Skocz do zawartości
Ważne ogłoszenie » Kliknij i sprawdź informacje o nowym forum! Czytaj dalej... ×
barlu

Układ sterujący siłownikiem hydraulicznym (PID+Sumator)

Recommended Posts

Cześć.

Jestem w trakcie budowy stanowiska laboratoryjnego, opartego o siłownik samolotu su-22. (dokładnie RA-30A). Niestety układ sterowania z samolotu został uszkodzony, a zamiennika nie mogę dostać. Książki z układami też zaginęły. Zostało zatem zbudować własny układ regulacji oraz sumowania sygnału sterującego wraz z sygnałem sprzężenia zwrotnego.

Siłownik sterowany jest sygnałem elektrycznym z generatora funkcyjnego a odpowiedź zwrotna to nic innego jak napięcie z "potencjometru" wbudowanego w układ (+/-15V) . Widać wszystko na załączonym schemacie budowy siłownika:

Wejście RA/4 jest wejściem sygnału sterującego

Wejście RA/13 jest wyjściem sprzężenia zwrotnego

Uzwojenie podmagnesowujące zasilane jest ze źródła +/- 27V, zaś układ sprzężenia zwrotnego z zasilaczy +/- 15V.

Regulator oraz sumator zbudowałem na wzmacniaczach operacyjnych TL084. W symulacji programu multisim układ działa, w sumie nie ma tu ciężkich zagadnień elektronicznych by to źle zbudować. Jednak w rzeczywistości jest inaczej. W momencie zastosowania w sumatorach rezystorów 1k ohm uzyskałem bardzo powolny wychył siłownika, jednak w granicznych położeniach nie dało się go przesterować już w inną stronę , no i niestety układ regulacyjny nie utrzymywał mi owego siłownika w zadanym sygnałem (amplitudą) położeniu. Przy zmianie na 100ohm, odpowiedź siłownika również była zbliżona do tej przy zastosowaniu 1k ohm rezystorów, jednak wszystko odbywało się o wiele szybciej. Nie wiem na ile znaczące jest to, że na wyjściu układu uzyskałem jakieś wzmocnienie czego na symulacji niestety nie było.

Układ wygląda następująco:

Tam gdzie jest generator funkcyjny, wpięty jest rzeczywiście generator w układzie. Tam gdzie na źródle zasilania jest -3V w rzeczywistości wpięte jest wyjście ze sprzężenia zwrotnego.

I nasuwa mi się pytanie, czy ja coś robię źle po drodze, czy to po prostu nadal złe nastawy regulatora sprawiają że siłownik tylko wychyla się z granicznego "schowania" do granicznego wysunięcia?

Więcej potrzebnych informacji z chęcią udzielę :)

EDIT: Zwróciłem uwagę na wartości Kp, Ti i Td. Wymienić muszę napewno kondensatory na ok 10-50uF

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Hej,
Ciekaw jestem czemu zdecydowałeś się na analogową realizację PID zamiast zastosowania mikrokontrolera + prostszy tor analogowy (DAC+konwersja na wymagane napięcie wyjściowe).

Ale mniejsza o to, zakładam, że chcesz uruchomić to co masz.

Na sam schemat ze wzmacniaczami za bardzo nie patrzę, bo nie czuję się na siłach. Na pewno znajdzie się ktoś bardziej kompetenty w tym zakresie.

Mogę Ci opisać jak ja bym podszedł do problemu od strony automatyki :)

Masz tutaj dwa główne elementy: obiekt i regulator. Zacząłbym od sprawdzenia działania regulatora bez obiektu, czyli ustawiałbym stałe napięcie dotyczące położenia aktuatora (zwykły potencjometr) i dał skokowe wymuszenie zadanej pozycji na wejście regulatora. Teoretyczną odpowiedź PID na takie coś znasz (jak nie to jest w literaturze) i możesz zobaczyć, czy wszystkie człony działają w ok (czy wzmocnienie P jest ok, czy stała całkowania jest ok itd.)

Jak to działa, to z obiektu zebrałbym sobie jakiś przebieg czasowy dla ręcznego wymuszenia. Głównie chodzi tu o określenie przybliżonego wzmocnienia Kp (czyli żeby sygnał z regulatora miał wystarczającą amplitudę) - w teorii całkowanie powinno tutaj dawać w końcu dążenie do wartości zadanej, no ale dążysz do poprawnego działania, a nie 'na pałę'.

