Пид регулятор на измение сигнала с датчика
(резкое , почти ступенчатое) иногда (не всегда!) выдает 3-4 колебания., потом процесс стабилизируется.

Постоянная времени собственных колебаний-объекта регулирования
0.9с, запаздывание управляющих воздействий- 200мс

это "голый" контур. потом поверх" навешиваются"
поправки коэффициентов от блока анализа внешних условий работы.

Колебания происходят даже тогда когда все поправки выключены и коэффициенты постоянны и условия работы не меняются.

критерии настройки считались по Зиглеру- Никольсу, т.е измерялся
критический коэфф. усиления в различных режимах
и период установившихся колебаний.


При анализе было видно, что при затухающих колебаниях выходной сигнал регулятора имеет
очень большую амплитуду.
Основным звеном которое дает вклад к такому резкому выходному является дифференциальное звено. Однако если его постоянную времени ( коэффициент передачи ) убавлять,чтобы колебаний в переходном процессе не возникало- тогда появляются колебания сверхнизкой частоты- примерно 8-10с то есть 9-11 периодов собственных колебаний объекта.

Я подумал что я как-то не так считаю скорость изменения сигнала с датчика для выявления его
дифференциальной составляющей.

При внимательном изучении разнообразных источников пришел у выводу, что имеются различия между "пропорциональными" например на операционниках и дискретными регуляторами.

Если рассматривать классическое дифференцирующее звено на RC- цепочке
например, то видно что ПОСЛЕ того как прошел фронт сигнала
через него , конденсатор разряжается через резистор с постоянной времени кратной RC
и оставляет после себя какой-то "след" в выходном сигнале, даже тогда, когда скорость входного сигнала равна 0.
Здесь слова "постоянная времени" еще имеют "временной" смысл.
, В дискретном варианте как мне кажется это получается фактически коэффициент передачи на выход "скоростной" " составляющей входного сигнала.


В дискретном же виде , например в атмеловском апноуте (AVR211), в качестве критерия скорости берется разница между двух отсчетов сигнала с датчика, или ошибки. то есть после прекращения изменения сигнала на входе дифференциальная составляющая резко обрывается
( время ее действия составляет 1 отсчет)

Верно ли это?

может имеет смысл имитировать
реальный конденсатор?

также нашел у себя некоторый глюк- дифференциальная составляющая для уменьшения пульсаций во выходном сигнале бралась не за 1 отсчет (20мс) а за 10 что приводило к некоторым задержкам фазы в дифф сосотавляющей .

Соответственно и минимальное время "выдачи"
дифф. составляющей в выходном сигнале
было 200 мс.

Что представляет из себя объект регулирования?
Если это Ваш обычный БПЛА, то голый аппарат от отклонения рулей до угла отклонения корпуса (или угла атаки - щас не помню) описывается колебательным звеном второго порядка с затуханием. Метод Циглера-Николса был придуман для апериодического звена с запаздыванием (RC-цепочка это типичное апериодическое звено). Не исключено, что возможная причина - в некорректном применении методики настройки.



Нужно не конденсатор имитировать, а ограничивать полосу пропускания дифференциатора на высоких частотах. По следующим причинам. Дифф. звено в частотной области представляет собой усилитель, коэффициент усиления которого нарастает с частотой. Как правило, полоса полезного сигнала с датчика ограничена некоторой небольшой частотой. Все компоненты, которые выше этой частоты - всевозможые шумы. Кроме дифференцирования полезного сигнала дифф.звено будет усиливать шумовые компоненты. Для того, чтобы эти компоненты исключить, после дифференциатора рекомендуется ставить НЧ-фильтр первого или второго порядка с частотой среза, превышающей ширину полосы сигнала.

NickNich, спасибо большое!

Ага, глюки в канале тангажа вылезли когда пошли резкие изменения полетной скорости в сторону уменьшения- когда газ сбрасывается или когда идет достаточно крутое пикирование, потом переход в набор высоты. вылезло все это при автоматизированном управлении - (когда рулишь кнопками-) тогда фиксированно задаются воздействия увеличить угол тангажа или уменьшить.

если включить удержание полетной скорости, то вручную набор/сброс высоты получается очень медленным, т.к аппарат очень легко "гонится" - 3-4 градуса тангажа вниз и уже + 40 км/ч, и соответственно так же легко тормозится

причем в установившемся режиме все гладко- ничего не трясет . постоянная времени дифференцирования не меняется от полетной скорости, меняется только коэфф. передачи общий и пределы ограничения интегратора.


"Метод Циглера-Николса был придуман для апериодического звена с запаздыванием (RC-цепочка это типичное апериодическое звено). Не исключено, что возможная причина - в некорректном применении методики настройки."

А какие есть методы настройки в нашем случае ? ( источники, которые я читал, описывают или метод колебаний, или реакцию на скачок входного воздействия, с целью выявить инерционные характеристики объекта.

Возможно оттуда растут ноги и у ультра низких колебаний горизонта при отключенной дифф составляющей...

По поводу фильтра за дифференциатором- да, надо бы ввести.. хотя он и сам по себе получается - (из рулевой машинки - она не быстрая )
Поэтому я и сделал изначально 200мс интервал чтобы не было лишних вч выбросов в управляющем сигнале- только жрать больше будет привод, а все равно не отработает.

