Здравствуйте!

Возможно, кто-нибудь из вас сталкивался с подобной проблемой.

Проблема вот в чем. Делаю блок управления электронным дросселем автомобиля. По сути это сервопривод с коллекторным мотором, понижающим редуктором и датчиком (переменный резистор) на выходном валу. Конструкция, аналогичная авиамодельной сервомашинке - только в 10 раз мощнее.

Соответственно, мотор заслонки управляется с микроконтроллера при помощи ШИМ сигнала.

Реализован "классический" алгоритм ПИД-регулятора, вот кусок си-кода:



Где, angle - требуемое положение, servo_pos - фактическое положение сервы
сооветственно Cn - выход на ШИМ, ki kd kp - коэффициента ПИДа.

Алгоритм работоспособен, заслонка поворачивается и с хорошей точностью попадает на заданное положение.

НО. У нее есть как-бы люфт. То есть, если нажать на заслонку пальцем - она сначала поворачивается, потом из-за накопления ошибки I-звена плавно возвращается на заданное положение. Такое ощущение что недостаточно большой коэффициент P.
Но проблема в том, что любое дальнейшее увеличение любого коэффициента приводит к "раскачке" системы - возникает довольно длительный переходный процесс, или вообще незатухающие колебания.
Так же был опробован "частотный" метод подбора коэффициентов ПИДа - безрезультатно. Заслонка работает, но есть "люфт".

Проблема не в "механике". Точно на той же плате и заслонке абсолютно нормально работает "заводской" софт, у заслонки "люфта" нет вообще. То есть, проблема явно в реализации алгоритма.

Подскажите, пожалуйста - в какую сторону копать... Вообще, применим ли пид в подобных системах?

Сдаётся мне никто не будет разбираться с вашим замечательным кодом.
Надо сделать математическую модель вашей системы, определить полюса и нули, построить её ЛАФЧХ, и исходя из полученных результатов моделировать параметры корректора.
Если мне не изменяет память, у такого привода имеется полюс второго порядка, определяемый в основном моментом инерции ротора.
Вот с этой напастью и следует бороться.
То что заслонка не пытается возвратиться сразу в заданное положение, говорит о недостаточности дифференцирующей составляющей в корректоре.
PS/ Вот уж не думал что автомобильная дроссельная заслонка управляется так сложно.

попробуйте добавлять шумы к servo_pos, когда заслонка почти закрылась

Там есть особенности..
1. Есть порог тока двигателя - вместе с трением дает люфт. Данный выше совет выше про шум полезен тут.
2. Интегральный член после перехода в новое положение равновесия должен равняться нулю - отсюда колебания. Но в процессе движения он накапливается.
Вот попробуйте приложить постоянную силу к заслонке... Или пружинку. Или током...
3. Скорость лучше извлекать из противоЭДС двигателя.
4. Если следить за током двигателя, то можно следить за моментом - ускорением. Простой ШИМ не дает "правильного" момента, т.к. есть противоЭДС.
-----------
Попробуйте сначала убрать интегральный член.
Почитайте у Microchip application note по поводу управления перевернутым маятником...

Сдаётся мне никто не будет разбираться с вашим замечательным кодом.

Это обычный PID. В коде ошибок нет, т.к. на нем нормально работают несколько других алгоритмов - например, положение регулятора холостого хода, стабилизация давления наддува и т.п. То есть в работоспособности кода сомнений нет.
Вопрос в том, применим ли "классический" пид для такого сервопривода.


попробуйте добавлять шумы к servo_pos, когда заслонка почти закрылась

Спасибо, сегодня попробую!

Вот попробуйте приложить постоянную силу к заслонке... Или пружинку. Или током...

В заслонке уже стоит пружина, довольно мощная. При снятии питания заслонка принудительно закрывается на угол, соответствующий оборотам при 30кмч на второй передаче.

3. Скорость лучше извлекать из противоЭДС двигателя.

Нереально. Стоит задача повторить "заводской" алгоритм управления, используемый в серийных авто. Там аппаратная часть вполне определенная, и не подразумевает измерение противо-ЭДС.

Попробуйте сначала убрать интегральный член.
Почитайте у Microchip application note по поводу управления перевернутым маятником...

Без интегрального члена возникает ошибка, связанная с наличием пружины. То есть переходный процесс при закрытии заслонки имеет другую форму чем при открытии. С интегралом все одинаково.

Собственно, кусочек кода в первом сообщение это и есть микрочиповский код

С пружиной все должно работать...
А ток в аппаратной части измеряется? А про противоЭДС Вы уверены?

По противо эдс уверен. Схема очень примитивна, я ее "срисовывал" с Bosch'евского "мозга".
Ток не измеряется, есть только сигнал "превышение тока".