Jak już masz przebiegi, to na ich podstawie powinieneś być w stanie w przybliżeniu określić wartość Kp. Pierwsze uruchomienie zrobiłbym właśnie tylko na członie P, a później dopiero dobór nastaw.

Generalnie z tym analogowym układem to główna skucha z mojego punktu widzenia jest właśnie tutaj - że nie możesz w łatwy sposób zmieniać nastaw.

  • Lubię! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

To po kolei:

1. Na U1A masz wzmacniacz wejściowy a zarazem sumowanie wartości zadanej z sygnałem sprzężenia zwrotnego czyli tak naprawdę tu wypracowujesz sygnał błędu. Pomyśl, że potencjometr, który jest źródłem sygnału zwrotnego widzi wejście Twojego układu jako R3 (bo wejście "-" wzmacniacza U1A jest na potencjale 0V) tj. obciążasz nieznane źródło o jakiejś (jakiej?) impedancji wyjściowej swoją rezystancją R3=1k. To być może kompletnie niszczy sygnał z potencjometru, prawie jakbyś go zwarł do masy. Jeśli nie wiesz co to za potencjometr, daj tu buforowanie wtórnikiem.

2. Dalej masz trzy tory równoległe. Dlaczego tor P nie dostał regulacji swojego wzmocnienia a inne mają regulowane swoje stałe?

3. Tor I jest układem pamiętającym. W dobrze działającym regulatorze całość dąży do wyzerowania intergratora, ale tutaj on prawdopodobnie bardzo szybko się nasyca i wzmacniacz "leży" w jednym ze skrajnych stanów. Wstaw przycisk rozładowujący kondensator C1 przed każdą próbą. Inaczej startujesz z nieznanego stanu członu I.

4. Generalnie pracuj na większych opornikach. Te akurat wzmacniacze świetnie sobie radzą z rezystancjami rzędu 100k i wiecej, więc podciągnij wszystko do 22k-100k. To nie tylko usunie konieczność stosowania wielkich kondensatorów w członach ID, ale także nie będziesz zmuszał wzmacniaczy do sterowania ciężkich obciążeń. Wyobraź sobie delikatny wzmacniacz operacyjny, który chcąc wystawić napięcie 10V musi wygenerować prąd 10mA. Te 100R o któych wspomniałeś traktuję jak dowcip. Staraj się pracować bardziej napięciowo, wzmacniacze tego typu nie lubią dużych prądów obciążeń. Grzeją się i przestają być liniowe, szczególnie w zakresach napięć bliskich (o 2-5V) od ich zasilań. Obciążenia 1k pozbawaiją Cię sporego zakresu dynamiki, jaką dostałeś przy ±15V zasilania. Podejrzewam, że sterując obciążeniem 1k wzmacniaczowi TL084 zostaje mniej niż ±10V zakresu napięcia wyjściowego. Na więcej nie ma siły. W przypadku U2A masz nawet 500Ω. Widzisz to? No i z definicji te scalaki "nie rozumieją" napięć wejściowych zbliżających się do ich ujemnej szyny zasilania - to wynika z konstrukcji ich stopni wejściowych. Musisz mieć tam margines kilku V więc z uwagi na symetrię, z całego ±15V zostaje Ci ±10V sygnału. Pamiętaj o tym.

5. Nie każdy człon P/I/D musi mieć tę samą wagę w układzie sumowania. Moim zdaniem powinieneś R9, R10 i R11 zastąpić potencjometrami. Hm, tu jest oczywista przewaga układów cyfrowych - to byłyby tylko liczby w programie. Tu musisz grzebać się z lutownicą. Poza tym trzy tory zsumowane przez 1k trzykrotnie przekraczają zakres pracy U2A. On nie jest w stanie zsumować tych sygnałów (jeśli ma taki R8 jaki ma) gdyby wszystkie były w tę samą stronę i odpowiednio duże. Co Ty właściwie symulowałeś, że tego nie widzisz?

6. Uruchamiaj to po kolei, jak sugerował Łukasz. Odłącz najpierw R9 i R10 i sprawdż jak tor zachowuje się przy powolnych wymuszeniach z generatora. Nie ma co tu opisywać metod strojenia PID, na pewno musisz o tym poczytać, ale od storny sprzętowej musisz upewnić się, ze każdy blok osobno działa poprawnie, czyli: najpierw sam P, potem D a dopiero na końcu dołączasz I.

