Układ sterujący siłownikiem hydraulicznym (PID+Sumator)

[barlu]

Znalazłem bardzo ciekawy wzmacniacz o oznaczeniu TCA0372

Prąd wyjściowy na kanał do 1A, zasilanie do +/-20V, z dostępnością w obudowie pod socket (DIP8 lub 16) też nie ma problemu. Jednak w Multisim niestety nie ma odpowiednika ani konkretnie tego modelu by przeprowadzić symulacje.

Koszta zakupu nie są wysokie, mogę prosić kogoś o zerknięcie profesjonalnym okiem w dokumentację, czy nie umknęła mi jakaś ważna wzmianka, która zdyskwalifikuje owy wzmacniacz do pracy jako PID w zbliżonym układzie jak wyżej?

Datasheet:

https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TCA0372-D.PDF

[barlu]

Złożyłem układ z wymienionymi TCA0372.

Zastosowanie rezystorów rzędu 10-100kohm niestety zaowocowało brakiem reakcji ze strony układu hydraulicznego. Obniżenie wartości (zwiększenie prądów płynących?) do rzędu 100-10000 ohm ożywiło układ. Uzyskałem z samą częścią P bardzo ładny wynik, i odpowiedź na wymuszenie sygnałem skokowym o częstotliwości od 100 do 1000Hz oraz ładną odpowiedź na wymuszenie prądem stałym DC.

Doszedłem do granic stabilności regulatora P, gdzie siłownik odpowiadał pracą szybkich pulsów bądź wysunięć granicznych.

Niestety mój telefon odmówił posłuszeństwa podczas badania samego P, i nie mogę pochwalić się charakterystyką.

Kolejny to człon D oraz I, które ograniczyły wychylenie siłownika, i tu wiedziałem że coś jest nie halo. Nie mniej siłownik odpowiadał w sposób podobny jak na sam człon P, jednak wychylał się nie w pełnym zakresie a jedynie o 2-3cm.

Co się okazało, zmęczony złożyłem układ z błędem, i zamiast do wyjścia wzmacniacza, podpiąłem wyjście D do -15V na nóżce VEE. Oczywiście skutek był taki że wzmacniacz się uszkodził.

Wymieniłem wzmacniacz, podchodzę do kolejnej próby PD, jednak woni ewidentnie palonym układem.

Sprawdziłem każdy ze wzmacniaczy osobno, wszystkie były sprawne (w formie odwracacza sygnału, prosty test przy użyciu 1k ohm rezystorów). Zatem składam układ na nowo, podpinam człon P oraz D, i czuje nadal zapach palonej elektroniki. W końcu znalazł się winowajca, potencjometr 10kohm został uszkodzony. Opowiadam tę historię szczegółowo , gdyż dwa potencjometry tego samego typu uległy uszkodzeniu. Wymieniam potencjometr 10 k ohm z członu D, podpinam. Układ działa. Nic brzydko mówiąc nie śmierdzi, układ odpowiada w ciekawy sposób, wychylając się szybciej, jednak na końcu wpada w oscylacje i ustaje.

Zatem podpinam człon I. Metodą prób i błędów (póki co oczywiście) próbuję dojść do sensownej odpowiedzi i reakcji układu i nagle, spala się drugi potencjometr tego samego typu z członu P. Niestety czas nie pozwolił już na wymianę kolejnego 10k potencjometru i sprawdzenie układu ponownie.

I tu mi się nasuwa pytanie: czy potencjometry mogły ulec uszkodzeniu wraz z uszkodzeniem wzmacniacza bądź posiadać wadę producenta? Czy może płynęły za duże prądy dla tych potencjometrów bo zbliżyłem się za bardzo do 0ohmów?

(dodam że ani wzmacniacze, ani rezystory [1/4W] nie grzały się).

Potencjometry oba miały wbudowany switch, jednak nie był on wykorzystywany do niczego w układzie).

Jedyne zdjęcie które udało mi się zachować , jest to z odpowiedzią na wymuszenie skokowe wszystkich członów PID (żółty przebieg, mało szczegółowy, lepsze zdjęcia nie zapisały się , obiecuję to poprawić następnym razem):

Jestem przekonany że widziałem gdzieś metodę wyznaczania transmitancji zamkniętego układu sterowania na bazie odpowiedzi częstotliwościowej/czasowej, niestety nie pamiętam nazwiska Pana który ją odkrył. Czy może ktoś z forumowiczów kojarzy taką metodę badania układu sterowanego ? (albo ja namieszałem).

[barlu]

Witam ponownie.

Wracam do tematu po długiej walce z układem. Generalnie prace budowy uważam za zakończoną, tylko nurtuje mnie jeden z wyników badań:

Czy jest taka możliwość że podczas badań częstotliwościowych nie występuję przesunięcie fazowe w zakresie częstotliwości 50-2500Hz?

Amplituda wzmocnienia sygnału sprzężenia zwrotnego ulega zmianą, jednak faza między sygnałami jest stała na poziomie 0.

Pozdrawiam!

[Lukaszm]

Generalnie płaskie odcinki na fazowej char. częstotliwościowej są możliwe. A czy nie jest to przez przypadek np. 360 stopni przesunięcia (w tył)?

[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

[barlu]

Ciężko jest mi to stwierdzić.

Przedstawię wyniki dwóch przebiegów, przy różnych częstotliwościach (50Hz oraz 2400Hz)

50Hz:

2.4kHz:

Nastawy oscyloskopu są jednakowe, więc widać że sygnał uległ zmianie, ale nie przesunął się względem siebie (żółty to sygnał sterujący, zielony sprzężenia).

