Задача:стабилизировать скорость вращения двигателя постоянного тока при изменении нагрузки. Двигатель соеденён с тахогенератором с которого снимаются показания скорости вращения,соответственно при изменении нагрузки изменяется и скорость. Необходимо контролировать изменение скорости без существенных колебаний и скачков скорости. С помочью чего можно осуществить такую стабилизацию?
Заранее спасибо.

Гуглите и изучайте ПИД-регулирование.

Введите отрицательную обратную связь по скорости. Как - написано в любом учебнике
по теории электропривода. А тип регулятора- не обязательно ПИД, Если диапазон регулирования небольшой и статическая точность поддержания скорости не высока вполне может подойти и П-регулятор.

Практика показывает, что, во многих случаях, для стабилизации скорости вращения ДПТ требуется
ПИ-регулятор. Только П-регулятора, как правило, недостаточно, а ПИД-регулятор - часто уже избыточен.

Я полностью с вами согласенн. Вопрос, какие требования к электроприводу.
Можно и двухконтурную систему подчиненного регулирования,с внутренним контуром тока сделать.

интересно, я конечно не Копенгаген, но причем здесь контур тока, вроде, теория регулирования, все это рассматривает в общем виде....а контуры тока, я слышал для ЭМУ ( электромашинный усилитель ), крайне эффективная весч, применяется сплошь и рядом
в артустановках ВМФ и тд и тп...

Это вопрос не ко мне, а к топикстартеру. Что он там собирается крутить и каков характер
нагрузки - нам пока не известно...

А теория (подтвержденная практикой...) подсказывает, что отказываться от Д-компоненты в данном случае нет ни причин, ни необходимости... Особенно если учесть, что -
"Необходимо контролировать изменение скорости без существенных колебаний и скачков скорости.",
и то, что никаких дополнительных ресурсов для этого не нужно, а также то, что Д-компонента скорости в данном случае пропорциональна моменту. Поэтому, то, что даже в Копенгагене момент двигателя постоянного тока пропорционален току, линеаризует при местной токовой обратной связи управляющее воздействие, устраняя противоЭДС и изменение сопротивления обмотки и делая закон управления "натуральным", особенно при наличии Д-компоненты.

Tanya, я же не утверждал категорически, что Д-компонента не нужна. Просто, исходя из опыта применения
приводов (не только моего), можно сказать, что, реально, ненулевая Д-компонента требуется достаточно редко.
Пока не оглашены требования к приводу, эта дискуссия не имеет перспективы.

А где и когда она мешает - вредит? Она всегда уменьшает колебания, будучи правильно подобрана. Именно это просили...
Раз вопрос задан в общем виде, то и ответы адекватны... и даже нарочито вычурны, намекают на поиск по форуму.

Да ничем не вредит и не мешает. Коэффициент занулить всегда можно, при необходимости.
Только ресурсов требует для реализации в приводе - аппаратных и/или программных.
Когда считаешь каждую копейку в себестоимости, это имеет значение...
А так - ни каких противопоказаний.

Я бы уточнил, что если нагрузка постоянна, от Д канала, действительно будет мало толку. Однако, если нагрузка изменяется скачкообразно, можно здорово сократить переходной процесс.
А что имеется в виду под локальной обратной связью по току ? Измерять ток (т.е. момент) двигателя и использовать его в расчете воздействия - это понятно, а вот локально стабилизировать момент, это мне не понятно для чего.

Так сколько же стоит еще один член в сумме в Ваших программных ресурсах?
"Я лучше в баре Вам Вам буду продавать ананадифференциальные члены..".

Для вычисления производной обычно надо хранить последние N отсчетов, потому, что разница между соседними невелика и приводит к лишним шумам в результате, плюс фильтр нижних частот. В итоге часть, относящаяся к Д каналу, получается обычно не меньше всего остального ПИ хозяйства. В маленьком каком PICе может и возникнуть проблема.