Меня собственно поставил в тупик тот факт что переходная характеристика разомкнутого дискретного регулятора отличается от по виду от "аналоговой" хотя наверно интеграл от управляющего воздействия похоже один и тот же- только в аналоговом виде управляющий сигнал растянут по времени, а в дискретном- по амплитуде

если мы ставим фильтр после дифференцирующего звена в каком- либо виде- получается, мы таким образом и имитируем увеличение протяженности управляющего сигнала во времени, ну и вч составляющие давим...

мне интересно разобраться "в физике" процессов регулирования..

Как в этом случае организуется контур? Поддерживается только скорость изменения тангажа? Что является датчиком скорости - гироскоп? Аппарат по крену стабилизирован? Сцылка может быть полезной... Кстати, у Вас рулевая машина охвачена совей собственной обратной связью или включена в общий контур управления?


Установившийся режим - это просто подержка тангажа около нулевого значения?


Методы ручной настройки ПИД-регуляторов рассчитаны на относительно простые объекты управления. Для вашей задачи целесообразно построить передаточную характеристику аппарата, и по записям из его рабочих режимов восстановить ее коэффициенты. А потом - проектировать контур управления под конкретную задачу, не завязываясь на универсальные ПИД-регуляторы. Скорее всего структура регулятора будет похожа на ПИД, но коэффициенты рассчитаются правильнее...



В дискретном форма производной - правильнее . Сигнал бы и в аналоговом виде по амплитуде растянулся, но у него амплитуда ограничена источником питания, а в цифре - разрядной сеткой.


Правильно. Если выписать х-ку такого дифференциатора, то она бкдет выглядеть как последовательное включение усилителя (с коэффициентом усиления, равным постоянной времени), идеального дифференциатора и НЧ-фильтра первого порядка. То же самое нужно делать и в цифре (только без усилителя ).

в каких-то последних журналах СТА были статьи как раз на эту тему. там много полезного, в сжатом виде и довольно простым языком объясняется различие меж идеальным регулятором и реальной жизнью.

Попытайтесь смоделировать в Матлабовском Симулинке.
Если сможете разработать достаточно точную модель объекта - то все неприятные эффекты должны будут проявиться на модели и, возможно, появятся идеи, как их устранить.

ПИД регулятор не для всякого объекта подходит.

2 LordN : а что это за журналы, поподробнее можно? у них есть сайт?


Тангаж при автоматизированном управлении задается дискретно: вверх - + 20 градусов, вниз -12.
при резкой перекладке и возникают колебания.
Установившийся режим- не обязательно 0. При наборе или снижении также нет колебаний. (при наборе регулятор "антисваливания" также выводит двигатель на полный газ, если воздушная скорость упала ниже минимальной для этого угла).

Сцылку видел уже, довольно давно, меня она убедила в простоте алгоритмов для "больших" автопилотов, фактически ПД по крену и тангажу, и ПИД по курсу

А как выглядит передаточная функция в общем виде для нашего случая и как ее можно измерить? я считал, что это очень сложно- получить ее в явном виде, поэтому и сделал упор на Зиглера с Никольсом - я думал что эта методика этакая универсальная и применима почти для всех объектов, где ПИД может работать , и еще- практически везде в фирменных автопилотах используются ПИД регуляторы... другое дело что коэффициенты надо разные для разных режимов- но это уже отдельная тема ...

Т.е. управление соответствует тому, что к текущему значению угла тангажа прибавляется 20 градусов и это подается на решулятор? Тогда поведение вполне объяснимо - в системе начинается переходный процесс, т.к. задающее воздейсвтие представляет собой обычную ступеньку. Тут есть несколько вариантов выхода. Первый - пересчитать коэффициенты регулятора так, чтобы колебания были полностью задемпфированы. Для этого понадобится информация о количесвтенных значениях параметров передаточной функции БПЛА. Второй - сделать переход на заданный режим тангажа более плавным, лучьше - непрерывно дифференцируемым. Тогда все переходные процессы будут связаны со скачками в старших (второй и выше) производных задающего сигнала.


Т.е. установившийся режим - это полет с постоянным или медленно меняющимся тангажем? Отсутствие колебаний в этом режиме укладывается в содержание абзаца, написанного выше.


На самом деле по тангажу там тоже ПИД, т.к. управление делается по углу атаки, этот угол связан с углом наклона скорости к горизонту, а их сумма равна углу тангажа (это все при наличии стабилизации по крену). Лучший совет здесь - найдите учебник по механике полета, посмотрите как там описываются контура стабилизации. Например - какая-нить из книг Боднера В.А. "Теория автоматического управления полетом" или "Системы управления летательными аппаратами".


В первом приближении передаточная х-ка выглядит как у колебательного контура - колебательное звено с затуханием. Коэффициенты подбираются по измеренным значениям входа и выхода, чтобы отклик модели на измеренное входное воздействие был максимально похож на измеренный отклик реальной системы. Более подробно -см. книжки выше.

У вас же есть расчетчики, которые Вам планер считают? Попросите их, пусть они напишут систему уравнений (с численными коэффициентами) связывающие отклонение рулей с углом тангажа. А потом его линеаризуют - вот и будет у Вас нулевое приближение передаточной функции БПЛА.

http://cta.ru/