Это зависимости чего от чего?

Ось абцисс - время.
Ось ординат - угловая скорость на валу двигателя, сейчас на нем закреплен и энкодер.

Да, и еще: у меня 8-разрядный PWM. Сейчас снял характеристику зависимости угловой скорости вала двигателя от значения в регистре PWM. Вот что получилось (прикрепленный рисунок). По-моему разрешающая способность такого решения низка, может быть использовать 16-разрядный PWM? Может быть это улучшит работу привода...

Заведите обратную связь по скорости не с энкодера, а с двигателя... Для малых скоростей, само собой, разрядности маловато. Или напряжение уменьшить, либо разрядность повысить. Но и это будет не лучшим решением. Какая у Вас частота ШИМа? Кроме всего прочего, Если управлять напряжением, а не током, то противоэдс мешает. Еще подумайте над тем, что в стационарном режиме почти все управляющее воздействие живет в интегральном члене. Оцените потребную разрядность вычислений.
Я, лично, люблю аналоговые интеграторы...

4096 Гц

Гм, но ведь согласно закону Ома ток будет пропорционален напряжению, значит, управляя напряжением, мы также будем управлять и током, или я что-то путаю?

Из за их быстродействия? Но ведь придется городить управление с цифрового МК для аналогового интегратора... а это лишние звенья в цепи...

1. Управляйте ТОКОМ. Заведите ос. по току и регулируйте его пропорциональным регулятором.
2. Сделайте токоограничение.
3. Давайте проведем идентификацию двигателя (с.м. приложеный файл)
Для определения коэффициентов проделайте по 5-10 аналогичных опытов для определения каждого значения. Затем усредните результат.

Гм, теперь, наверно только уже в понедельник смогу вернуться к работе... У меня тут уже вечер и суббота
Большое спасибо за помощь!!!
З.Ы. Все равно не понятно, почему именно по току нужно управлять... ведь ток и напряжение взаимосвязаны... ток будем мерить шунтом, через падение напряжения...

Потому, что двигатель немного отличается от резистора...
Еще подумайте на тему...
Если обратная связь по току, то стабилизируется (контролируется) момент - вторая производная от положения, если по интегралу тока (заряду), то получается управление по скорости - первой производной...
Чтобы позиционироваться точно, чем легче управлять...?
А аналоговый интегратор чем хорош... - разрядностью... динамическим диапазоном... его тоже можно ШИМом подкармливать...
И сигнал с двигателя интегрироваться будет намного лучше, чем контроллером. Но если Вы не умеете их готовить, то и не беритесь...

Залез в свой архив. Авторы лучших, ИМХО, учебников по приводу Чиликин М.Г. и Ключев В.И. поищите их на просторах Сети.
Очень советую - "Теория автоматизированного электропривода" М.Г. Чиликин В.И. Ключев А.С. Сандлер

"Жесткость" или точность привода зависит от многих факторов. Порой не обращаешь на мелочи,
а в итоге оказывается в них и причина. Допустим не достаточное силовое напряжение .,
или же "вялый" двигатель(у которого размагнитились магниты), или же просто с не соответствущими
параметрами, а также точность обратной связи должно быть достаточным(энкодер и т.п.) и т.д. и все это может привести к таким колебаниям. Я делал блок управления для коллекторного двигателя на
Atmega16, я сразу же в схему включил 4кнопочки и ЖК дисплей для оперативного изменения
коэфициентов(можно и через COM все это делать). Время ТИКА управления, нормально это 1-5мсек..
Управление обыкновенное ПИД.

У меня время тика 3 мс. Отладочная консоль на RS232, коэффициенты могу легко изменять. Можно чуть подробнее по Вашему приводу, ну хотя бы разрашение энкодера в имп. на оборот? Как со стабильностью?