Все бы Вам шутки шутить... Член в сумме особо ничего не стоит. Плюс еще добавляется
дополнительный код для настройки этого параметра. Иначе толку от этого члена будет мало.
В итоге - переход к следующей модели процессора с большей памятью, которая на NN центов
дороже. Со всеми "накрутками" на себестоимость и налогами, это вызовет увеличение цены
как минимум на NN*10 центов. Что приведет к снижению объема продаж и уменьшению прибыли.
Стоимость члена в годовом выпуске может оказаться сопоставимой с чьей-то зарплатой.

Зачем все хранить? При простейшем усреднении достаточно одного -k-го. Вот и весь фильтр. А цена ПИКов как-то странно зависит от памяти и других ресурсов. Скорее (сильнее) от его старости...


Уговорили - наймусь к Вам убирать лишние члены из кода.

Всегда рады новым членам в коллективе...

Да почему ж только для ЭМУ? Классическая двухконтурная система управления ЭП
включает в себя внутренний контур тока (обратная связь по току) и внешний контур скорости
(оьратная связь по скорости). Бывает и трехконтурные системы управления, еще с обраной связью по ЭДС якоря.

Это называется системой подчинённого управления (когда есть больше одного вложенного контура обратной связи).
В электроприводе - это классика жанра.

Как бы это ни называлось, оно будет работать если "скорость" внутренней петли намного больше, чем у внешней.
Концепция разных времен... быстрое и медленное...


Не сразу заметила Ваш вопрос.
Имеется в виду примерно такая схема.
Есть ПИД (или не ПИД) регулятор, входом которого является рассогласование скорости, а выход которого идет не (схематически) интегратор, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный току с обратным знаком, естественно.
Выход интегратора управляет посредством ШИМа или без оного мотором (напряжением). Таким образом получается управление моментом, а не Бог знает чем. На пальцах - чтобы изменить скорость на некоторую величину (ее вычисляет основная система управления) нужно добавить (вычесть) пропорциональную величину интеграла от момента. Что и имеем.

А, я что-то такое и подумал. Но это не есть универсальная система. Во многих случаях, например, при переменной нагрузке, она будет только затягивать переходной процесс. Я бы стал вводить информацию о токе в вычисление воздействия на напряжение на моторе (единственный параметр, который в итоге регулируется). С информацией о токе можно, например, быстро определить то же изменение нагрузки до того, как за счет инерции начнет заметно уходить скорость. Понятия о петлях, как я пониаю, идут с времен чисто аналоговых, порой механических петель регулирования.

Это почти универсальная система. Вы можете вводить информацию о токе в систему управления, а можете и не вводить...
Тут речь идет о том, что правильно все линеаризуется. И при переменной нагрузке не будет никакого затягивания при правильном управлении. Петля - не мой термин. Еще раз повторю, что интегратор (обратная связь по току) должен работать быстрее основной системы управления, тогда получается управление по моменту. И интегратор я не стесняюсь ставить аналоговый. А его выход можно прямо на компаратор. Шим сам собой получится. С равномерным заполнением.

С какой стати "она уменьшает колебания"?
Она ускоряет реакцию контура, компенсируя второй полюс объекта и позволяя поэтому уменьшить постоянную времени контура регулирования. А будут ли колебания и в каком объеме зависит от целей настройки. Можно настроить и так и эдак, и с Д и без Д.

Так я и пишу "будучи правильно настроена". У автора нагрузка меняется - он так писал. Вот и получается. В смысле средней скорости за определенное время. С Д - лучше. О чем Вы и пишете другими словами. Или нет?

Прежде всего, аналоговые системы обычно быстрее цифровых, в смысле минимизации задержек в петле, и ставить высокоскоростной процессор и АЦП/ЦАП только ради регулирования тока - это даже сейчас стрельба из пушки по воробьям. По-хорошему, нужен потактовый ШИМ, а в аналоге при регулировании тока он делается проще. Иногда это не особо нужно, но представьте, что Вам нужно нормально отрабатывать КЗ в этом же контуре. Да и задача регулирования скорости и задача компенсации изменения нагрузки обычно разделены по частоте, как мне кажется.