У меня такое ощущение возникает, что:
- есть некий уровень шима для удержания заслонки в определенном положении. Определяется усилием пружины.
- и есть некий аддитивный коэффициент для "страгивания" заслонки с этого положения - компенсация трения покоя
Возможно ли что к выходу ПИДа нужно просто прибавлять или вычитать (в зависимости от направления движания) этот коэффициент?


И еще вопрос В некоторых аппнотах упоминается про такой регулятор (PIV):

То есть, сначала компенсируется разница в скорости вращения, потом положения.
В чем плюсы по сравнению с ПИДом? Как я понимаю, Velocity error - это по сути "вид сбоку" на D-звено?

Так я не сомневаюсь что сама программа рабочая, я сомневаюсь в том что параметры "обычного" пида выбраны верно.

Я бы еще раз проверила про противоЭДС. Ведь это самый правильный метод измерения скорости. А раз есть сигнал превышения тока, значит он как-то измеряется...
Вообще говоря, у Вас простейшая колебательная система с одной степенью свободы, которую Вы можете моделировать даже на бумажке. Трение покоя убирается пружиной - честь ей и хвала. А то трение, которое против скорости направлено, только полезно.
Еще подумайте, что ПИД не предназначен для "правильной" отработки больших невязок.
Еще над тем, что конечный момент (ток) есть однозначная функция от положения (опять спасибо пружине).
И эта функция известна заранее. И в равновесии (при нулевой невязке и ее производной) все управляющее воздействие содержится в интегральном члене. Должно.

Не совсем так. Это лишь реализация дифференциальной составляющей ПИДа, как вы верно сами подметили.
Ни в чём - т.к. это обычный ПИД.
Единственный бонус - это то что вам не нужно считать производную положения и иметь радость фильтровать её.
Т.е. плюс один - меньше математики в алгоритме.
И то это возможно лишь при наличии датчика скорости, что собственно может являться также и минусом ввиду усложнения-удорожания конструкции.

Совершенно верно.
Прежде, чем бросаться крутить ручки втёмную желательно познакомиться с объектом управления.
Нужно узнать его Ке, электрическую и электромеханическую постоянные.
По ходу ознакомления нарисуются Lя – индуктивность якоря, Rя – сопротивление якоря.
Если механическая и электрическая постоянные разнесены на порядок, то объект управления можно условно считать звеном первого порядка, при условии, что влияние электрической постоянной будет глубоко закопано на (-12 – (-20))дБ полосы авторегулирования. Естественно, я надеюсь, туда уже закопана и частота ШИМ.
Тогда мы имеем дело только с электромеханической постоянной, звеном первого порядка, для которого применяем корректирующее ПИ – звено. Не ПИД!
Д – может сбить Вас с толку, запутать, причём с Вашим счастьем, это сделается легко.

Тут Вам советовали завести дополнительную верёвку по ЭДС, хотя это и не предусмотрено в «оригинале».
Хочу напомнить, что ОС по ЭДС вращения для коллекторных машин может быть замечена, когда её значение превышает падение напряжения на щётках.
U = E + I*Rя + Uщ.

U – напряжене, приложенное к машине.
E – ЭДС.
I – ток.
Rя – сопротивление якоря.
Uщ – дифференциальное падение напряжения на щётках.

Совершенно очевидно, что при определённых моментах (токах) нагрузки и «малых или ползучих» оборотах вала, ЭДС «прячется» за падением напряжения на щётках.
Начиная с каких-то «эффективных» оборотов вала и дружественных токов нагрузки, ЭДС «выходит из тени», но погрешность её измерения столь велика, что сводит на пшик все потуги измерения.
ОС по ЭДС эффективно применять для скоростей средних и выше. При этом погрешность измерения, в любом случае, оставляет желать лучшего, да и сам метод измерения скорости вращения вала по ЭДС есть дерьмо, в сравнении с классическим методом измерения по специализированным для этого случая датчикам (тах, импульсный датчик и т.д.)
Не забываем, что задача про сервак, то есть – основная работа в районе «ползучих» скоростей, где ЭДС не сыскать и днём с огнём.

Теперь про пружину.
Ту её так хвалили, что пройти мимо этих од сложно.
Смотрите, пружина как нагрузка есть колебательное звено, звено второго порядка.
Об этом не следует забывать.
Если её резонансная частота (не дай бох) попадает в полосу авторегулирования, то с этим нужно, что-то делать, это нужно обязательно учесть.
Либо сузить полосу, так чтобы закопать резонанс пружины глубоко под 0дБ, либо вводить корректирующее Д-звено (вот оно – то самое счастье), так чтобы наклон разомкнутой ЛАЧХ пересекал 0дБ усиления под углом -20дБ/дек. Тут Вам крепко «повезло», ибо не во всех случаях удаётся справиться с норовистыми пружинами с помощью простого ПИДа.
Но будем надеяться, что редуктор ослабит её дурное влияние.