Энкодер я использовал ВЕ178А5 1000имп./об., общераспространенный энкодер. Потом детектор
направления(учетверитель) я там мельком прочитал, что у вас пропускает импульсы или еще что-то,
это тоже не хорошо. Представь, резкий разгон или реверс, а он у вас не считает и все, обратной
связи нет. А схема очень простого, но очень хорошего делается на трех лог. элементах. И еще,
здесь правильно было замечено, люфтов двигатель-датчик не должно быть. Стабильность
нормальная, испытывал на небольшом ЧПУ станке. Формула управления стандартная общепринятая.
И дополнительно обратные связи по току(на АЦП) для ограничения, для время-ток и максимальный ток.
А также защита по превышении скорости, время-скорость. И еще что-то не помню. Делал на Atmega16
(сейчас отличные микроконтроллеры есть dsPIC фирмы Microchip: 16р. ШИМ 4 канала, входной
аппаратный детектор направления с буферным счетчиком и отличная система команд(и не дорого)).
Входные цепи для дататчика и задания делал аппаратно.Т.е. Энкодер-учетверитель-реверсивные
счетчики-регистр->МК. И задание тоже ЧПУ(выдавал частоту т.е. как на управление шаговым двигателем) реверсивные счетчики-регистры->МК. А потом вычислялось разность этих данных и
так далее.

Iptash, спасибо за информацию!
2 all:
увеличил частоту шима до 31250 Гц. Вроде чуть лучше стало. Ну и пожалуй нашлось одно упущение, на которое раньше внимание не обратил: низкая частота, на которой были проблемы, является наименьшей частотой, на которой способен вращаться двигатель. Т.е. уже ниже ротор останавливается, даже без нагрузки. Естественно запаса не было. Чуть поднял выше планку наименьшей частоты привода, стало значительно лучше. Время отклика уменьшилось. Замеры не производил. Тут у нас уже вечер, домой хочется) Еще, может быть, попробую увеличить разрядность шима до 10 бит. Уважаемая Tanya говорила, что это может помочь. Токовое управление сейчас городить сложно. Хочется обойтись тем, что уже сделал. Но все советы, изложенные здесь это задел на будущее. Тема электропривода мне интересна, да и поле деятельности есть. Так что в будущих конструкциях (надеюсь они будут) буду делать грамотнее.

PhX, книгу Чаликина взял в нашей библиотеке. Информации для размышления много. Но плохо воспринимается мной. Возможно из за того, что мало примеров. Чувствую всю необходимую информацию придется собирать по крупицам из инета, книг, из советов и тп...

Спасибо Вам всем!!!

К нам как то с лекцией приезжали Московские друзья, помоему с приводной техники. Так вот
они говорили, что они практическим путем установили, что оптимальная частота ШИМ это 4000Гц.
Увеличев частоту вы уменьшили КПД двигателя и динамические характеристики всего привода в целом.
Вот вы как бы и "притупили" привод и прикратились колебания. Но боюсь, что это ложный путь.
Разрядность ШИМ тоже не маловажная вещь.

Было когда-то вот такое

Я здесь оговорился. Не трех лог. элементах, а трех лог. микросхемах.

_Pasha, спасибо! Верну назад) Блин, все-таки как же мало у меня знаний! И литературы полно, английский не пугает, а все равно грабли, грабли и еще раз грабли... И microchip'овские доки читал, они много полезного по схемотехнике дали. И еще что-то... но все равно не сложилось четкого представления... Может быть есть какие-нить аппликейшены, где привод рассматривается на должном уровне именно с программной стороны (алгоритм и тп)?
Или нужно именно по кусочкам собирать все?

DSP Servo Control With the MC68HC16Z1.
Algorithms for Industrial Manipulators.

А чего у них D-звено из другой бочки получает входные данные ?

С отрицательной обратной связью по скорости(демпфирующей).

Обратите внимание, интегральная составляющая регулятора включается при малых скоростях. Имхо, весьма удачное решение! Возьмите на карандаш!