Нет, я пишу о другом. Как мне кажется, Вы утверждали, что главное предназначение Д - это уменьшить колебания. Я не согласен. Главное его предназначение - ускорить реакцию, а уменьшение колебаний обычно вылазит как премия, в результате того, что более быстрая реакция позволяет проще уложиться в требования без излишних колебаний.

Это Вам показалось. Именно Вашу премию и имела в виду. Обычно... можно даже доводить до быстрых колебаний малой амплитуды, убирая большие медленные.

В свете локальной петли я понял Ваш спор с @Arkом. При управлении моментом Д канал необходим для обеспечения быстродействия, эквивалентного режиму управления напряжением. Устойчивость пока выносим за скобки.

Дело в том, что увеличение частоты дискретизации (скорости срабатывания обратной связи) в простейшем
ПИ-регуляторе, оказывает примерно такой же эффект, как введение D-компонеты. То есть, в случае ДПТ,
который сам обладает механичекой инерцией, и, как правило, связан с еще более инерционным приводом
(механическим редуктором, например), использование D-компоненты оказывается излишним... Возможно,
только в каких-то особых случаях это имеет значение...

Не зря, системы авторегулирования занимают целый курс и очень диссертабельны... Стемясь повысить точность и быстродействие контура регулирования мы всегда рискуем получить автоколебания.
А что нужно в данном конкретном случае? Может, механическая система не так уж сложна или инерционна? Может, требуемая точность стабилизации не так уж высока? Достаточно простой обратной связи по току?
Пусть система будет статичной, пусть будет заметная погрешность, но будет просто?
Во всяком случае, мой знакомый стабилизировал скорость дремеля и шуруповерта без всякого мудрствования с ПИД - регулированием. Хотя, по долгу службы, неплохо эти основы усвоил.

Вы хотите нас запутать или себя? Частота дискретизации никак не может влиять на закон управления, если мы правильно пишем программы.


Тут нужно добавить. Можно, возможно(?), еще улучшить стабилизацию, если использовать мостовую схему, которая выделяет противоЭДС (она же - скорость вращения) и стабилизирует ее разность с задатчиком, который есть выход ПИД( или другого) регулятора, на вход которого идет тахогенератор. Только он должен быть медленный. Второй регулятор. Это несколько лучше, чем стабилизатор напряжения. Это - особенность моторов. В печках, например, температура = скорость, ток мотора = мощность нагревателя (ток*напряжение), то что я писала раньше можно применять, а вот мост - нет. так как аналогия не полная. Дармовой тахогенерато в двигателе дает преимущества, но и имеет недостатки. Преимущество в том, что можно пассивными методами подстабилизировать скорость. А недостаток в том, что он не очень точный. Поэтому, для точных применений может быть и вреден. И щетки еще всякие там...

Может, если частота дискретизации ограничена железом, а не программой. Железный S/H добавляет в характеристику системы нуль, если он окажется недостаточно высокочастотным, чтобы его безболезненно игнорировать - его нужно учитывать в характеристике объекта и, соответственно, при проектировании регулятора. А так как обычно стоимость железа является неубывающей функцией частоты дискретизации, минимизация частоты этого нуля при сохранении работоспособности системы бывает одной из целей проекта.

Говоря проще, всегда хочется сделать частоту дискретизации поменьше, но ограничивает нас в этом желании только ухудшение характеристик системы.



Энтропия отрицательной не бывает. Поэтому никакой дополнительный датчик не может ухудшить систему, при правильной настройке. Так что написанное - тавтология.

IMHO правильно писать, что в некоторых случаях дополнительный датчик скорости бывает очень полезен по сравнению с дифференцированием сигнала положения. Так как операция дифференцирования положения усиливает высокочастотные ошибки, а тахометр - нет.