Почти во всем с Вами согласна.
Но... не могу молчать...
ЭДС можно и нужно измерять при нулевом токе - в паузах ШИМа.
Пружина же (не зря ее там поставили) приводит к тому, что момент и ток в равновесии не равен нулю. Более того, он может быть заранее приблизительно известен. Поэтому при больших скачках... мы заранее примерно знаем финальное значение тока, и можем включать И-компоненту с этим значением вблизи точки равновесия на фазовой плоскости.
Что до собственных колебаний пружины, то согласна с Вами. Но колебания всей механической системы - не повод для расстройства. Трение придает оптимизм. И превращает окружность (эллипс) на фазовой плоскости в спираль...
Еще можно вспомнить, что можно (и нужно) тормозить двигателем в паузах ЩИМа вблизи точки равновесия. Стандартные драйверы это предусматривают.

PS
Забыл сказать про редуктор.
Не доведи хоспадя, если редуктор имеет механический люфт!
Это означает, что ОС по положению не жесткая в ноле, «в люфте» привязана на рзиночке.
Качания при условно широкой (нужной для эффективного регулирования) полосе авторегулирования и эффективном усилении обеспечены автоматом.
Про датчик положения.
Лучше всего поставить инкрементальный датчик на валу двигателя, - самое идеальное снятие ОС и эффективное управление – непосредственное воздействие на объект управления, с которого снимается ОС.
Ваш потенциометр стоит на валу редуктора, что уже не есть хорошо, а больше плохо.
Редуктор значительно ослабляет значение ОС (воздействуем на двигатель, а ОС снимаем с редуктора, ошибка регулирования начинает теряться в шумах), делая замкнутую систему вялой и «мягкой».

А ТС написал, что пружина возвращает заслонку в некоторое нулевое положение при обесточенном двигателе.
Отсюда можно найти еще одну полезную функцию пружины - устранение люфта. Еще замечу, что при "простом" управлении ШИМом противоЭДС уменьшает ток и момент пропорционально скорости. Таким образом имеется еще одно "трение".

Такой метод имеет место быть при условии разрывных токов в нагрузке.
То есть, при достаточно низкой частоте ШИМ и не превышающих определённых значений (заведомо известных) моментах на валу.
В противном случае, из-за непрерывного тока в двигателе, ЭДС нам не видать, как своих ушей, - Ldi/dt скроет её за своей широкой спиной.
Такое стечение предварительных условий наносит определённые ограничения на применимость данного метода.
О пагубном влиянии щёток, что имеет место быть и в данном методе, мы так же знаем.



Да, но в момент сервоуправления в «ноле» и при имеющемся люфте ОС болтается на резинке (пружина) – очень «полезно».
Завидую разработчику, на которого свалилось такое «счастье».




Вот это не осилил понять.
Как это?

Не болтается, а лежит на механическом упоре (опоре).

Очень просто - если ШИМ выдает (в среднем) напряжение, то движение (скорость) дает противоЭДС, уменьшая ток и момент. Все это пересчитывается в силу, пропорциональную и противоположную скорости - жидкое терние.
Тут опять пружина помогает косвенно.

Динамическое торможение может быть полезно, как один из видов торможения.
Но торможения и только, а не как вмешательство в функцию авторегулирования, дабы облегчить себе жизнь.
Такое облегчение мнимое. По моему скромному мнению, машину нельзя душить синхронным выпрямителем, даже если её индуктивность помогает машине не делать резких реверансов во время пассивного (дин. торм.) такта ШИМ
Мы так старались, разгоняли машину в активном такте ШИМ, а в пассивном взяли и тормознули, тем самым введя дополнительные потери.
Конечно, авторегулятор увидит нашу глупость, и скомпенсирует её.
При этом система вынуждена будет тратить запас своей энергии и интеллекта на компенсацию нашей «гениальности».
Естественно, она (система) заметно потеряет жесткость и точность.
Станет более вялой, нежели была при классическом ШИМе (ключ/диод).





Нет, как раз болтается, потому как управляется, а не стоит, как истукан.

Момент в двигателе зависит только от тока, протекающего через него, и больше ни от чего не зависит. Это справедливо для всех случаев, от ХХ до "КЗ" (перегруза) по моменту.
Даже если двигатель остановить за вал насильно, всё напряжение питания приложится к Rя, за вычетом щёток, при этом двигатель будет развивать момент М = Км*I.
Заметьте, ЭДС в этом случае = 0.
Не в целях поехидничать, - уверен, Вы это хорошо знаете и без меня, но напомню:

U = E + I*Rя + Uщ.