7. Taki układ możesz statycznie uruchomić woltomierzem. Śledź sygnały od wejścia do wyjścia i zastanawiaj się dlaczego są akurat takie i czy są zgodne z tym co ma być. Te wzmacniacze mają offsety rzędu pojedynczych mV więc w zasadzie przy tych wzmocnieniach jakich tu używasz napięcia we wszystkich punktach (na wyjsciach wzmacniaczy) powinny co do 10mV zgadzać się z obliczeniami teoretycznymi. Z dokładnoscią do tolerancji oporników, oczywiście.

8. Co jest obciążeniem tego układu? Czym musi sterować U2B? Jakiego prądu DC z niego oczekujesz? Czy są tam dalej jakieś indukcyjności, uzwojenia a co gorsza pojemności?

  • Pomogłeś! 1

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Dziękuję Panowie za odpowiedź (pierwsza moja odpowiedź niestety przegrała z automatycznym wylogowaniem z forum).

W symulacji zastosowałem wtórnik, niestety obniżał on sygnał wyjściowy o kilka V, mimo braku wymuszenia. Jednak według teorii nie powinno mieć to miejsca, nie mniej mogę źle pojmować artykuł i podane w nim wzory:

Rezystor R, powinien być o wartości rezystancji uzwojenia potencjometru sygnału sprzężenia zwrotnego? (Potencjometr ma rezystancję 1.15k ohm)

Poprawiłem układ potencjometrów, i tor P dostał własny potencjometr. Na początku budowy tego układu, myślałem że potencjometr na sumatorze będzie odpowiadał za wzmocnienie Kp. Jednak został on zamieniony tak by pracował w torze P a nie przed całym torem P I D. Wszystkie rezystory a także potencjometry wymieniłem zgodnie z zaleceniem, i odpowiedzi prostych układów zaczęły przypominać w końcu te z literatury, za co bardzo raz jeszcze dziękuję. Całość podmian przedstawia schemat:

Wracając do regulacji wagi w układzie sumowania, cały ten problem z układem sterowania wynika z budowy stanowiska laboratoryjnego do badania siłownika hydraulicznego na zadany sygnał, a badającymi mają być studenci inżynierii. Z doświadczenia wiem, że im więcej nastaw udostępni się studentom tym mniejsza jest szansa na to że laboratorium się odbędzie. Również z tej przyczyny nie mogę zastosować regulatora cyfrowego ( programowalnego), a zostały mi narzucone wzmacniacze operacyjne.

W sprawie nastaw cały czas się doszkalam. Czytam artykuły, a także czytam informacje zawarte w książce prof. Kowala, "Podstawy automatyki i automatyzacji" tom I oraz II.

Obciążeniem układu jest uzwojenie sterujące, uzwojenia podmagnesowującego zaworu elektromagnetycznego. Najprawdopodobniej jest to cewka prądu stałego. Niestety z budowy posiadam tylko część książek dostarczoną przez producenta siłownika (czyli instrukcje obsługowo-techniczne samolotu su-22). Jednak reagujący na prąd stały sterownik, przedstawiany na schematach w formie cewki i opisany jako uzwojenie, musi być cewką DC. W tych samych książkach a także artykułach, doczytałem że prąd sterowania mierzony jest w mA, a sam układ reaguje już na sygnał o amplitudzie 300mV.

EDIT: Mały błąd się wdarł, R4 =30kOhm

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

"..o kilka V, mimo braku wymuszenia"

Co to znaczy? Wtórnik jest prosty jak cep. Jeśli poprawnie go zasilałeś to na wyjściu dostajesz to samo co na wejściu (z dokładnością do offsetu wzmacniacza). Do czego miałeś przypięte to wejście? I gdzie go wstawiłeś w układzie, pisz a potem czytaj co napisałeś tak by inni rozumieli myśl bez dodatkowych pytań.

Jeśli nie znasz obiektu którym sterujesz, musisz go zbadać - bez tego wszelkie próby w podłączanie wzmacniaczy to błądzenie we mgle.