Ну разумеется, идеальный вычислитель общего вида при правильной настройке заведомо не хуже какой угодно частной схемы. Хотя бы потому, что он может реализовать эту частную схему самостоятельно.
Лучше быть богатым и здоровым...
Вот только интуитивно настраивать петли проще, чем алгоритмы общего вида с кучей связанных параметров с неочевидным влиянием на результат. Поэтому к вычислителю общего вида нужно добавить еще и проектировщика общего вида.



Это как?
Мы про ДПТ рассуждаем?

Нет-нет, запутать не хотел. Программы мы пишем правильно, поcкольку они правильно работают.
Возможно, не совсем точно изложил свою мысль...
Я имел ввиду совершенно конкретный способ реализации ПИ-регулятора, который применяется в самом простейшем (бюджетном) варианте реализации привода для ДТП. В данном случае, все делается программно. Ни каких специальных тахометров в системе нет, а измерение скорости производится по противоэдс двигателя, для чего периодически делаются небольшие измерительные паузы, в процессе генерации ШИМ. Далее, по результату измерений, производятся вычисления, итогом которых является новое значение для ШИМ-генератора, до момента следующего измерения. Чем чаще (до определенной степени) мы производим измерения и коррекцию текущего значения ШИМ, тем лучшее качество регулирования получаем. По моему, это достаточно очевидно.
Получаемое таким методом качество регулирования скорости, вполне достаточно для многих практических применений. Но существует другая проблема. Можно достаточно точно настроить ПИ-регулятор на конкретное, фиксированное значение скорости. Но для всего рабочего диапазона используемых скоростей настройки могут существенно различаться. Мне посоветовали ввести обратно пропорциональную зависимость коэффициентов регулятора от скорости. Что Вы думаете по этому поводу?

Интересно, по какой причине?
В линейной модели они отличаться не могут. Значит, это отличие вызвано какими-то нелинейностями. Какими же именно?

В верхних контурах систем подчиненного регулирования Д бесполезно, тут я согласен. Так как внутренний контур если настроен оптимально - он настроен так, чтобы Д на верхнем уровне было бесполезно.

По факту они отличаются. Зависимость оптимальных коэффициентов от задаваемой скорости получается совсем не линейная. Особенно это заметно в области малых скоростей.

Может быть стоит потратить время на осмысления причин возникновения этой нелинейности?
Может быть просто что-то не заметили?
И IMHO статические нелинейности проще линеаризовывать явно, а не крутить все коэффициенты скопом.

Вот как раз наоборот. Именно инерционность объекта регулирования и можно скомпенсировать, правда не всегда, с помощью D-компоненты. Особенно при наличии необходимости "И" компоненты (близкий пример- петля ФАПЧ). С точки зрения как устойчивости системы, так и качества регулирования. Последнее, в т. ч. и неоднократно упоминавшаяся здесь "скорость" (?) есть вещь субъективная, зависящая от конкретных требований к системе. Ту же самую скорость, или быстродействие, можно трактовать и как время установления системы и как скорость нарастания, и то и это может быть превалирующим в требованиях. Или даже просто как частотный диапазон, в следящей системе, к примеру.

Так причины, в первом приближении, понятны. Скорость вращения ДПТ не линейно зависит от ШИМ даже при постоянной нагрузке, и совсем без нее. Вопрос как с этим бороться? Ведь задача не том, чтобы настроить конкретную систему, а сделать достаточно универсальное решение, которое будет пригодно для многих ДПТ, которые, к тому же, изначально неизвестно как нагружены.

Мне можете это не рассказывать - 6 семестров ТАУ + диссер по специальности электропривод (Политех, ФТК, САУ):-)
А называется именно так как я и сказал, без вариантов.

Задача, с которой столкнулся на практике Джеймс Уатт со своим центробежным регулятором поршневой паровой машины. Некоторые машины, на которые нагружались ткацкие станки во множестве, работали устойчиво и даже апериодически, а некоторые- вовсе неустойчиво. Попытки теоретического решения привели к созданию ТАР, насколько мне склероз не изменяет. И что- то я не помню там универсальных решений.

