Schemat płytki ze wzmacniaczami

[Lukaszm]

gdybym chciała połączyć układ całkujący i różniczkujący w PID, to muszą oba działać dla tych samych częstotliwości.

Czemu takich samych?

[bltp]

No bo na przyklad jakbym wzięła układ różniczkujący dla którego 1/R1C1=10kHz i całkujący dla którego 1/R2C2=10kHz i bym przepuściła sygnał o częstotliwości powiedzmy 1kHz, żeby było w zakresie poprawnego różniczkowania(bo mniejszy niż 10kHz), to by mi nie zadziałała poprawnie funkcja całkująca, bo ona działa tylko dla większych częstotliwosci niż 10kHz. Czy to nie tak działa?

[marek1707]

Niestety nie wiem do którego schematu się odnosisz pisząc o wartościach elementów. Na ostatnim np. R1 w ogóle nie ma 🙁 No cóż, wyjdzie pewnie jak typowy projekt studencki. Coś się komuś wydawało i zrobił jak umiał, szkoda.

Trochę martwi mnie to Twoje liczenie. Zwiększasz opornik 10 razy a stała czasowa maleje? Hm, dziwne. W drugim przypadku za to dokładnie odwrotnie...

Co rozumiesz przez "zakres poprawnego różniczkowania"? Czy przyjmujesz za wzorcowe przesuniecie fazy 90° i szukasz częstotliwości przy której to przesunięcie jest jeszcze akceptowalnie bliskie temu?

EDIT: Poza tym w dziedzinie częstotliwości raczej o całkowaniu się nie mówi. Zapuszczając na wejście czysty sygnał sinusoidalny masz do czynienia po prostu z filtrem o pewnej ch-ce częstotliwościowej i fazowej. Na wyjściu (niezależnie od częstotliwości) zawsze dostaniesz sinusoidę (zakładając, że układ jest liniowy, nieprzesterowany) tylko trochę przesuniętą w fazie i zmodyfikowaną w amplitudzie. Od f za to będą zależne amplituda i faza. Układ całkujący pokazuje swoje "całkowanie" raczej w dziedzinie w czasu. Zapuść skok jednostkowy a zobaczysz co to znaczy. Test jednej sinusoidy jest bezużyteczny i na jego podstawie nie możesz określić transmitancji toru - nie możecie w ten sposób badać swoich układów, chyba że zrobicie sweep przez całe pasmo.

[bltp]

Zakres poprawnego różniczkowania czyli ten zakres częstotliwości dla którego amplituda rośnie 20dB/dek, analogicznie dla całkowanie - charakterystyka maleje 20dB/dek.

Rany, faktycznie. Ja nie wiem, jak to policzyłam. W przypadku, gdy w układzie różniczkującym miałabym R2=1M to stała czasowa 10ms.

No tak, faktycznie nie odniosłam sie teraz do schematu tylko przyjęłam, że elementy z indeksami 2 są na pętli sprzężenia zwrotnego.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Lukaszm]

Czy to nie tak działa?

Jeśli mówimy o PID to nie, bo wyjścia poszczególnych członów są ze sobą sumowane. Stałe czasowe dobiera się w zależności od sterowanego obiektu i parametrów regulacji i przebiegów jakie się chce uzyskać.

[marek1707]

No ale przecież to wzmacniacz operacyjny sprawia, że te ch-ki częstotliwościowe są właśnie takie (równo + lub -6dB/oktawę) w całym zakresie pracy. Rozumiem przez to pasmo częstotliwości w których wzmacniacz zachowuje się jak idealny wzmacniacz a elementy dodatkowe nie psują tego. Tu nie masz żadnego załamania ch-ki amplitudowej a tylko jej przesuwanie w górę-dół w zależności od tau. To nie są pasywne filtry RC.

Podobnie z fazą. Wszędzie jest płasko 90° aż do miejsca, gdzie wzmacniacz przestaje wyrabiać czysto technicznie.