Najpierw sprawdź w ogóle czy jest jak myślisz. Podepnij bezpośrednio do wejścia tego siłownika, zamiast tego całego badziewia operacyjnego zwykły zasilacz regulowany od 0V i bardzo delikatnie zwiększaj napięcie. Przecież układ powinien zareagowąć na takie wymuszenie zmianą położenia widoczną na sygnale z potencjometru. Sprawdź ile musisz zapodać napięcia by osiągnąć górne i dolne ograniczenia (wychyleń?) i zmierz ile wtedy dostajesz z potencjometru. Zmierz też prąd jaki pobiera wejście siłownika w tych skrajnych stanach a dostaniesz przybliżoną rezystancję wejściową. Jeżeli prąd przekracza 10mA, będziesz musiał dospawać na wyjściu jakiś mocniejszy wzmacniacz lub do istniejącego dodać parę tranzystorów.

Czyli: koniecznie musisz znać wymagania wejścia i ch-kę wyjścia. Bez tego nie jesteś w stanie poprawnie współpracować z obiektem, bo zwyczajnie nie umiesz się do niego dopasować elektrycznie.

Znając już zakres napięć stałych (na plus i na minus) jakie "łyka" obiekt możesz zacząć bawić się w dynamikę, czy podłączanie generatora wprost do wejścia siłownika i obserwację odpowiedzi na potencjometrze.

I dopiero wtedy możesz zacząć myśleć o regulacji. Najpierw wyłącznie za pomocą członu P, generatora sygnału prostokątnego i obserwacji na oscyloskopie odpowiedzi. O jakich czasach tu mówimy? Szybkie to jest?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Praca wtórnika okazała się poprawna, niejasność była wynikiem mojego błędu w symulacji.

Podpięcie zasilacza regulowanego (+/- 5V) do wejścia sygnału sterującego wzbudziło wychylenie siłownika. Siłownik na zmianę napięcia reaguje w sposób następujący: wzbudza się już przy -35/+30mV, widoczne w odpowiedzi sprzężenia zwrotnego na oscyloskopie, w ów czas wychylenia są tak powolne że nie widać tego gołym okiem. Przy wzroście napięcia, od 200mV zaczyna stopniowo przyspieszać co można zaobserwować na oscyloskopie jak i wzrokowo (przesunięcie trzonu siłownika), do momentu osiągnięcia wychylenia granicznego. Jednak w momencie podania 200mV nie przyspiesza on stopniowo na zadane napięcie, przyspieszenie ma miejsce podczas wzrostu zadanego napięcia o kolejne mV.

Zatem siłownik sterowany nie jest napięciem, gdyż wychylenie dla +/-300mV czy +/-5V zawsze kończy się na wysunięciu do granicy położenia maksymalnego/minimalnego. Więc jest to wejście sterowania prędkościowe?

Zmierzyłem prąd jaki płynie podczas wymuszenia wcześniej wspomnianym zasilaczem. Prąd podczas sterowania, na wejściu sterowania wzrastał zależnie od napięcia, dla 1, 3 i 5V zadanych było to 10mA 32mA oraz 54mA, pobór jest utrzymany na stałym poziomie i nie zmienia się podczas wysuwu trzonu siłownika. Podobne zjawisko przyjmuje dla napięcia ujemnego, dla tych samych wartości napięcia prąd przyjmuje te same wartości ze znakiem ujemnym. Po osiągnięciu wychylenia granicznego, prąd nie spada do 0, pobór pozostaje taki sam jak po wzbudzeniu siłownika.

Zmierzyłem również odpowiedzi potencjometru sprzężenia zwrotnego. Wraz z wychyleniem siłownika do pozycji w pełni wysuniętej napięcie na wyjściu sprzężenia osiąga -13,491V zaś w pozycji w pełni schowanej odpowiedź potencjometru sprzężenia zwrotnego to 14,408V. Prąd płynący z wyjścia sprzężenia również ulega płynnej zmianie osiągając -13,5uA w położeniu maksymalnym wychylenia siłownika, oraz 14,5uA w położeniu schowanym siłownika i w granicznych położenia pozostaje niezmienny. Podczas wysunięcia do połowy w momencie odpowiedzi 0V z potencjometru, prąd również malał do 0.

Wszystkie pomiary prądowe i napięciowe opisane wyżej przeprowadziłem multimetrem cyfrowym ustawionym na prąd stały oraz napięcie stałe.