U – напряжене, приложенное к машине.
E – ЭДС.
I – ток.
Rя – сопротивление якоря.
Uщ – дифференциальное падение напряжения на щётках.

Вот несогласна. Со всем.
Совсем.
Но могу даже поиграть немного на Вашей стороне - такое торможение нагреет двигатель и драйвер.
Я, однако, предлагала включать такое торможение только вблизи равновесия.
А по Вашему тексту... Ранее Вы сетовали на осцилляторный характер механической нагрузки, а теперь Вам трение не нравится. А если бы там механический демпфер стоял, тоже было бы плохо? Про энергию... Ее в любом случае нужно терять - чтобы привести маятник в новое положение и остановить там, нужно прикладывать "отрицательную" силу.
Если драйвер может крутить в обе стороны, то можно не тормозить "тупой" диссипацией, но все равно - в конечном итоге придется скорость погасить, если мы хотим быстро доехать...
У Вас есть машина? Пользуетесь тормозами, или рассчитываете импульс очень точно и включаете задний ход с рекуперацией - будем думать, что у Вас электромобиль, а трением пренебрежем.
Думается, что у ТС драйвер может только в одну сторону крутить...
Тут еще такое дело - какая у нас целевая функция - энергию экономим, или время. Или очень точно хотим.
Или некоторую комбинацию. От этого-то все и тянется.


Не пойму тогда, зачем Вы это все пишите. И еще второй раз.
Думаю, что не управляется - ток там, наверняка, только в одну сторону может течь.

Есть подозрение, что мы разъехались в разные направления.
Контраргументируем об одном и том же, но всё же о разном.
Это хорошо заметно из текстов.

Серво по определению должно подразумевать четырёхквадрантное управление.
А там, как известно, динамическое торможение не катит, - только противовключение (ошибка «+» (ОС «над заданием» - диагональ - «А»), ошибка «-» (ОС «под заданием» - диагональ «Б»),
Замечу, классические четырёхквадрантные системы (ШИМ, ФАЗА и т.д.) так и работают.
Так же замечу – мощные классические усилители даже и не знают, что такое динамическое торможение в каждом такте ШИМ.
Про динамическое торможение знают, когда нужно просто остановиться.
Так же они умеют, если нужно очень быстро, останавливаться с помощью противовключения.

А у меня нет.

Не знаю никаких таких определений. Вот в данном случае пружину поставили, а не шаговый двигатель, что как бы намекает...
А в общем случае. Вот температурой тоже управляют одним лишь регулятором нагревателя. Почти всегда. Кроме эл-тов Пельтье. И живут же с этим.

Тут все маломощное. Иначе не ставили бы пружину, так ненавистную Вам.
А при обратном включении на скорости можно все совсем пожечь... Драйвер, мотор.
Или проигравшего в соревновании на дубовость.
Еще раз повторю - хотим быстро - набираем избыточную скорость, а потом тормозим. Набираем энергию, а потом убираем ее. Но в этой штучке с пружиной ток пропорционален отклонению от нуля, а мощность квадратично. И это их не пугает. Авторов этого всего. Не думаю о них плохо и не думаю, что они плохо думали.

Вы не поняли, «ноль» означает достигнутый результат, т.е. – ошибка равна нолю, но «ноль» - понятие относительное, - «задание» 3В = «ОС» 3В, «задание» 5В = «ОС» 5В.
Видим достигнутый результат – ошибка = 0.
То есть, ноль может бать достигнут при любом положении заслонки.
Абсолютных нолей не бывает, ПИ звено всегда найдёт повод «поискать» «ноль»,
даже выполнив наше задание, оно будет выдавать ошибку либо +, либо - , балансируя вокруг ноля (абсолютного).

Ну... ноль очень многозначное слов.
Тогда объясните, пожалуйста, почему Вы считаете, что в Вашем "нуле" будет болтанка. Если вспомнить, что пружина убирает люфт.
... Кстати, небольшая болтанка иногда даже полезна с точки зрения скорости.

Очень просто.

«Абсолютных нолей не бывает, ПИ звено всегда найдёт повод «поискать» «ноль»,
даже выполнив наше задание, оно будет выдавать ошибку либо +, либо - , балансируя вокруг ноля (абсолютного).»

А теперь, представьте себе, что ноль заехал в область люфта.
Теперь наша ОС болтается на резинке (пружина).
В одну сторону пружина противится, в другую помогает, при этом пружина имеет собственный резонанс.
Если авторегулятор в состоянии отработать такое поведение пружины, или возмущение со стороны пружины будет достаточно слабое, то вероятность успеха возможна.
В такой ситуации пружина может помочь, но может и навредить.
Всё зависит от того, как рассчитан авторегулятор и т.д.


