PID-regulator OP-baserad

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Jag har en 1 m lång planka där jag monterat motorn i ena änden och potten i andra.
Däremellan en lina som löper på 2 remhjul.

Om jag hade ett stort papper under som rör sig med konstant hastighet och en penna fästad på linan skulle det
vara en easy peasy fun att få ut ett stegsvar med en snygg kurva på jättestort papper.

Jag får försöka studera mer i doktor völleckers pdf.
https://www.imc-tm.com/fileadmin/Public ... Motors.pdf
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Funderar på om jag ska testa det som de brukar göra på Mythbusters att studera rörelsen mot en bakgrund med skalstreck.

Filma med telefonen och studera filmen i någon typ av programvara för att mäta tiden mellan varje skalstreck för ett stegsvar.
I slutet finns en brytare som slår ifrån matningen till motorn.

Vet inte vilken programvara som vore lämplig att ladda in klippet i bara.

Ett annat sätt vore att logga utspänningen från potentiometern. Jag har ett äldre bygge som jag
kopplade signalen till audioingången och sedan kunde studera spänningen i typ Audacity.
Planka_Skalstreck.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Principen är att mata in en amplitudmodulerad bärvåg
till ljudingången som man spelar in och sedan kikar på.

Den här kopplingen fixar det hela. Jag har testad det med ett soundblaster-kort och det borde väl fungera på en laptop också antar jag.
Puls_Modulator_Audio_Sch.jpg
Puls_Modulator_Audio_Trace.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Håller som bäst på med att cadda ett kort. Var tvungen att ta bort spänningsregulatorerna
i och med alla jumpers som ska få plats på den begränsade ytan om 160x100 mm.
PID_EAGLE_Pcb_001.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Adderade ett par dioder och ett motstånd till drivsteget av darlingtontrissorna.
Kortet är i europaformat. Tror jag ska använda BDX54/53 darlington.
PID_EAGLE_Sch_001.jpg
PID_EAGLE_Pcb_0010.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Exempel på hur illa det kan gå med svag förstärkning, svag integrering och liten derivering.
Nu är inte detta helt likt verkligheten men med den kretsen som ska efterlikan motorn
så är det nog inte så långt från sanningen.

Det jag sett när jag kopplat upp det hela på labbdäck är att svag förstärkning gör att motorn,
ibland efter några sekunder, skruvar sig tillbaka. Motorn behöver en del felsignal innan den
börjar snurra på nytt så även om felförstärkaren inte ger noll volt ut så kan motorn fortfarande
stå still men ändå rätt enligt börvärdet. Jag ska labba mer när kortet är klart.
LT_Exempel.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Undersöker lite vad som pågår när det ska regleras.

Om jag bara återkopplar den proportionella regleringen alltså P
vad fås då för utsignal C nedan vid ett steg på ingången A ?

Först får steget inte vara för snabbt för då börjar det oscillera
och det oscillerar lättare desto mer förstärkning Av som appliceras.

Med ett steg om 1V fås med Av satt till 4 en utsignal på 0.8V och en felsignal E på 0.2V.
Räknar man på det så fås formlerna i schemat och man ser att det stämmer.
PID_P_Exempel_LT_Sch.jpg
PID_P_Exempel_LT_Trace.jpg
Motsvarande med enbart integratorn och ett snabbare steg (så det inte blir en ramp)
blir lite svårare att räkna på men med Laplacetransform går det smidigt.

Efter 2ms fås 0.73V vilket stämmer med formeln i schemat.
PID_I_Exempel_LT_Sch.jpg
PID_I_Exempel_LT_Trace.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Mindmapper
Inlägg: 6370
Blev medlem: 31 augusti 2006, 16:42:43
Ort: Jamtland

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av Mindmapper »

4kTRB skrev: 20 januari 2022, 18:26:58 Exempel på hur illa det kan gå med svag förstärkning, svag integrering och liten derivering.
Nu är inte detta helt likt verkligheten men med den kretsen som ska efterlikan motorn
så är det nog inte så långt från sanningen.

Det jag sett när jag kopplat upp det hela på labbdäck är att svag förstärkning gör att motorn,
ibland efter några sekunder, skruvar sig tillbaka. Motorn behöver en del felsignal innan den
börjar snurra på nytt så även om felförstärkaren inte ger noll volt ut så kan motorn fortfarande
stå still men ändå rätt enligt börvärdet. Jag ska labba mer när kortet är klart.

LT_Exempel.jpg
Svag integrering är ett sätt att uttrycka sig som blir otydligt. I varje fall blir det otydligt för mig.
Definitionen för I är "den tid det tar för I att göra lika mycket som P gjort".
Amerikanarna ser det från ett annat perspektiv, "rep/minute" (repetition/min), dvs hur många ggr per minut den hinner göra lika mycket som P gjorde. Använder man den amerikanska definitionen blir ett svagt (lågt) värde inte alls aggresivt och förklarar ej ostabiliteten i regleringen.
Använder vi den svenska definitionen blir svag integrering möjligtvis en låg tid (kort tid). In kort I-tid gör att I blir aggresiv. Men var kommer svag in om den blir aggresiv? I kurvan är det I som står för ostabiliteten. Varför kan man fråga sig!