Podczas badań, zmieniłem ustawienia na prąd przemienny mimo że zarówno sterowanie jak i zasilanie sprzężenia zwrotnego siłownika odbywało się przy pomocy prądu stałego. Po tej zmianie, pomiary wejścia sterującego były następujące dla skoków +/-1 oraz +/-5V :

1V skoki powodowały wzbudzenie siłownika przy poborze prądu rzędu 5-6mA, podczas płynnej zmiany napięcia pomiędzy -1 a 1V pobór prądu był w granicy 1-5mA , zaś zatrzymanie siłownika (napięcie równe 0) powodowało chwilowy wzrost do 4-6mA.

5V skoki zachowały podobny charakter wskazując prąd wzbudzenia między 15-30mA, praca przy płynnej regulacji między -5 a 5V wskazywała pobór rzędu 5-10mA, zaś zatrzymanie wysuwu powodowało chwilowy wzrost do 15-33mA

Zakładam że są to pomiary błędne, jednak chciałbym zadać pytanie, dlaczego były to powtarzalne wyniki? Skoro praca urządzenia odbywała się za pomocą prądu stałego.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
Zatem siłownik sterowany nie jest napięciem, gdyż wychylenie dla +/-300mV czy +/-5V zawsze kończy się na wysunięciu do granicy położenia maksymalnego/minimalnego. Więc jest to wejście sterowania prędkościowe?

W pewnym sensie tak. Jeżeli dobrze rozumiem zasadę działania, to wejście steruje siłą działającą na tłok siłownika, ale ze względu na występowanie tarcia (w przybliżeniu liniowy wzrost siły tarcia wraz z prędkością ruchu tłoka) uzyskuje się właśnie zaobserwowane przez Ciebie powiązanie wejścia z prędkością wyjściową.

Zatem siłownik sterowany nie jest napięciem

Ale oczekiwałeś, że położenie siłownika będzie proporcjonalne do napięcia wejściowego? To wtedy byś nie potrzebował już budowanego przez Ciebie układu przecież...

A ograniczenia to swoją drogą, zawsze jakieś występują, bo przecież siłownik nie może się wysuwać w nieskończoność.

Trochę nie rozumiem tego

Jednak w momencie podania 200mV nie przyspiesza on stopniowo na zadane napięcie, przyspieszenie ma miejsce podczas wzrostu zadanego napięcia o kolejne mV.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

"To wtedy byś nie potrzebował już budowanego przez Ciebie układu.."

No nie Łukasz, przecież odpowiedź siłownika wymuszonego prosto z generatora byłaby inna (nieoptymalna) względem tego co byśmy dostali gdyby jego wejście było sterowane przez PID. Dzięki odpowiednio dobranym stałym regulatora miałbyś wtedy najszybszą możliwą odpowiedź a chyba to było przedmiotem pracy.

Teraz jednak wszystko się zmienia bo wejście jest prędkościowe. Do takiego wniosku doszliśmy z Kolegą barlu po krótkiej wymianie maili i jego kolejne doświadczenia to potwierdziły. Regulator musi być więc inny i tu masz rację, Łukasz, że w tej sytuacji sens jego istnienia jest dużo większy :)

Należy więc, mając dwa wejścia: sygnał o położeniu zdanym (generator? potencjometr?) i sygnał o położeniu aktualnym (potencjometr sprzężenia zwrotnego) wypracować sygnał wyjściowy określający optymalną prędkość dojścia do położenia zadanego. Barlu, myśl, rysuj i dawaj schemat nowego regulatora :)

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Racja, trochę się rozpędziłem z tą 'niepotrzebnością' układu :)

Ale nie zgodzę się z

Dzięki odpowiednio dobranym stałym regulatora miałbyś wtedy najszybszą możliwą odpowiedź

Tak prosty regulator jak PID nie da najszybszej możliwej odpowiedzi (pytanie w ogóle co to oznacza konkretnie - czas regulacji? jak definiowany?).

dawaj schemat nowego regulatora

Przecież w chwili obecnej mamy pełną analogię do sterowania pozycyjnego silnikiem szczotkowym DC i do tego da się bez problemu zastosować regulator PID (w zasadzie to PD wystarczy, bo całkowanie jest już w obiekcie).

Po co nowy/inny regulator? No chyba, że chodzi o sam dobór nastaw.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

"Tak prosty regulator jak PID nie da najszybszej możliwej odpowiedzi"

Hm, skrót okazał się zbyt dobry. Chodziło mi o najszybsza możliwą odpowiedź przy zastosowaniu danego regulatora i jego optymalnych nastaw.

