Regulator PID na wzmacniaczach operacyjnych

[lukpep]

Witam

Pracuje nwykonaniem stanowiska z analogowymi regulatorami PID (docelowo 3) oraz modelem obiektu.

Na chwile obecna przeprowadzam symulacje ukladu skladajacego sie z obiektu oraz jednego regulatora w Multisimie. No i mam problem... Symulacje w celu dobrania nastaw regulatora przeprowadzilem wczesniej w Matlabie a w Multisimie nie jest juz tak pieknie. Problem wyglada w ten sposob ze uklad zachowuje sie zupelnie inaczej niz w matlabie - przy identycznych nastawach jest zupelnie niestabilny. Technika analogowa niekoniecznie jest mi tak bliska jakbym chcial wiec moze cos przeoczylem? Moze zastosowanie separatorow (wtornikow napieciowych) miedzy poszczegolnym stopniami w regulatorze cos by zmienilo?

Postaram sie w miare dokladnie opisac uklad:

glowna czesc symulacji - poszczegolne podobwody opisze dalej. W temacie wzmacniacza to realizuje on odwracanie sygnalu wyjsciowego (za obiektem) w celu realizacji ujemnego sprzezenia zwrotnego.

Obiekt:

Nic szczegolnego - FDP o transmitancji 1/ 0.001s + 1

Rezystor R2 rozladowywuje kondensator C1 po wylaczeniu Pobudzenia.

Pobudzenie:

Podaje skok (1V) na wejscie ukladu

Zasilacz

Po prostu dwa zrodla DC +15V i -15V i masa

PID

1. Sumator wejsciowy - sumuje sygnal zadany oraz sprzezenie zwrotne.

2. trzy czlony regulacji - od gory: proporcjonalne, calkowanie, rozniczkowanie

3. Sumator wyjsciowy 3 sygnalow regulacji

4. Owracanie sygnalu sterujacego - tak zeby znak sie zgadzal po poprzednie stopnie odwracaly je

Wplyw na sygnal wyjsciowy maja dobory poszczegolnych rezystancji np. w sumatorze wejsciowym co nie jest dla mnie do konca jasne - dopoki zostaje zachowana rownosc miedzy nimi to wsyzstkie sygnaly powinny byc dodawane z taka sama waga i nie ma znaczenia czy beda to rezystancje = 100 ohm czy 100 kohm... a tak nie jest ;/ Zgaduje ze problem jest impedancja wejsciowa / wyjsciowa kolejnych stopni i przydalyby sie separatory w celu ich rozdzielenia.

Sam przebieg regulacji kilku wymuszen wyglada nastepujaco:

Generalnie wdzieczny bede za kazda wskazowke na temat tego zagadnienia i podejscia do problemu. Pozdrawiam

[Zuk]

Witam.

Brakuje rezystorów między wejściem nieodwracającym a masą.

Tam powinny być rezystory ok 10k.

Pierwszym członem powinien być człon różnicowy a nie człon w stylu: -(wejscie+sprzerzenie)

Pozdrawiam

[lukpep]

Dzieki za tip z rezystorami.

Co do drugiej kwestii to na 1 schemacie jest wzmacniacz odwracajacy sprzezenie wiec 1 stopien w pidzie to jest minus (sygnal zadany - sprzezenie)

Potem sa 3 czlony funkcyjne ktore znowu odwracaja sygnal wiec minus z sumatora wejsciowego 'znika'

Nastepnie jest sumator wyjsciowy, ktory znowu wprowadza zbedny 'minus' i ostatni sumator odwracajcy, ktory go likwiduje - zeby na obiekt podac juz odpowiedni sygnal.

Dzieki za odzew, chyba z rok tutaj nie zagladalem a Ciebie nadal kojarze jako pomocnego usera

[Zuk]

Zgadza się.

Powinien być człon różnicowy: wejście - sprzężenie

a Ty masz: -(wejście+wyjście)

czyli suma z odwrotnym znakiem - obydwa wejścia wchodzą na to samo OpAmp.

[lukpep]

nie nie nie

owszem wchodza na ten sam amp ale... spojrz na 1 schemat w moim poscie - ten z widokiem na ogolny zarys ukladu. Jest tam amp, ktory wyjscie (sprzezenie) odwraca. Wiec na sumator (numer 1 na schemacie) o ktorym tutaj oboje rozmawiamy wchodzi wejscie i sprzezenie (wyjscie) ze znakiem minus.

