Сервопривод на коллекторном моторе., Нуждаюсь в практических советах о методах реализации. Опции

[IgorTT]

Добрый день.
Сразу хочу сказать что опыта работы с подобными проектами ранее не имел вообще. (ТАУ)
Да и в программировании я особо не силен (если откровенно).
Решил попробовать реализовать управление, неким сервоприводом своими силами, но увы, оказалось знаний катастрофически не хватает.
А понимание того что ТАУ надо было все таки учить в институте пришло только сейчас.
Хочу сразу сказать что этот проект не коммерческий, а носит только образовательный характер. И большое желание реализовать его правильно.
Лирическое вступление окончено теперь о ТЗ.
Есть некий механизм (исполнения сименс) представленный на фото1.

Коллекторный мотор постоянного тока на 12вольт (см. пдфку)
 DC_Motor_31_x_75_1.13.021.6XX.pdf ( 394.76 килобайт ) Кол-во скачиваний: 361

Трехступенчатый шестеренчатый редуктор передаточным соотношением 2:1.

На выходном валу сидит червячная пара (ходовой винт + ходовая гайка).
Ходовая гайка посредством пальца *тягает за собой* поворотный рычаг (поступательное движение переходит во вращательно) на оси вращения рычага с одной стороны приклеен круговой магнит (для холла)

,с другом соединительная муфточка для сопряжения с валом.
На выходном валу находится некое *программное колесо (так называю в народе) на фото есть*


выглядит как сегмент шестерни, который фиксируется пластинчатой пружиной с роликом на конце. фото пружины нет.
хочу сказать что пружина очень жесткая.
Основная задача этого механизма переключение (вращение вала) кулисы выбора передач АКПП.
Выходной вал совершает вращение в диапазоне 0 - 58 гр. (регулируемая величина угол поворота) измеряется датчиком холла.
Всего есть четыре точки (угла), перемещении происходит из одной точки в любую из трёх оставшихся. Совершать эти перемещения необходимо очень быстро.

Трудность с которой я столкнулся это быстро остановиться в заданной точке без недолёта или перелёта. Я попытался реализовать подобие ПИ регулятора и настроил его таким образом, что доход до точки становился вялым и не всегда точка остонова была в разрешенных воротах. При условии когда возникало внешнее воздействие (легкое удержание пальцем) у системы был недолёт, остановка, и только потом интегральная часть наращивала воздействие. Для каждого из рабочих перемещений (а их 9ть) были подобраны Кр и Кд, одним из минусов считаю напряжение с датчика холла, оно не линейно. Решив реализовать правильное определения угла (требуются операции с плавающей точкой и double ) понял что 8 битного пика мало. Решил взять 16 бит пик. А также стал вопрос что надо попросить помощи на форуме. Для выбора правильного метода управления.
На фото видна родная плата управления я решил её оставить, выпаял аккуратно родной ST10F269-T3. На переходнике впаял туда свой пик.
На родной плате есть возможность управлять двигателем (Н-мост), измерять ток мотора, напряжение противо-эдс и угол поворота.
Также прилагаю осциллограмму тока и скорости мотора на которой видно как происходит огибание зубов.

Прошу прошение за сыр бор в объяснениях о механизме полагаю всё можно скомпенсировать фотографиями
Всем откликнувшимся спасибо.

[amaora]

Быстрее всего будет если дать максимальный ток, а перед остановкой сменить ему знак. Я бы начал с ПД регулятора с большой пропорциональной частью, так чтобы была лишь небольшая линейная область (на уровне требуемой точности), а основная работа шла в насыщении. Д проше всего подобрать наблюдая переходный процесс при торможении. Ток тоже полезно регулировать, чтобы использовать максимальный момент без опасности превысить максимально допустимый ток.

Кстати пульсирующий момент нагрузки (как я понял из текста и картинок) дает интересную возможность оценки/отслеживания положения без датчика положения.

[IgorTT]

Добрый день.
amaora спасибо за ответ.
Не знаю правильно ли я вас понял .
Пропорциональную часть берем с большим запасом, что бы по мере приближения к цели (уменьшение ошибки) воздействие не сводилось к нулю. Правильно?
По поводу дифф. части у меня немного непонимание. Я начал разбираться с управлением прочитав вот эту статью:
http://we.easyelectronics.ru/Theory/pid-re...-praktikov.html
Используя вот эти формулы:
u(t) = P (t) + I (t) + D (t);
P (t) = Kp * e (t);
I (t) = I (t — 1) + Ki * e (t);
D (t) = Kd * {e (t) — e (t — 1)};
В моем понимании дифф. часть (не накапливается как интегральная ) а воспроизводит как бы *тормозящий эффект* на суммарное воздействие.
Правильно ли я понимаю?
И еще вопросик,а как правильно выбрать (рассчитать, подобрать) момент начала торможения?
Из вашего совета я понял что тормозить надо противовключением?