[Lukaszm]

Hmm kilka spraw mi tu nie pasuje:

1)

żółty to sygnał sterujący, zielony sprzężenia

Sygnał sterujący czyli wejście obiektu czy regulatora?

Zielony to jak rozumiem wyjście obiektu (tzn. napięcie proporcjonalne do położenia)?

Bo jeśli żółty to wejście obiektu, to te przebiegi pokazują tylko zachowanie obiektu, a nie całego układu regulacji.

2) Skąd Ty masz te wartości 50Hz i 2.4kHz? Przecież te wartości opisują parametry sygnału sinusoidalnego, a nie jakichś przebiegów w kształcie przypominającym trapez. Poza tym różnica stosunek tych częstotliwości to 50x, a Ty oba przebiegi pokazujesz na takiej samej podziałce osi X (5us/div). Coś tutaj nie pasuje.

[barlu]

Wyjście z regulatora, czyli wejście obiektu.

Zatem wykres ten nie przedstawia mi charakterystyki całego układu, a jedynie sterowania części hydraulicznej?

Dokładnie, zielony jest to to napięcie proporcjonalne do wysunięcia.

Częstotliwość sygnału zadanego to 50Hz i 2.4kHz, sinusoida na wejściu układu regulacji.

Poza tym różnica stosunek tych częstotliwości to 50x, a Ty oba przebiegi pokazujesz na takiej samej podziałce osi X (5us/div). Coś tutaj nie pasuje.

Stąd też padło moje pytanie, niestety nie jestem w stanie ocenić co poszło nie tak po drodze.

[Lukaszm]

Wyjście z regulatora, czyli wejście obiektu.

Zatem wykres ten nie przedstawia mi charakterystyki całego układu, a jedynie sterowania części hydraulicznej?

Stosując notację z tego schematu: https://www.researchgate.net/figure/Closed-loop-control-system-with-PID-controller-Gcs_fig16_40624772

pokazałeś sygnały U i Y (czyli wejście OBIEKTU (nie całego układu regulacji) i wyjście OBIEKTU).

Żeby móc dobrze ocenić działanie układu regulacji musiałbyś pokazać przebiegi R(t), U(t) i Y(t) (E(t) możesz też zarejestrować, żeby sprawdzić, czy Twoje analogowe odejmowanie działa na pewno poprawnie).

Częstotliwość sygnału zadanego to 50Hz i 2.4kHz, sinusoida na wejściu układu regulacji.

Czyli na wejściu regulatora dajesz sinusoidę, a na wyjściu pojawia się to dziwne coś (trapez)? Możliwe, że masz taką amplitudę/offset sinusa, że zaczynają działać ograniczenia na napięcia w regulatorze?

Ogólnie to pomijając ograniczenia regulator PID jest obiektem liniowym, więc teoretycznie jedyne co może 'zrobić' z sinusoidą to zmienić jej amplitudę i przesunięcie fazowe - nie ma mowy o zmianie kształtu sygnału, częstotlwości itd.

Najpierw upewnij się, że regulator działa poprawnie, dopiero potem włączaj cały układ sterowania.

[barlu]

Jak radziłeś sprawdziłem regulator, na wyjściu jego jest sygnał o kształcie zadanego. Poszczególne człony również sprawdziłem, i działają poprawniej.

Jednak jest jedno ALE.

Przebieg z członem P oraz PD są "eleganckie", sygnał (w tym wypadku sinusoida) wygląda jak poniżej (nałożone na siebie to P, "rozłącznie" są przebiegi dla PD):

Siłownik reaguje na zmianę ofsetu, zmianę częstotliwości oraz amplitudy, a także staje w pozycji zerowej w momencie odłączenia sygnału sterującego.

Po podłączeniu członu I, otrzymuję taką odpowiedź sprzężenia zwrotnego jak poniżej (zielony sygnał):

Siłownik nadal reaguje poprawnie na zmianę offsetu, częstotliwości oraz amplitudy. Również staje w zerowej pozycji po wyłączeniu sygnału sterującego.

Doszedłem do takich nastaw regulatora że taki sam przebieg został wypełniony przebiegiem prostokątnym o wysokiej amplitudzie (widoczne prostokąty przy bardzo małej stałej czasowej oscyloskopu). No i w wypadku takiego przeregulowania reakcja nie była odpowiednia do zmiany amplitudy, częstotliwości czy wyłączenia sygnału sterującego (reakcja na ofset zachowana)

I pytanie mam, czy taki przebieg ma prawo istnieć?

Co ewentualnie mogę zrobić by to poprawić, zmniejszyć/zwiększyć wartość kondensatora w członie I?

Widoczny pik na zielonym przebiegu, podczas obserwacji pracy siłownika, nie występuje (odpowiedź z potencjometru liniowego, połączonego z trzonem wykonawczym, jak na schemacie układu hydraulicznego ze strony pierwszej).

[Lukaszm]

Żółty przebieg to odchyłka (E na pokazanym wcześniej schemacie) czy wartość zadana ®?

[barlu]

Jest to sygnał ®, zadany

[Lukaszm]

No to jeżeli chcesz zbadać, czy regulator działa poprawnie (podkreślam, tylko regulator, a nie cały układ regulacji), to musisz zarejestrować E i U. Wtedy mamy wyjście i wyjście regulatora i można ocenić, czy zachowuje się to zgodnie z oczekiwaniami. Bo tak to obiekt się 'rusza' i zmienia E i nie da się powiedzieć, czy to całkowanie działa ok czy nie.