Wiec zamiast (wejscie - sprzezenie) mam - (wejscie - sprzezenie) czyli jeden minus przed caloscia "za duzo" - ten minus znoszony jest potem przez czlony funkcyjne (numer 2 na schemacie) , potem sie znowu pojawia przez sumator wyjsciowy (numer 3 na schemacie) i znowu jest znoszony przez dodatkowy negator na wyjsciu (numer 4 na schemacie) i wszystko po to zeby sygnal z odpowiednim znakiem trafil do obiektu.

Mam nadzieje, ze teraz w miare jasno udalo mi sie przelac moje mysli

[Zuk]

Racja.

Oglądałem wcześniej tylko układ regulatora.

A na jakiej zasadzie "przekształcasz" parametry PID z simulinka na parametry wzmacniaczy... ??

Poza tym w sumatorze wyjściowym proponowałbym większe wartości rezystancji (ok 1k) bo istnieje jeszcze coś takiego jak obciążalność wzmacniacza.

Można jeszcze spróbować rozdzielić w członach I i D wzmocnienie członu od operacji

tzn. np. wzmocnienie I=1 (ale przed nim wzmacniacz typu P regulujący wzmocnienie członu.

Poza tym spróbuj poszukać jakichś gotowców realizujących PIDa i ewentualnie dobrać wartości elementów R i C.

W rzeczywistych układach istotną sprawą jest także częstotliwość maksymalna sygnału (czyli masz nie tylko P I D ale i T (okres sygnału)).

Porównywałeś sygnały poszczególnych członów regulatora simulink vs. multisim ??

[lukpep]

A na jakiej zasadzie "przekształcasz" parametry PID z simulinka na parametry wzmacniaczy... ??

Jezeli pytasz o nastawy wzmocnienia KP, czasu calkowania (Ti) i rozniczkowania (Td) to zgodnie z tym:

Poeksperymentuje z wartosciami rezystancji, ewentualnie uzyje separatorow (wtorniki napieciowe) w celu izolacji czlonow od siebie.

Można jeszcze spróbować rozdzielić w członach I i D wzmocnienie członu od operacji

tzn. np. wzmocnienie I=1 (ale przed nim wzmacniacz typu P regulujący wzmocnienie członu.

problematyczny wlasnie jest czlon rozniczkujacy ze wzgledu na jego zapedy do wzbudzania sie. Mam kilka innych schematow wzmacniacza rozniczkujacego z odpowiednimi zabezpieczeniami - podmienie w symulacji i potestuje

Poza tym spróbuj poszukać jakichś gotowców realizujących PIDa i ewentualnie dobrać wartości elementów R i C.

Szukalem - bezowocnie.

W rzeczywistych układach istotną sprawą jest także częstotliwość maksymalna sygnału (czyli masz nie tylko P I D ale i T (okres sygnału)).

Porównywałeś sygnały poszczególnych członów regulatora simulink vs. multisim ??

Stanowisko nie bedzie regulowalo raczej zadnych porzebiegow o wielkich czestotliwosciach - raczej odpowiedzi na skok jednostkowy itp. Wiec tym bym sie nie przejmowal.

[Zuk]

Stanowisko nie bedzie regulowalo raczej zadnych porzebiegow o wielkich czestotliwosciach - raczej odpowiedzi na skok jednostkowy itp. Wiec tym bym sie nie przejmowal.

Chyba nie do końca zrozumiałeś o co chodzi.

Układ całkujący i różniczkujący są jednocześnie filtrami dolno- i górnoprzepustowymi.

Zależy czy sygnał rozpatrujesz w dziedzinie czasu czy częstotliwości.

Musisz przyjąć jakąś maksymalną częstotliwość sygnału wejściowego (może to być 1Hz lub 100Hz),
i na tej podstawie dobrać wartości R i C.

Wartości R i C dobierasz w taki sposób aby fg >= fmax,
chodzi o to aby wzmacniacz nie zdążył się nasycić.

Poza tym przy określonych współczynnikach P I D (tylko 1 człon, reszta odłączona)

posprawdzaj czy sygnały w simulinku są identyczne z sygnałami w multisimie

tzn. sprawdź każdy człon osobno.

[OldSkull]

Ja widze jeszcze jeden problem: na wejściu nie ma wtórnika napięcia - regulator obciąża źródło sygnału.