Чтобы не заводился привод, там усреднение есть.
_Pasha, я только разместил объяву.
На этом этапе считаю преждевременной возню с регуляторами,
поскольку не получена передаточнае функция разомкнутой системы.
Типа отклик на ед. воздействие. Там может оказаться такое, что никакой
регулятор не поможет. Если мощности двигателя достаточно, в механике отсутствуют
люфты, избыточное трение и гибкие мех. связи, то обычно хватает простого
PID регулятора и двух контуров ОС - по моменту и положению.
Далее на него наворачивается подчинённость и пр. перекрёстные связи.
Если механика никудышная, а привод недостаточен по тяг. усилию,
контроллер не успевает, то чем регулировать?
Нагрузочная характеристика должна быть гладкой,
усилитель без смещения и мертвой зоны. Где-то так.

Не ругайтесь сильно, но как ее получить? Данных для расчета практически нет. Ну двигатель известен. А звенья манипулятора уже готовые. На них нет ни чертежей, ни какой другой документации. А без этих данных не приведенный момент инерции посчитать, ничего не сделать... Брать штангель, весы и вручную мерить?

Мощности достаточно. Манипулятор заводского производства, не самопал Люфты есть, ибо передачи цилиндрические косозубые и винт-гайка. Гибкие механические связи отсутствуют.

Раз по моменту, значит все-таки ток мерить нужно..., верно? Как не хотелось, а, видимо придется... Для связи по положению хватит такого "грубого" энкодера, как у меня?


evgeny_ch и _Pasha отдельный респект!!!
Вы прямо живые энциклопедии!!!)

Вам нужно в режиме без ОС осуществлять пуск-стоп (реверс) привода, и одновременно смотреть
сигнал на выходе схемы управления. Потом анализировать результат.Люфт образует гистерезис для
ОС, поэтому ваш регулятор будет выдавать полное управляющее воздействие на привод, с
последущим колебательным процессом после начала движения (выборки люфта).
Поэтому передачи сервоприводов либо отсутствуют, либо безлюфтовые.
Ток нужно мерять всегда, поскольку привод манипуляторов не работает со 100% загрузкой, и его можно форсировать, получая при этом лучшее быстродействие и производительность. Защита от какого-то сигнала должна срабатывать.
Как пример можно привести регулирование момента закручивания винтов сборочным манипулятором, там осуществляется прямое управление моментом.
Разрешающая способность энкодера будет определять точность позиционирования и качество регулирования.
Обычно принимается 5-10 дискрет энкодера на одну дискрету координаты.

Осваивайте моделировалки - vissim или лучше simulink матлабовский, поскольку если Вы планируете занималься в дальнейшем САУ приводов хорошая моделировалка это второй инструмент после хорошей головы. =)
Идентификация линейных звеньев (гистерезисом пока принебрежем, до него еще докатимся, потом) проводится так: на вход механики подается тестовый сигнал (момент(ток)), обычно это синусойды с разной частотой, либо множество ступенек. Для каждого тестового сигнала снимается отклик (положение с энкодера, скорость тахогенератора и.т.п). В моделировалке на основании информации о передаточных функциях мех. звеньев привода (из Чиликина) подбираются параметры этих передаточных функций, т.е. такие перед. функции, которые при аналогичных входных воздействиях дают аналогичные отклики.

p.s. Вы, кстати, какие требования к приводу предъявляете? Попробуйте сформулировать их как можно четче, а то у Вас задача уж очень расплывчатая.

Т.е. разорвать ОС, например отключить энкодер и посмотреть выход СУ, т.е., например, ШИМ-> ток на двигателе?

Но если энкодер посадить на вал двигателя, то люфтами можно прнебречь, они лишь скажутся на точности позиционирования звена.

Понятно. Значит будем измерять ток. Достаточно ли будет в разрыв двигателя включить резистор небольшого сопротивления (0.1 - 0.5 Ом) и с него ОУ брать значение тока? Схема управления двигателя мостовая, на базе L298.

Ага, понятно.


я за Simulink

Для коллекторника наверно нужно разные моменты подавать. Синусоиду он не пережует
Еще смущает слово подбирать, это значит подбирать вручную или процесс можно максимально автоматизировать? Просто сейчас подбор у меня ассоциируется ручным подбором коэффициентов.