Не понимаю болтанок по скорости – это признак неконтролируемого ускорения, - с чем призван бороться авторегулятор, когда ОС по скорости не совпадает с заданием.

PS

А Вы что, действительно не слыхали о 4Q - четырёхквадрантном управлении?

Непонятно, зачем Вы это пишете так подчеркнуто. Хотите открыть мне глаза?


Пружинка убирает люфт. Не согласны?

Забудем пока о собственных колебаниях пружины...

А что тут такого сложного. Вот в термостатах теплоотдача является "пружиной" и это не мешает сотням миллионов терморегуляторов работать. Наверное, они все как-то рассчитаны.


Иногда делаю специально колебания или близко к этому... Для увеличения скорости реакции.. Если частота высокая, то хорошо.

Я обычно думаю о фазовом пространстве. Или плоскости. Там есть квадранты. Эти?

Теперь понятно.
Вы, скорее всего, «тепловик», - очень уважаю таких специалистов.
Это белые воротнички, на фоне нас – лехтроно-железячников.
Зачастую Вы решаете задачу с медленно протекающими процессами.
В основном работаете с одноквадрантными авторегуляторами.
Т.е. – нашли ошибку (-) – авторегулятор надавил на гашетку (+), свел ошибку в ноль или слегка перекомпенсировал, и всё, курим до тех пор пока параметр не «упадёт» на чувствительный уровень ошибки ниже задания по естественной характеристике, затем повторяемся по тому же кругу.
Так можно управлять и электрической машиной в одноквадрантном режиме.
Т.е. Включили, разогнали до уровня задания, поддерживаем скорость с помощью ошибки, которая в этом случае всегда отрицательна (ОС под заданием).

А тепер представте себе, что нагрузка захотела вдруг опередить установленную скорость вращения вала или задача требует снижения скорости строго (согласно) изменению задания по определённому закону.
Что делать?
Пусть вал ускоряется, если ему так хочется или пусть привод останавливается по своей естественной характеристике?
Нет, не пусть.
Для этого случая у нас в запасе имеется 4Q управление (полный мост и возможность адекватного, с нужной амплитудой, в нужный момент противовключения, если того пожелает авторегулятор).
Теперь легко понять, откуда появились четыре квадранта.

Все Вы путаете... Если даже представить себе регулятор температуры, то он ничем не отличается от механики.
Вот если при данной температуре нужно ее снизить, то воздействие должно уменьшится. В Вашем случае (скорость или положение) оно меняет знак, а для терморегулятора уменьшается, но если за нуль взять установившееся значение, то тоже получится смена знака.
P.S. Уравнения одинаковые - значит и регулятор может быть одинаковый.
А я не только температуру могу регулировать..

Нет, не путаю.
Ваша температура спадает по естественной характеристике (не принудительно, а как получится). У вас нет мощного холодильника (специального тормоза), который бы вместо нагрузки достаточно быстро отбирал на себя «лишнее» (перерегулированное) тепло и от нагрузки и от внешней среды (хотя никто не мешает вам иметь такой холодильник киловатт на сто, к примеру). Естественное остывание это не тормоз, а самонакат.
Вы можете только греть, а остывает нагрузка самостоятельно.
А у меня есть 4Q. Что даёт возможность эффективно отбирать кинетическую энергию от машины.
Я могу давить на газ «вперёд» и давить на газ «назад», когда еду вперёд или действовать так же адекватно при езде назад, что намного эффективнее обычного тормоза (динамического торможения).
Видите разницу? Езда вперёд и назад - понятие относительное.
Задание "+" (едем вперёд) но держим скорость согласно задания, независимо от знака возмущения +/- на валу двигателя или +/-приращения задания в секторе "+" задания. Тут мы отработали два квадранта.
Задание "-" (едем назад) но держим скорость согласно задания, независимо от знака возмущения +/- на валу двигателя или +/-приращения задания в секторе "-" задания . Тут мы отработали остальные два квадранта.
Итого - 4Q.

А уравнения действительно одинаковые, и регуляторы тоже одинаковые.
Только у вас нет полного моста для нагрузки, как у меня, который дает и отбирает.
Ваш авторегулятор не четырёхквадрантный, а мой таки да.

Разницу вижу только в наших мозгах.

И это хорошо!
Иначе – скукатишша.

Но разницу между 1Q и 4Q вы таки не видите.
Если хотите, постараюсь объяснить ещё медленнее и подробнее.
А Вы имели удовольствие делать серво, скажем, привода подачи ЧПУ?