Ett lågt värde på (svag) P ger en dålig reaktion på avvikelser. Ger definitivt ingen ostabilitet. Nu pratar vi P förstärkning. Om vi däremot använder P-band kommer ett lågt värde att ge en hög förstärkning. Eftersom förstärkning och P-band är varandras invers. Det känns konstigt att prata om P-band för en op-förstärkare, därför antar jag att vi snackar förstärkning för P-delen. Vore det en black box regulator skulle jag vilja veta vilken betraktning som används.

Ett lågt värde på (svag) D ger heller ingen ostabilitet på kurvan. Ett så lågt värde som 0 skulle koppla bort D helt och hållet.

Alltså måste ostabiliteten (svängningarna) i kurvan komma från I.


Ett lågt värde på P borde inte göra att det skruvas tillbaka. Utan där är säkert I mera troligt. Utan I och D borde du ju få en stationär avikelse.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Jag håller som sagt på att undersöka hur det hela hänger ihop och ska testa praktiskt.

Så här ser det ut i 2 fall där deriveringen är satt till ganska snabb respons och integreringen på mittvärdet
(alla pottar som ingår går ställa mellan 0 och 100k, kondensatorerna är fasta värden på).

I och D är samma i bägge fallen, först hög förstärkning P och sedan låg.
Med hög förstärkning fås en hyggligt bra följning medans vid låg mindre bra,
PID_High_P.jpg
PID_Low_P.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Och så den jobbigaste räknemässigt, derivering med 2 st resistorer.
220 ohm är där som en limit om man ställer RD2 på noll.
0.65V i stegsvaret och 0.25V efter 600us vilket stämmer med formeln.
PID_D_Exempel_LT_Sch.jpg
PID_D_Exempel_LT_Trace.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Mindmapper
Inlägg: 6370
Blev medlem: 31 augusti 2006, 16:42:43
Ort: Jamtland

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av Mindmapper »

4kTRB skrev: 21 januari 2022, 20:04:29 Jag håller som sagt på att undersöka hur det hela hänger ihop och ska testa praktiskt.

Så här ser det ut i 2 fall där deriveringen är satt till ganska snabb respons och integreringen på mittvärdet
(alla pottar som ingår går ställa mellan 0 och 100k, kondensatorerna är fasta värden på).

I och D är samma i bägge fallen, först hög förstärkning P och sedan låg.
Med hög förstärkning fås en hyggligt bra följning medans vid låg mindre bra,

PID_High_P.jpg
PID_Low_P.jpg
I teorin är det ganska enkelt att få till det. I verkligheten gäller det att kunna sina processer. Det är ju alltid processens beteende som bestämmer vilka egenskaper som regleringen behöver. Att t.ex belastningen kan variera inom väldigt stora gränser kan ställa till det väldigt mycket. Då gäller det inte att man fått till en optimal reglering vid en hyfsad belastning, utan att man får stabil reglering under alla möjliga belastningsfall.

Jag började på 70talet med en liknande regulator konstruktion som du har. En bra modell för alla möjliga övningar så låt dig inte nedlåtas av mina kommentarer. Men det gäller att förstå både reglerkretsen och processen. De kommer alltid att jobba tillsammans. Din motor är en bra process men försök även att få till andra processer att köra med regulatorn. Låt även motorn jobba med tyngder som ska lyftas och sänkas.

Utifrån ditt resonemang är det t.ex lätt att tro att hög förstärkning är bra och låg förstärkning inte så bra.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

Så är det förstås inte. Olika laster kräver olika inställningar för att det ska bli optimalt.
Om lasten varierar får man ta någon medelväg så det alltid blir stabilt.

Jaha och så om jag sammanställer det hela i ett blockschema så blir det så här...
PID_BlockSchema_A.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Mindmapper
Inlägg: 6370
Blev medlem: 31 augusti 2006, 16:42:43
Ort: Jamtland

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av Mindmapper »

Antog att du visste vad du höll på med men kunde inte låta bli att kommentera. Förhoppningsvis blir det lite tydligare för de som följer tråden och kanske inte är så hemma på reglerteknik.
Väldigt pedagogiskt med blockschemat!
Hur mäter du ärvärdet? Har förmodligen missat att det står någonstans i texten.
Användarvisningsbild
4kTRB
Inlägg: 18225
Blev medlem: 16 augusti 2009, 19:04:48

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av 4kTRB »

I fallet med den motor jag laborerat med så har jag kopplat axeln till en 10-varvig potentiometer
som är ansluten till +12V och -12V och ärvärdet tas från släpkontakten.
Kopplad så att om exempelvis börvärdet är satt till 5V så snurrar motorn potentiometern så
ärvärdet dras mot 5V annars blir det inte bra. 0V ut från felförstärkaren eftersträvas.
Användarvisningsbild
ecenier
Inlägg: 1103
Blev medlem: 13 december 2007, 17:51:42
Ort: Älvsjö
Kontakt:

Re: PID-regulator OP-baserad

Inlägg av ecenier »

Trevlig tråd!
PID-reglering är ett intressant ämne.
Vad är fördelen med en sån här analog lösning jämfört med en microprocessorbaserad PID-lösning?

Jag gjorde en PID-reglering med en Lolin D1 mini för att göra en reflow hot plate med ett strykjärn. Eftersom den har inbyggd wifi så gör jag parameterinställningarna i ett web-gui men skulle lika gärna kunna gjorts med potentiometrar. Den lösningen blir väldigt kompakt.
Skriv svar