Чуть чуть позже сформулирую!

Для определения электромагнитной постоянной (L/R) (лучший метод экспериментальный)- двигатель зажимают (чтобы не ерзал). Подают ступеньки и по осцилоскопу смотрят переходный процесс. Время до 0.65 от установившегося значения тока и есть постоянная времени.
Электромеханическую постоянную можно посчитать, но это не очень актуально, т.к. настройка привода будет компромисной с учетом механики (люфты, ограниченная жесткость). Дело в том, что механика - это не просто интегратор от скорости в положение, а гораздо круче, чем даже модель двигателя.

Ну если использовать замкнутый контур тока, с достаточно большим коэффициентом усиления, задумоваться о электромагнитной постоянной практически не придется.

Механика, это в первом приближении, тупо J(dw/dt), для многих случаев.
Для других случаев это две массы с упругой связью.
Далее добавляем гистерезис...
Для очень точных систем нелинейное трение...
А если сложнее, то проще механику поменять, чтобы описывалать первым или вторым случаем.
Тут пока нужно рассматривать первый случай.

Это так, но с устойчивостью контура тока могут быть проблемы (например, из-за нелинейностей в режиме прерывистых токов меняется передаточная функция с апериодической на пропорциональное звено). Не забываем про противоэдс, если ее не компенсируем.


Так.


Могут быть и 3-х массовые и т.д.



Если интересно, могу накидать структуру.

Могу ли я применить для контроля тока (момента) схему дифференциального усилителя? Вот примерно, как на рисунке. Выход усилителя буду заводить на АЦП ATmega168.

Можно. Подумайте насчет гальванических развязок (может они не нужны, а может нужны).

Как и обещал, формулирую требования к приводу: хотелось бы, чтобы привода работал в двух независимых друг от друга режимах, конечно только в одном из них в один момент времени. Режимы:
1. Только стабилизация угловой скорости, без привязки к координатам, например для стабилизации вращения шпиндельной головки. Там не нужно знать, сколько прошли, нужно поддерживать определенную угловую скорость. В этом режим должно задаваться желаемое ускорение (профиль трапезоидальный, как один из простых), и стабилизируемая скорость (ну это само собой).
2. Режим позиционирования. При вращении вала двигателя для достижения заданной координаты используется также режим 1 внутри этого (2) режима. Т.е. при перемещении в точку разгоняемся с заданным ускорением, достигаем какой-то заданной скорости, плавно тормозим и приходим в желаемую точку. Далее в этой точки стоим и не даем себя сдвинуть, те сопротивляемся возмущениям.

Ну вот примерно и все...

У Linear Technology есть более интересная схема,
даёт больше функциональных возможностей. Ваша схема не
позволит диагностировать состояние плеч моста.

Можно использовать готовые микросхемы усилители тока , например Analog Devices
Если делать на "россыпи" ,то будет примерно так http://www.awenwen.com/gb/doc/DMC550.pdf

А какие преимущества у дифусилителя перед схемой измерения тока истока нижних транзисторов?
упс, evgeny_ch опередил.
PS: или перед ir2172

У меня монолитная L298. Не получится вклиниться в плечи мостов.


Я думаю, что желательны.

Развязки нужны если используете несколько двигателей. При выборе развязки обратите внимание на
CMR (Common Mode Rejection). Он должен быть не хуже 15 kV/ms

Нет, у меня на один привод - один двигатель.

Больше не буду.
Токовые мониторы от TI.
Products Tagged with current sensing.
Должна быть возможность мерять ток, протекающий в источник,
при работе двигателя в генераторном режиме .
Что не исключает измерения тока в цепи "земли".

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

Мне кажется лучше ток "снимать" с шунта включенный по питанию, обычно в GND, во первых
ты сразу контролируешь сквозной ток во вторых полярность выходного тока у тебя постоянный,
независимо от вращения.

[color=#000000]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.

Точно.
Для понимания проблем нарисовал структурку одной массы.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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.

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

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

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.

Да, стоящий ресурс!

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.