Уже, действительно, становится скучно... Вот представьте себе печь, нагретую почти до предельной температуры по мощности нагревателя. Скорость нагрева равна скорости охлаждения. Если я выключу нагрев, то с какой скоростью будет охлаждаться? А если включу на полную мощность?
Подумайте о квадрантах.
С механикой имею дело. Только не пойму, почему Вы спрашиваете.

А если не равна, но очень надо, а если надо остудить быстрее, чем нагрели, а если остужать хочу по заданию мне необходимому или по траектории, которую мне надо, а не по той, которую захотела печь по собственному усмотрению.
Вы владеете властью над нагревом, можете ускорить нагрев, учтя инерцию печи, и только.
А вот остудить печечку так, как Вы хотите, у Вас власти нет.
Печка будет остывать без вашего участия, так как ей позволят исходные условия, но не Вы. Повторюсь – у Вас нет возможности отобрать энергию у печи по заданию, как Вы хотите.
Вы не можете нагревателем охлаждать печь, а я могу нагревателем именно «охлаждать» электрическую машину.

Огромное спасибо всем за советы по теме!

Попробую дополнить дискуссию некоторыми фактами.

Во-первых, пробовал добавить шум к сигналу. Результат нулевой.

Появилась идея, что сигнал с АЦП нужно сильно оверсемплить, повышая точность входных данных. Возможно, заводской блок управления делает именно так.

Пружина в дросселе СИЛЬНАЯ. Очень сильная. И частота ее собственных колебаний как раз лежит в диапазоне работы регулятора.

Положение дросселя "холостой ход" ДВС как раз соответствует "болтающейся" заслонке. То есть пружина возващяет дроссель не на упор, а примерно на 10% открытия. И она в этом положении свободно "болтается".

Пружина люфт конечно компенсирует, но из-за нее в момент смены направления движения возникает большая нелинейность - т.к при "компенсации люфта" движение быстрое, а дальше нет.

Пока что проблема решается (как временная "затычка", лишь бы клиентская машина хоть как-то ездила) ПИДом из первого поста, на который наложены 2 таблицы следующего плана:
X-фактическое положение заслонки
Y-желаемое открытие заслонки
Z- поправка к ШИМу

Соответственно одна таблица на открытие, вторая на закрытие "газа".

Это кривой способ, имеющий определенные недостатки, поэтому я пока еще в поиске понимания, как же сделать нормальный регулятор.
Сложность с таблицей заключается в абсолютной невозможности правильно отстроить все коэффициенты, слишком много факторов на них влияющих.

Кстати, забыл сказать - сложность задачи еще в том, что на заслонку влияет поток газа через дроссель. То есть, чем ближе к холостому ходу - тем больше разряжение во впускном коллекторе, и тем сильнее заслонка "присасывается" к закрытому состоянию...

Сдается , что у Вас получилась система с положительной обратной связью. Попробуйте развернуть сигнал ОС на 180°.

Нет, авторегулятор работает в нужном направлении, он таки отрабатывает траекторию задания и пытается возразить внешнему возмущению.
Просто когда привод «шатает», то, как правило, исчерпан запас устойчивости по фазе и магнитуде.




Попробуйте, если не сложно, предоставить упрощённую схему силовой части.
А то я в толк не возьму, что там за топология.

Вы заблуждаетесь. Вы тоже не можете произвольно менять энергию, - мощности не хватит или разрушится все.
Не нужно пустых слов. Вы признаете (но не осознаете пока), что уравнения одинаковые - уже хорошо.
а как называются буковки в формулах - совершенно не важно.


Такое пишете - чудеса...
Если пружина сильная, то ее частота колебаний собственная где-то в звуковом диапазоне. Вы под собственной частотой что понимаете?
То. что Вы называете болтающейся заслонкой - это при потоке газа, который "усиливает" пружину?
Люфт может возникать только в точке, когда пружина в свободном состоянии, а Вы пишете про смену знака скорости.
Попробуйте измерить ток (ШИМ) от равновесного положения.
Что до взбрыкивания ПИДа, то, видно, что знак интеграла у Вас не попутан. про остальное не знаю. Попробуйте отключить интегральный член. Начать с пропорционального. Добавить дифференциальный. А интегральный включать по таблице вблизи точки равновесия.