Możesz łączyć dowolne człony ze sobą o dowolnych stałych czasowych. Szeregowo lub równolegle do wzmacniacza sumującego (jak w PID). Zawsze zadziała i nic się nie popsuje a każdy człon będzie dokładał swoje do sumarycznej ch-ki amplitudowo-fazowej 🙂 W torze szeregowym będzie zubażał sygnał o to czego nie przenosi, w równoległym będzie ubarwiał wyjście swoimi 3 groszami.

Chyba robi nam się mały miszmasz 🙂 To o czym rozmawiamy?

Czy możesz pokrótce streścić jak sobie wyobrażasz plan badań takiego kryptopołączonego toru? Bo zaczynam mieć obawy czy sobie to przemyślałaś. Nie wygląda byś czuła temat...

[bltp]

Przejrzałam sobie taki pdf - dodany w załaczniku, stad mój wywód na temat tych częstotliwości.

No właśnie co rusz zmieniam koncepcje i przez to, że nie trzymam się jednej wersji ciągle coś źle wymyślam. Faktycznie, początkowo uznałam, że najlepiej będzie dać jako sygnał wymuszający skok jednostkowy, później niestety stwierdziłam, że mając taki przebieg ciężko mi bedzie te parametry odczytać dla układu różniczkującego, dlatego stwierdziłam, że charakterystyki częstotliwościowe będą wygodniejsze, tu jednak jest ten problem, że trzeba by było bardzo dużo tych częstotliwości. Hmm... I teraz, faktycznie jednak ta pierwsza opcja wydaje mi się lepsza.

Instrukcja_PraktyczneUklady_WO.pdf

[marek1707]

OK, to co jak rozumiem próbujesz zrobić nazywają tutaj "integratorem stratnym" i "układem różniczkującym zmodyfikowanym". Ja z kolei założyłem, że człony będą tak idealne jak tylko się da z dokładnością do parametrów i ograniczeń wzmacniaczy. Wprowadzanie dodatkowych elementów "stratnych" powoduje, że transmitancja robi się bardziej pokrętna i trudniejsza do odkrycia w pomiarach. Do tego dochodzą same wzmacniacze. Te Twoje TLcośtam s camożesz spokojnie traktować jak idealne (czyli zapomnieć o ich wadach) gdy będziesz pracować do wzmocnień rzędu

• kiem niez

e je

EDIT: Chyba nacisnąłem coś dziwnego i poszło w trakcie pisania... A Ty szybka jesteś 🙂 Poprawny post poniżej

[bltp]

Dziękuję za odpowiedź. Ale nie mam pojęcia co napisałeś po "gdy będziesz pracować do wzmocnień rzędu". Strasznie sie tekst rozjechał.

Właśnie poważnie sie zastanawiałam, czy to na pewno dobry pomysł dawać wzmocnienie 100, bo wtedy będzie trzeba strasznie mała amplitudę sygnału wejściowego ustalać. Trochę to bez sensu. Muszę to zmienić.

[marek1707]

OK, to co jak rozumiem próbujesz zrobić nazywają tutaj "integratorem stratnym" i "układem różniczkującym zmodyfikowanym". Ja z kolei założyłem, że człony będą tak idealne jak tylko się da z dokładnością do parametrów i ograniczeń wzmacniaczy. Wprowadzanie dodatkowych elementów "stratnych" powoduje, że transmitancja robi się bardziej pokrętna i trudniejsza do odkrycia w pomiarach. Do tego dochodzą same wzmacniacze. Te Twoje TLcośtam są całkiem niezłe jeśli wziąć pod uwagę rok ich wynalezienia. Pamiętaj, ze mają GBP tylko 3MHz więc jeśli pociągniesz z częstotliwością wysoko, będziesz mogła testować do mniejszych wzmocnień i na odwrót. To szczególnie ważne w układzie różniczkującym. W całkującym z kolei ograniczeniem będzie maksymalne wzmocnienie TL-a, bo układ jest wymagający pod tym względem dla niskich częstotliwości.