Совершенно непонятно. Ваша "постоянная нагрузка" на самом деле вентиляторная, когда момент зависит квадратично от скорости?

Нет уж, давайте называть вещи своими именами. Скорость вращения ДПТ - это совершенно конкретная измеряемая величина, в оборотах в секунду. Пользователю обычно требуется, чтобы реальная скорость двигателя отличалась от им заданной не более чем на столько-то процентов. При известном характере меняющейся нагрузки, естественно.
То есть, привод должен не допускать выход скорости за определенный, заданный коридор.
Почему-то многие считают, что качество регулирования определяется временем, которое необходимо регулятору для возвращения в обозначенный коридор после какого-то возмущающего воздействия на систему. С моей точки зрения, это совершенно не верная постановка задачи. Регулятор, в идеале, в принципе не должен допускать выход регулируемой величины за пределы разрешенного коридора.

Я подразумевал рассуждения о "скорости" системы регулирования. А ваша скорость вращения- это, вообще, параметр, который Вам нужно стабилизировать. У Вас скорость, а у кого- то- температура. В принципе, контур регулирования может быть совершенно идентичен.


В принципе, в общем, такое невозможно.

Про качество регулирования в ТАР целые романсы написаны. И даже отдельный раздел существует по этому поводу. Критерии качества- вот это и есть вещь субъективная, с точки зрения различия требований в разных условиях.

Это процесс вероятностный, хоть если заложить достаточно много сигм - вероятность выхода из коридора будет близка к нулю.
Вот только требование невыхода из коридора - это только одно из требований, которое может вступать в противоречие с другими требованиями. В конце концов любое решение - это компромисс между желаниями и возможностями. Если коридор связан с требованиями безопасности - он сверхважен, если нет - иногда можно и пожертвовать ради иных параметров системы.

ИМХО просто стоит различать динамическую и статическую погрешность...

В моем конкретном случае, "универсальность" решения достигается достаточно простым способом. Привод настраивается пользователем на конкретный двигатель и конкретную нагрузку, путем изменения коэффициентов ПИ-регулятора, непосредственно, в процессе работы привода. Для фиксированного значения скорости получается вполне приемлемый результат. Проблема в том, что для других значений задаваемой скорости эти настройки могут быть уже не оптимальными.

Характер нагрузки изначально не известен, в этом все дело. Можно пойти от обратного, обозначив для каких случаев данное решение будет приемлемо, а для каких - нет.

Когда я говорил о невыходе за пределы коридора, то сделал существенную оговорку - при известном характере нагрузки. То есть, когда внешние воздействия не превышают каких-то определеных значений, то регулятор может и должен обеспечить невыход из коридора регулируемой величины. Без всяких вероятностей. В реальности же, конечно, могут и превысить. Тогда можно говорить о вероятностях. И будет иметь значение время возвращения регулируемого параметра в заданный коридор...

Ну а если молотком по нагрузке ударят? Тоже должна остаться в "коридоре"?
А если обратный маятник повесят на вал?
От нагрузки идет обратная связь через момент на валу, и без её учета задача решения не имеет.
Боюсь, количество возможных типов нагрузки превышает ваши способности как разработчика.

Говоря про "невыход из коридора" не забывайте про шумы, которые неизбежны и часто имеют гауссово распределение.

Как-то пессимистично звучит... Типовых случаев, по моему, предостаточно. Нет задачи объять необъятное...

Ну так можете заняться их классификацией. Тоже ведь общественно-полезная деятельность...
Сделаете - можно будет обсудить, почему в таком-то случае система оказывается нелинейной.

а в учебниках по ТАР в качестве примеров разве не описываются типовые контуры регулирования ДПТ с нагрузкой? Вроде в Бесекерском было раньше.

В данном случае, интересуют не типовые контуры управления, а типовые нагрузки и их характер...