"Po co nowy/inny regulator?"

Choćby po to, że pojawiły się nowe fakty. Np. impedancja wejściowa obciążenia jest zbyt mała by można było w pełnym zakresie wystawiać sygnał z TL084. Tam potrzebne jest coś mocniejszego.

Poza tym przydałby się jakiś ogranicznik wyjścia skoro -jak zrozumiałem powyżej ±5V nie mamy już przyrostu prędkości(?) to po co pompować prąd. Przydałby się bufor potencjometru sprzężenia zwrotnego bo to jednak słabe źródło sygnału. No i trzeba się zdecydować czy np. robimy pętlę ze strefą martwą (deadband) czy jednak PI z całkowaniem błędu aż do wyrównania błędu do zera. Możliwości jest parę więc nowe przemyślenia i schemat byłby mile widziany.

A tego akapitu o napięciach zmiennych to już w ogóle nie rozumiem.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
Jednak w momencie podania 200mV nie przyspiesza on stopniowo na zadane napięcie, przyspieszenie ma miejsce podczas wzrostu zadanego napięcia o kolejne mV.

Już tłumaczę, chodzi tu o to że siłownik wysuwa się ze stałą prędkością przy 200mV do granicy wysuwu. Jeżeli schowam siłownik i zadam mu 200mV to on powoli się wysuwa do końca bez przyspieszenia, po ponownym schowaniu siłownika i zasileniu go ponownie tym razem napięciem 500mV zrobi tę samą operację jednak szybciej.

Graniczny wysuw reguluje wbudowany w układ zawór, które nadmiar oleju przelewa do zaworu zlewowego, stąd sygnał sterujący nie uszkadza siłownika mimo braku jakiejkolwiek sensownej regulacji która wyhamuje go w zdanym położeniu.

Należy więc, mając dwa wejścia: sygnał o położeniu zdanym (generator? potencjometr?) i sygnał o położeniu aktualnym (potencjometr sprzężenia zwrotnego) wypracować sygnał wyjściowy określający optymalną prędkość dojścia do położenia zadanego

Położenie zadane pochodzi z generatora funkcyjnego, nie jest to potencjometr. Potencjometr jedynie znajduje się w sprzężeniu zwrotnym układu. Rzecz która przychodzi mi na myśl, to w jakiś sposób wyzerować prąd płynący po przez odpowiedź sprzężenia zwrotnego tak by siłownik zatrzymał się w zadanej pozycji. Brzmi to jednak jak odłączenie sygnały sterującego od układu, a nie tak to ma działać.

Przeglądając inne prace o podobnej tematyce (sterowanie silnikiem DC) natknąłem się tylko na jedną wykorzystującą wzmacniacze operacyjne do regulacji sterowania, pozostałe opierały się o mikro kontrolery i często pojawiający się sterownik L298N [tu na forum również].

Z bólem serca muszę się przyznać że elektronik i automatyk ze mnie jest jak z koziej * trąbka. Staram się nadrobić braki w wiedzy, przeglądając artykuły/filmy opisujące element analogowy jakim jest wzmacniacz operacyjny, jednak nadal mam wiele nie jasności, chociażby z doborem parametrów pracy wzmacniacza. Niestety uczono mnie głównie techniki obliczeń gotowych układów, w programach symulacyjnych, nikt nie stawiał na realizację układów rzeczywistych, stąd klops. Sam nadrabiałem wiedzą na ile czas pozwalał, jednak to żadne usprawiedliwienie.

Z tego co rozumiem, sam zamysł regulatora jest odpowiedni, zastosowane człony P I oraz D a także układ sumujący, powinny spełnić swoje zadanie jednak przy zastosowaniu innego wzmacniacza, który podoła obciążeniu jakie wytwarza silnik sterujący?

Czy może nie tędy droga i muszę szukać w innych częściach obszernej dziedziny elektroniki?

Może wrócę do tego od czego powinienem zacząć, czyli przeanalizowania czego ja wymagam od swojego układu, dyskusja będzie o wiele prostsza. Zadaniem jest wysunięcie siłownika na żądaną odległość. Siłownik w swojej budowie posiada wszystkie zawory sterujące cieczą, ja wpływam tak naprawdę tylko na działanie silnika sterującego zaworem sterującym (na schemacie oznaczony 5) tłoczenie oleju do żądanej komory. W budowę siłownika nie mogę ingerować, jedynie mogę "bawić" się sygnałem zadanym. Cel jest taki, aby siłownik wychylił się przy zadanym sygnale z generatora funkcyjnego który posiada sterowanie amplitudą i częstotliwością (nieduże pole manewru).