[Tanya]

хочу сказать что пружина очень жесткая.
понял что 8 битного пика мало. Решил взять 16 бит пик.

Пружина - это хорошо.
А поняли Вы неправильно.
Вам еще надо бы поставить шунт для измерения тока. И поискать по форуму.
Такое много раз уже обсуждалось.

[IgorTT]

Пружина - это хорошо.
А поняли Вы неправильно.
Вам еще надо бы поставить шунт для измерения тока. И поискать по форуму.
Такое много раз уже обсуждалось.

По поводу 8 бит пика
Время перемещения между позициями на 50% мощности составляет 100 мс.
А время измерения и расчета угла 3,1 мс. А еще расчет воздействия и скорость на 100% мощности , вот из этих выводов я понял что необходимо 16 бит. да по шустрее. Я могу ошибаться и хотел бы узнать где я не прав.
Балластный резистор стоит я же привёл диаграмму тока.
Все 23 страниц я просмотрел.
А чем пружина хорошо?
Спасибо.

[Tanya]

А время измерения и расчета угла 3,1 мс. А еще расчет воздействия и скорость на 100% мощности , вот из этих

Все 23 страниц я просмотрел.

А чем пружина хорошо?

Почему и что Вы так долго измеряете?
Какие Вы посмотрели страницы, непонятно.
Пружина хороша тем, что создает точку равновесия. Если она там, где я ее придумала.
А шунт нужен для того, чтобы управлять током, а не напряжением... ШИМом или как-нибудь еще. Момент ведь пропорционален току. А напряжению мешает противоэдс.

[amaora]

IgorTT
Для избавления от таких вопросов полезно будет попробовать численно моделировать (в matlab, в C, можно даже на бумаге) двойной интегратор, добавить обратную связь и смотреть на фазовые траектории.

[IgorTT]

Добрый день.

Почему и что Вы так долго измеряете?

два измерения АЦП занимают 50мкс.
Все остальное расчет угла тета.
 APS00B_PS.pdf ( 601.91 килобайт ) Кол-во скачиваний: 340


amaora
буду разбираться, спасибо.

[Tanya]

Добрый день.

два измерения АЦП занимают 50мкс.
Все остальное расчет угла тета.

А почему так долго? Таблицы не используете?
Могу Вам еще посоветовать. Для перескока из одного состояния в другое включаете мотор на полную и интегрируете ток до табличного значения. Потом включаете ПИД. С интегральным членом из таблицы.
Если поставить еще один простой датчик до редуктора?

[Herz]

Добрый день.

два измерения АЦП занимают 50мкс.
Все остальное расчет угла тета.

Просто невероятно долго. Что за ПИК, частота, алгоритм? Уверен, что никакого 16-разрядного не нужно.

[IgorTT]

Просто невероятно долго. Что за ПИК, частота, алгоритм? Уверен, что никакого 16-разрядного не нужно.

Поигравшись настройками, время одного преобразования снизилось до 8мкс .
Но меня больше волнует вот эта функция:
double atan (double x);
потом для удобства я перевожу из радиан в угол.
и всё это занимает около 2мс.
мк. PIC18F4680,OSC=32MHz.
По поводу алгоритма немного не понял? Что именно надо

[Tanya]

double atan (double x);
потом для удобства я перевожу из радиан в угол.

Что Вы во что переводите и зачем?
А Вы нарисуйте эту функцию на бумаге...

[IgorTT]

Что Вы во что переводите и зачем?
А Вы нарисуйте эту функцию на бумаге...

Для определения положения (угол тета) по датчику холла необходимо решить вот это:
VoutA = Vs*S*sin(2θ) + VosA,
VoutB = Vs*S*cos(2θ) + VosB
для решения необходимо взять arctan отношения напруг.
в добавок результат я получаю в радианах , перевожу в градусы.
Я ещё точно не определился с какой точностью необходимо получать результат :град,минут,секунд или еще точнее.
аргумент функции меняется в пределах: 0,61 - 40,66
А можете объяснить по поводу бумаги?
Вы имеете в виду пересчитать вручную и построить таблицу? Или я опять не правильно всё понял?

[Tanya]

аргумент функции меняется в пределах: 0,61 - 40,66
А можете объяснить по поводу бумаги?
Вы имеете в виду пересчитать вручную и построить таблицу? Или я опять не правильно всё понял?

На бумаге видно, что максимальная производная меньше единицы - медленно меняется - легко аппроксимируется. Еще легче - кусочно. Вам же нужны какие-то фиксированные точки финиша?