Podsumowując na pewno powinnaś:

1. Dobrać stałe czasowe do możliwości wzmacniaczy (dla f=1/(omega*tau) wzmocnienie wynosi 0dB a wcześniej i później rośnie lub maleje ±6dB/okt).

2. Badać układy w obszarach prawidłowego działania.

Jeżeli będziesz robić sweep, dolną częstotliwość trzeba ograniczyć z powodu wzmocnienia układu całkującego a górną z powodu GBP wzmacniacza. Przyjmując np. 10k/10nF trzymałbym się pasma audio 20Hz-20kHz. W tym zakresie oba układy będą działać poprawnie. Poniżej będziesz musiała bardzo zmniejszać amplitudę sygnału żeby nie nasycić układu całkującego a powyżej zacznie mieć kłopoty układ różniczkujący.

Za to gdy będziesz bawić się skokiem jednostkowym, to ja bym ograniczył go pasmowo na wejściu (filtr analogowy) albo cyfrowo wygenerował taki którego pasmo zawiera się w paśmie 20Hz do 20kHz (ale filtr rekonstrukcyjny po DACu i tak będzie potrzebny). Podobnie na wyjściu: przed wejściem ADC dałbym filtr low-pass 20kHz. Inaczej będziesz karmiła swoje układy składowymi których one nie przeniosą (a raczej zrobią to w dziwny sposób) a to wprowadzi duże zakłopotanie i wyjdzie "cała prawda" o użytych wzmacniaczach. Zrobienie dobrego modelu "czarnej skrzynki" będzie wtedy bardzo trudne. Transmitancja będzie zawierać jakieś dziwne bieguny i zera i w żaden sposób nie będzie podobna do ślicznych wzorów na integrator i układ różniczkujący. Przemyśl to.

Trochę upraszcza sprawę zastosowanie właśnie elementów stratnych, ale trzeba będzie o nich powiedzieć badającym, bo one de facto zamieniają każdy z układów (powyżej lub poniżej pewnej częstotliwości) w zwykły wzmacniacz. Który oczywiście też "zapadnie się" pod dojściu do fizycznych ograniczeń opampa.

Napisz co o tym wszystkim myślisz 😐

EDIT: No ale przecież wzmocnienie ustawione "elementami stratnymi" będzie ograniczeniem górnym, maksymalnym dla danego bloku. Aktualne będzie takie jakie wynika z tau i częstotliwości pomiarowej. Po prostu mierz układy w węższym paśmie. Np. dla 10k/10nF masz F ok. 1600Hz. Mierz zatem np. od 400Hz do 6400Hz a dostaniesz wzmocnienie od -12 do +12dB i żadnych dziwnych artefaktów od wzmacniaczy 🙂 Może policz/narysuj własne wykresy amplitudowe swoich rzeczywistych bloków i tak wpasuj się częstotliwościami by nie wchodzić na płaskie kawałki od oporników stratnych a jeździć tylko po tych skośnych odcinkach "prawdziwego" integratora czy ukł. różniczkującego.

[bltp]

Faktycznie muszę to sobie rozrysować.

W LabVIEW istnieje możliwość zaprogramowania filtrów, także myślę, że aplikacja będzie mogła w razie potrzeby przeprowadzać filtrację wejściowego sygnału.

Właśnie przez tą skomplikowaną transmitancję odstąpiłam od pomysłu analizowania charakterystyki czasowej. Pewnie spróbuję i tak i tak i zostanę przy tym, co mniej nie wychodzi... hmm... ale może będzie się można zadowolić identyfikacją modelu zastępczego tych ukladów...

Tylko dlaczego dla 10k/10nF f=1600Hz?

[marek1707]

A Tobie ile wychodzi? Bo stała czasowa to parametr układu w dziedzinie czasu a jej odwrotność to dopiero pulsacja (omega). Do częstotliwości brakuje jeszcze współczynnika 2*Pi:

1/(2*Pi*10e3*10e-9)=1592Hz

Trochę sobie zaokrągliłem żeby nie popadać w szczegóły 🙂

[bltp]

No tak 🙂

Dzięki. Rano policzę i porysuje to wszystko dla moich układów.