Приятно, что на форуме собрались грамотные специалисты, с интересом почитал ветку, вспомнил некоторые забытые вещи))
Таня, остывание печки-процесс апериодический, а пружина с ротором это колебательное звено, нельзя их так сравнивать.
Кроме того, если не учитывать пружину, при торможении противовключением двигателя мы можем затормозить в два раза быстрее чем разогнались, и в случае необходимости вернуться обратно с той же скоростью что мы шли в прямом направлении.
Не волнуйтесь, в маломощном приводе не сломается ни ротор, ни редуктор. Кроме того ток ведь можно и ограничить.
Такое вот четырёхквадрантное управление.
А вот с печкой такое возможно только при наличии холодильника той же мощности что и нагреватель.
При управлении двигателем "только в одну сторону", с возвратом в исходное положение пружиной система теряет в динамике, и по сути имеет разные частотные характеристики "туда" и "обратно".
Похожая ситуация возникает в источниках питания при малых нагрузках, когда набрать напряжение на выходе мы можем быстро, а спадать оно будет через малую нагрузку долго-доло-долго. Для меня когда-то это была серьёзная проблема )).
В этом случае хорошо помогает токовая обратная связь, задающая выходной ток, а не напряжение. А собственно нужное напряжене достигается уже медленной внешней ОС с интегратором, дифференциатором или пропорциональным усилителем.. у всех по разному... корректирующим значение необходимого в данный момент тока.
По аналогии в механическом приводе это скорость (или момент? ток, опять же?). Вот её и надо включить во внутреннюю ОС и задавать выходное положение уже не ошибкой по положению, а задачей скорости, которая в свою очередь бюудет задаваться ошибкой положения. Так мне кажется будет правильно.

И мне приятно... Только для малых отклонений, для которых, собственно, ПИД-регулятор и предназначен, никакой разницы нет. То, что максимальное воздействие несимметрично, тоже не играет роли для устойчивости и др. динамических параметров. А ограничение есть всегда, как для механики, так и для тепловых регуляторов, что я и написала. Если бы не было ограничений по мощности, то и нагреватель можно спалить и механику сломать. Или силовую часть электроники. А чтобы ПИД (в классическом виде) работал при больших рассогласованиях нужно искусственно ограничить скорость изменения задающего параметра. Или ограничивать интегральный член, или менять закон регулирования в зависимости от положения на фазовой плоскости. Но это тогда уже не ПИД. А по поводу осцилляторной системы... Введение трения превращает ее в апериодическое звено. Трение тоже может быть "фиктивным" - электронным. Это делает более "притягательным" нуль на фазовой плоскости. Иногда же лучше сделать вокруг нуля устойчивый предельный цикл - быстрые осцилляции. С соответствующим увеличением скорости реакции.
Вот в холодильниках.... с продуктами.
А по поводу "четырехквадрантного" термина... Мне он не нужен.

Как хорошо, что наше признание/непризнание повлиять на формулы могут никак.
А вот на результат таки да.


А энергию, запасённую в махале машины, я легко и просто могу направить (вернуть) обратно в источник (ЗАМЕТЬТЕ, НЕ В АТМОСФЕРУ) – рекуперация называется.

Не пойму, куда делось моё предыдущее послание "палате общин"?

Ну вернете часть, а что это меняет в фазовом пространстве?
И о каком результате, который формулам неподвластен, Вы говорите?

>А вот на результат таки да.

Приветствую приводчика-коллегу !
Вы все излагаете верно - полноквадрантное управление, это единственный путь для управления во всех смыслах.
Таня - таки да, тепловик, хотя немало найдется женщин-специалистов такого уровня
Вот когда тепловики будут использовать одновременно нагреватель и холодильник ( хотя.. уже используют ) - тогда они лучше будут понимать принцип активного управления в каждый момент времени.

Не нужно мне комплиментов. И уровень мой не трогайте.
Вы про уравнения лучше. Про ПИД. Где там отличия печки от моторчика? Где эти квадранты? Если зашкаливает - нет линейного режима и ПИДа в классическом смысле. А пельтье, которые могут тепло туда-сюда - так не очень-то это правильно применять одновременно... почти для всех случаев. Вот к исключениям отнесу измерение малых тепловых потоков - поддержание стабильной температуры в калориметрах. Больше на ум ничего не идет.

В задаче ТС почти "темный лес " с кинематикой, т.е. что и как работает толком не понять.
С другой строны вроде ясно, что задача касается управления оборотами ДВС через датчик педали "газа" и датчик положения др. заслонки.
ТС уже высказал предположение, что его текущий алгоритм возможно не совсем тот.
Как чек, который уже 30 лет за рулем, думаю, что его преположение не лишено оснований.
Рассмотрим основыне режимы движения авто:
разгон - постоянная скорость;
торможение- постоянная скорость.
Т.е. большую часть времени, заслонка дроселя находится в фиксированном положении и лиш иногда это положеие изменяется.
Кроме того, есть такая штука, как тремор, т.е. непроизвольное движение тела, и если система АР его не учитывает, то она уже обречена на болтанку. Это не считая других дестабилизурующих факторов, типа: изменения скорости потока, вибрации, температуры и т.п.
Таким образом можно сказать, что система АР при малых рассторойках, должна стремиться удерживать свое текущее положение (положение равновесия), а при больших расстройках, должна переходить в новое положение равновесия.