Ograniczenie napięcia zapewne byłoby udogodnieniem w układzie rzeczywistym pracującym na samolocie (oszczędność energii) , jednak celem laboratorium które tworzę jest tylko pobranie charakterystyk częstotliwościowej i czasowej układu a także wyregulowanie go zgodnie z metodami Zieglera–Nicholsa. Niestety nie mogę wykraczać poza program studiów w których sam uczestniczyłem, mimo że budowa całości zaczyna wykraczać poza ten poziom.

Zatem założenie jest takie:

-wychylić siłownik sygnałem z generatora do żądanej pozycji

-zmierzyć ww. charakterystyki

-nastawić układ regulacji tak aby uniknąć przeregulowania sygnału sterującego

-uzyskać maksymalnie stabilny układ pracujący zadaną amplitudą

-szybkość osiągnięcia zadanej położenia nie jest bardzo istotną cechą dla tego układu w tej pracy

Odniosłem wrażenie że swoimi wypowiedziami, utrudniłem sobie temat, dlatego chciałem go sprostować wspomnianymi założeniami.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
Rzecz która przychodzi mi na myśl, to w jakiś sposób wyzerować prąd płynący po przez odpowiedź sprzężenia zwrotnego tak by siłownik zatrzymał się w zadanej pozycji.

No jeżeli masz siłownik w pozycji zadanej (czyli napięcie na potencjometrze wskazującym pozycję jest równe napięciu wejściowemu wskazującego pozycję zadaną), to odchyłka regulacji jest równa zero.

I jeżeli miałbyś włączony tylko człon P, to uzyskasz wtedy na wyjściu regulatora 0V.

Obecność całkowania oczywiście może zmienić sytuację - jeżeli np. na siłownik działa jakaś zewnętrzna siła (np. grawitacja, bo siłownik jest zamontowany pionowo), to w pozycji zadanej i tak na tłok będzie musiała działać jakaś siła (czyli jakieś niewielkie napięcie wejściowe do obiektu).

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Popatrz: w węzłach regulatora możesz sumować tylko napięcia/prądy reprezentujące te same wielkości fizyczne. Skoro na wejściu z generatora (wyobraziłem sobie także potencjometr z gałką - to taki "ręczny generator") napięcie reprezentuje położenie i z potencjometru sprzężenia zwrotnego także dostajesz położenie, to sumowanie/odejmowanie tego w celu uzyskania sygnału błędu położenia jest OK. A teraz musisz już tylko wypracować z tego sygnał sterujący siłownikiem i możesz t zrobić na dwa główne sposoby:

1. Jak jak robi to większość małych serwomechanizmów czyli godzisz się z jakimś niezerowym błędem położenia w stanie ustalonym. Na podstawie stałych czasowych pętli określasz szerokość strefy nieczułości i robisz komparator okienkowy sprawdzający czy sygnał błędu mieści się w strefie uznawanej za "OK". Jeżeli jest w niej, sygnał wyjściowy (prędkość) jest zerowy. Jeżeli błąd wychodzi ze strefy deadband i jest na plus, wyjście dostaje maksa w jedną stronę a jeśli błąd opuścił strefę po drugiej stronie, wyjście jest maks w przeciwną stronę. Sterujesz siłownikiem start-stopowo ale tak, by miał szansę zatrzymać się z pełnej prędkości do zera po wjechaniu w strefę martwą. Realizacja sprzętowa czegoś takiego wymaga dwóch komparatorów plus określenie napięć "rozpinających" strefę nieczułości wokół zera. Trzeba też wymyślić jak połączyć wyjścia komparatorów by dawały jeden sygnał -max..0..+max. Wzmacniacz sterujący siłownikiem w tym przypadku nie musi być analogowy. Wystarczy dać parę tranzystorów po 100mA każdy, włączanych alternatywnie lub wcale.

