAR FRICTION PHENOMENA IN DIRECT-DRIVE ROBOTIC ARMS.
Friction compensation.
Observer-based nonlinear Compensation of Friction.

Сообщение отредактировал evgeny_ch - Dec 5 2008, 10:53

[alexander55]

Лучше иметь хорошую механику.

Точно.
Для понимания проблем нарисовал структурку одной массы.

[PhX]

[color=#000000]Лучше иметь хорошую механику.

Не всегда. Для придания жесткости руки роботов часто делают из монолитных болванок. Они получаются тяжеленные и момент инерции, ну сами понимаете... А машет такой робот лазером весом 1-2 кг. Если вместо болванок руку делать из алюминиевых прутов, то массово-инерционные свойства руки значительно улучшаются, но вот связи становятся гибкими... Вообщем однозначно сказать, что лучше нельзя.

[evgeny_ch]

Не всегда. Для придания жесткости руки роботов часто делают из монолитных болванок. Они получаются тяжеленные и момент инерции, ну сами понимаете... А машет такой робот лазером весом 1-2 кг. Если вместо болванок руку делать из алюминиевых прутов, то массово-инерционные свойства руки значительно улучшаются, но вот связи становятся гибкими... Вообщем однозначно сказать, что лучше нельзя.

Можно. Удельная тяга должна быть максимально возможной.
Для манипуляторов, естественно, находят компромисс между подвижной массой, жесткостью и
тягой привода. По этой причине максимально достижимая точность у них ограничена,
особенно у тех, что в угловых координатах. Для компенсации провисов и смещения центра массы
используют алгоритмы обучения и автонастройки привода.
Высокоточные координатные системы (станочные) стремятся сделать максимально жёской конструкции.
Дискретность их перемещений достигает десятков нанометров, а у манипулаторов 0,05 - 0,1 мм.
Гдето так.

[alexander55]

Не всегда. Для придания жесткости руки роботов часто делают из монолитных болванок. Они получаются тяжеленные и момент инерции, ну сами понимаете... А машет такой робот лазером весом 1-2 кг. Если вместо болванок руку делать из алюминиевых прутов, то массово-инерционные свойства руки значительно улучшаются, но вот связи становятся гибкими... Вообщем однозначно сказать, что лучше нельзя.

У робертов параметры моментов инерции и т.д. меняются от положения в пространстве. Там хорошо использовать модель и подгонку реалий под нее.

[_Sam_]

Далее в этой точки стоим и не даем себя сдвинуть, те сопротивляемся возмущениям.

Ну дык вы упоминали, что люфты есть. Попробуйте замерить люфт в нескольких точках сразу после включения установки и после того как механику погоняете часик другой в рабочем режиме. Люфты будут разные, а значит, замкнуть обратную связь можно только двумя способами:
1. Математически, учитывая, что люфт может быть разный на разных рабочих участках и что он будет изменяться при изменении температуры механики.
2. Практически, поставив линейный датчик непосредственно на подвижные части.

Конечно если у вас все оси круговые или люфт меньше разрешающей способности вашего датчика, то это всё не актуально

[haker_fox]

Может быть Америку открою, но мне, как начинающему, нелпохо помогают следующие ресурсы в изучении Simulink (моделирование):
Очень хороший ресурс! Можно научиться моделировать динамику в Simulink + САУ.


Может быть Америку открою, но мне, как начинающему, нелпохо помогают следующие ресурсы в изучении Simulink (моделирование):
Очень хороший ресурс! Можно научиться моделировать динамику в Simulink + САУ.

[PhX]

Может быть Америку открою, но мне, как начинающему, нелпохо помогают следующие ресурсы в изучении Simulink (моделирование):
Очень хороший ресурс! Можно научиться моделировать динамику в Simulink + САУ.

Да, стоящий ресурс!

[haker_fox]

Да, стоящий ресурс!

Ага, стоящий) Все еще по нему занимаюсь.

ЭДС (E=Ke*w) - расчетная величина. Отсюда и все проблемы.
U=E+I*R+L*dI/dt
R - меняется от температуры,
составляющую L*dI/dt учитывать достаточно сложно.
Но в контурных системах есть некоторое упрощение из-за наличия датчика положения (не требуется выдерживать точно угловую скорость двигателя, т.к. "вытягивание" производится за счет датчика положения).

Но учитывая, что такой метод все-таки встречается, хотелось бы примерно узнать, на какая максимальная погрешность может быть в измерении скорости при наихудших условиях? Я понимаю, что вопрос абстрактен и данных мало... если что, просьба сильно не ругаться. К сожалению, мало чего находится в гугле по запросу "sensorless control brushed dc motor"

[evgeny_ch]

Ага, стоящий) Все еще по нему занимаюсь.
Но учитывая, что такой метод все-таки встречается, хотелось бы примерно узнать, на какая максимальная погрешность может быть в измерении скорости при наихудших условиях? Я понимаю, что вопрос абстрактен и данных мало... если что, просьба сильно не ругаться. К сожалению, мало чего находится в гугле по запросу "sensorless control brushed dc motor"

График посмотрите.
Поиск попробуйте - temperature dependence back emf voltage DC brush motor.

[haker_fox]

График посмотрите.
Поиск попробуйте - temperature dependence back emf voltage DC brush motor.

evgeny_ch, спасибо! Вы как всегда на высоте и аргументируете свои ответы ссылками, графиками, схемами...

[evgeny_ch]

evgeny_ch, спасибо! Вы как всегда на высоте и аргументируете свои ответы ссылками, графиками, схемами...

Константа мотора имеет сложную зависимость от температуры,
поскольку меняется несколько параметров, в вашем сл. будет критичным сопр. коллектора -
0,4% на градус.

[haker_fox]

Константа мотора имеет сложную зависимость от температуры,
поскольку меняется несколько параметров, в вашем сл. будет критичным сопр. коллектора -
0,4% на градус.

Получается довольно-таки высокая погрешность, учитывая, что колебания температуры могут быть в пределах 50 градусов (в критических ситуациях). Что же делать... как контролировать скорость за минимальное время? Грубый самодельный энкодер не заменить уже... а время отклика у него довольно большое получается.

[Tanya]

Получается довольно-таки высокая погрешность, учитывая, что колебания температуры могут быть в пределах 50 градусов (в критических ситуациях). Что же делать... как контролировать скорость за минимальное время? Грубый самодельный энкодер не заменить уже... а время отклика у него довольно большое получается.

А что Вы заранее пугаетесь? Измерить самому на том самом моторе нельзя? В крайнем случае - подкорректировать.
Можно ЭДС измерять в паузах ШИМа.

[haker_fox]

А что Вы заранее пугаетесь? Измерить самому на том самом моторе нельзя? В крайнем случае - подкорректировать.
Можно ЭДС измерять в паузах ШИМа.

Ну я вообще-то в паузах ШИМа и хочу мерить)
Выше мне говорили, что для простой системы управления достаточно два контура: ток и положение. Скорость мы можем получить как первую производную по положению. Но с таким энкодером, боюсь только положение можно и мерить, но не скорость... Т.к. для регулятора все же нужно знать скорость (а иначе как ее стабилизировать), хочу мерить ее с помощью противоЭДС.