Собственно первый пост ТС о том и повествует, что текущее положение равновесия его система удерживает плохо, несмотря на то, что, в целом, измения положения она отслеживает.

Ну, печка от моторчика отличается все-таки.
Хотя это не принципиально для нашей дискуссии.
Ведь звенья одинаковые, уравнения одинаковые, корректирующие цепи одинаковые.
И подходы к решению задач тоже одинаковые, ну почти.
Этого никто и ни разу не отрицал. Так что в ереси прошу не обвинять.

Квадранты следует искать на выходе усилителя ошибки авторегулятора, посмотрите на его реакцию для замкнутой ОС при всех видах возмущений.

Рассчитайте и постройте привод. Топология силы – полный мост, управление 4Q.
Подайте ему на вход в качестве задания по скорости чистый гармонический сигнал, лежащий в полосе авторегулирования, посмотрите на сигнал от датчика ОС. Уверяю Вас, авторегулятор отработает во всех 4Q. При этом сигнал на датчике скорости так же будет гармоническим, той же частоты и фазы.

Для сравнения покажу картинки вариантов управления 1Q и 4Q.

Вот я никак не могу понять, что Вы хотите доказать. И о чем Вы пишете. Что там на картинках? Приведите картинки для малой амплитуды. Картинки неправильные все равно. Сместите их от нуля. А так у Вас не ПИД. Какой в этом смысл?
Выскажитесь прямо разок. В чем состоит Ваша позиция в текущей "дискуссии" ни о чем?

А поговорить?
Вы спрашиваете: "Про ПИД. Где там отличия печки от моторчика? Где эти квадранты? Если зашкаливает - нет линейного режима и ПИДа в классическом смысле. ",
Andron отвечает: "Ну, печка от моторчика отличается все-таки.
Ведь звенья одинаковые, уравнения одинаковые, корректирующие цепи одинаковые"
... нормальная дискуссия.
При малых сигналах ничего принципиально не изменится.

Доказывать ничего не собираюсь, про это доказано нашими пра-пра-пра.
Что там на картинках?
Посмотрите на них внимательно.
На первой картинке, где (обратите внимание) задание лежит в пределах (0 – (+5))В, управление в одну сторону (1Q).
Совершенно очевидно, что кое-где система не отрабатывает задание должным образом.
При отрицательных производных задания регулируемый параметр «скорость» выходит из подчинения, в эти моменты двигатель едет «самонакатом», по естественной характеристике, зависящей от внешних условий, а не от задания.
Так управляется Ваша «печка», только для печки её инерция будет поболе, полоса авторегулирования поуже. Но это не принципиально для дискуссии.

На второй картинке, где (обратите внимание) задание лежит в пределах ((-5) – (+5))В, управление «на все четыре стороны» (4Q).
((-5) – (+5))В выбраны для того, что бы показать общий случай управления по 4Q.
Надеюсь, Вы понимаете, что это не догма. Область задания (от минуса, до плюса) может быть, где угодно, зависит от поставленной задачи.
Там регулируемый параметр «скорость» строго соответствует заданию, при любых знаках производной по заданию.

На картинках легко просматривается реакция авторегулятора (ПИ-звено), смотреть на ШИМ, его «амплитуду» и знак.
Проанализируйте не спеша.
И ещё, сказать, что картинки неправильные – ничего не сказать.
Вы же не студент ПТУ, обоснуёте «неправильность», пожалуйста.

Не знаю, что и сказать. Вы приводите совершенно очевидные картинки. Если нет заднего хода. то назад ехать нельзя... только под горку.
Мы же тут про ПИД говорим? Его нельзя загружать невыполнимыми заданиями. Или перегружать большими скачками.
При чем тут какие-то квадранты? ТС не может получить устойчивый режим. А сколько у него квадрантов неизвестно. А пружинка есть.

В данный, повторяющийся по кругу момент, мы выясняем, что такое (1Q) и (4Q), которые Вам «неизвестны», и которые Вы не признаёте, хотя всё прекрасно понимаете.

Добавлю, что для нужной траектории останова, при сбросе «газа», естественного тормоза может и не хватить (1Q), тогда « мягко и с чувством» врубаем задний ход (но едем вперёд) (4Q), с помощью которого отслеживаем вожделенную траекторию торможения.
Заметьте, что так командует авторегулятор, а не мы.
Он точно знает про знак, амплитуду и фазу, вырабатываемого им воздействия, команды (выделенной ошибки рассогласования).

Если картинки очевидные, то они правильные или нет?

Они тут ни к чему.

Тады - ууууууууууу.

«Не потому, что слаб,
А потому что кровь не греет старых лап!
Ночами долго-долго вою на луну.» (ц)