2. Jak próbowałeś zrobić dotychczas, czyli przekładając "analogowo" błąd położenia na prędkość przesuwu. Ta metoda ma tę zaletę, że umożliwia osiągnięcie małych błędów położenia w stanie ustalonym, ale za to wymaga precyzyjnego dobierania stałych regulatora. I pewnie dlatego jest ciekawsza :) Gdy błąd położenia jest duży (czyli gdy jesteśmy daleko od miejsca w którym chcemy być) obie metoduy są równoważne a prędkość jazdy jest ograniczona raczej możliwościami silnika. Tutaj ciekawe rzeczy zaczynają się dziać dopiero gdy zbliżasz się błędem do zera. Tam po prostu wyłączałeś silnik a tutaj sygnał/prędkość może spadać tak, by siłownik zatrzymał się dokładnie tam gdzie chcesz. Odpowiedź może mieć też przeregulowania lub oscylacje - to wszystko będzie zależało od stałych P/I/D. Tutaj wzmacniacz wyjściowy musi być analogowy, ale takich mających wydajność setek mA jest wiele. Na pewno coś znajdziemy.

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Troszkę namieszam teraz w temacie. Udało mi się skontaktować z człowiekiem odpowiedzialnym za "byt" owego siłownika. Okazało się że ma częściową dokumentację, bogatszą od mojej, jednak nie jest skory jej udostępnić. Poinformował mnie za to że wewnątrz siłownika nie ma silnika prądu DC (więc nie powinny występować duże prądy) , a schemat cewek w układzie siłownika powyżej, to układ trzech cewek, dwóch podmangesowujących zasilanych +/-27V i jednej sterującej (zdublowanej, jak to bywa w układach lotniczych). Zasugerował bym znalazł wzmacniacze które będę mógł zasilić takim samym napięciem by w pełni sterować uzwojeniami, a na wyjściu układu sterującego ewentualnie zastosował wzmacniacz o większej wydajności prądowej.

Nie bardzo tylko rozumiem, po co mi zakres wyjściowy do 27V, skoro układ odpowiada na dużo mniejsze napięcia , a wzmacniacze w oficjalnym sterowniku wyjętym z maszyny zasilane były +/-15V, zatem nie były w stanie wytworzyć sygnału o wyższym napięciu bo zostały ograniczone.

Zaczynam coraz bardziej gubić się w tym doborze podzespołów, czy mógłbym prosić o pomoc w tej sprawie?

TL054 wydaje mi się odpowiednim kandydatem do budowy tego układu. Zasilony +/-15V na wyjściu każdego ze wzmacniaczy jest w stanie wycisnąć z siebie 80mA. Jednak jedna z charakterystyk nie daje mi spokojnie zastosować tego wzmacniacza:

Czy ona wskazuje że owy wzmacniacz przy maksymalnym skoku napięcia na wyjściu nie jest w stanie oddać prądu większego niż 5mA?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites
Zasugerował bym znalazł wzmacniacze które będę mógł zasilić takim samym napięciem by w pełni sterować uzwojeniami,

No pewnie przy takim napięciu zasilania cewki uzyskujesz pełna przemieszczenie trzpienia zaworu - od minimalnego wychylenia dla -27V i maksymalne wychylenie dla 27V (jeśli dobrze rozumuję). Pozwoliłoby to pewnie na szybsze przemieszczanie tłoka albo utrzymanie tłoka w zadanej pozycji przy bardzo dużym obciążeniu.

W tej chwili nie masz obciążenia na tłoku, więc przemieszcza się przy małych wychyleniach zaworu.

Sam musisz zdecydować.

Czy ona wskazuje że owy wzmacniacz przy maksymalnym skoku napięcia na wyjściu nie jest w stanie oddać prądu większego niż 5mA?

Na to wygląda. Przy 12V na wyjściu będziesz mógł pociągnąć 5mA. Ciekawe z czego to wynika, może Marek podpowie.

EDIT: chociaż to podane R_L jest zastanawiające. Jeśli jest 10k na wyjściu, to jak przy napięciu wyjściowym np. 6V ma popłynąć 35mA?

Udostępnij ten post


Link to post
Share on other sites

Bądź aktywny! Zaloguj się lub utwórz konto

Tylko zarejestrowani użytkownicy mogą komentować zawartość tej strony

Utwórz konto

Zarejestruj nowe konto, to proste!

Zarejestruj nowe konto

Zaloguj się

Posiadasz własne konto? Użyj go!

Zaloguj się

×