Jeszcze mam takie pytanie. Jeśli chcę żeby mój układ całkujący pracował jak układ inercyjny I rzędu to wystarczy, żeby dać duże tau?

[marek1707]

Czy Ty w ogóle sypiasz dziewczyno? Zaraz, muszę się skupić bo piszę jakiś program w okienku obok.. No więc nie, blok inercyjny to nie jest Twój integrator. Zauważ, że transmitancja bloku inercyjnego to 1/(s+1) a więc dla DC ma on wzmocnienie 1 i spada ze wzrostem częstotliwości. Tak działa koło zamachowe lub najprostszy układ RC low-pass (opornik szeregowo, kondensator do masy). A integrator ma 1/s czyli dla DC ma wzmocnienie nieskończone. To oczywiste gdy zastanowisz się jaka jest jego odpowiedź na skok: ciągle rośnie. Natomiast blok inercyjny o wzmocnieniu 1 najpierw szybko a potem coraz wolniej "dociąga" wyjście do wartości wejściowej. Nie da się zastąpić jednego drugim niezależnie od stałych czasowych. Przykro mi na dobranoc..

---------------------

EDIT: Poza tym, weź no przecież to jest forum robotyków amatorów. Ja nie wiem czy tu wolno pisać o takich sprawach, jeszcze na dodatek w "Zupełnie zieloni". Treker zaraz nas spuści do kosza i tyle będzie. Na elektrodzie to się ludzie na tym na pewno znają. Nie chcesz może jakiegoś silniczka do Arduino podłączyć czy coś? 😉

[bltp]

Ok. Dobra, ustalilam dla ukladu rozniczkujacego wartosci kondensatorow i rezystorow tak, zeby R1C1 = 10k, zatem nie bede wykorzystywac jakichs wysokich czestotliwosci i przetworniki z sbRIO nie powinny miec problemow, z generowanym sygnalem, a stale czasowe 3 rozne: 10ms, 1ms i 0,1ms. Czyli czestotliwosci przeze mnie wykorzystywane beda oscylowac wokol 1/2pi*tau, tylko w przypadku 0,1ms czestotliwosci beda tylko mniejsze, bo tam akurat mam wzmocnienie 1.

Dla calkujacego tak samo, czyli zostaje to co ustalilam wczesniej + uklad o tau=10ms i w tym ostatnim przypadku sie zastanawiam, bo jesli mam w petli sprzezenia zwrotnego kondensator 10nF, to rezystor wejsciowy musialby miec opor 1M, troche mi sie wydaje to za duzo, ale to tylko moje odczucia, jako osoby niedoswiadczonej nie poparte niczym.

Skoro czas narastania przy skoku 10us, to chyba tak dobrane stale czasowe beda ok? (Moze 0,1ms srednio, ale mam jeszcze do dyspozycji 1ms i 19ms, to najwyzej dla tamtych sie bedzie sprawdzalo odpowiedz).

Co do tego ukladu calkujacego, no to wlasnie jest dla mnie sprawa troche zastanawiajaca, bo wlasnie calkator "stratny" ma transmitancje (r2/r2)*(1/(r1c2s + 1)) Czyli wlasciwieto moim zdaniem jest wlasnie transmitancja ukladu inercyjnego i dopiero jesli r1*c2*s jest duzo wieksze niz 1 to uklad pracuje jak uklad calkujacy. Hmm... to teraz sie zastanawiam, czy na pewno dobrze, dobralam w calkujacym to r1c3 :/

No przeciez to sa calkiem podstawowe sprawy chyba... przeciez jak tego nie rozkminie, to nie bedzie dzialac...

A co do Arduino, to skoncze ten projekt i przemysle sprawe 🙂

EDIT:

Do tego integratora, to jednak chyba to jest ok, bo przeciez czestotliwosci z ktorymi pracuje sa na tyle duze, ze ta 1 w mianowniku jest pomijalna. Chociaz z deugiej strony to w normalnym ukladzie inercyjnym 1 rzedu przeciez tez tak jest.