Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Метод с фиксированным числом отсчетов, дискретизирутоШий после нескольких отсчетов (3 на Рис. 5.17), позволяет избежать данной проблемы и увеличить точность управления. Первопричина использования такой системы измерения в том, что частота счетчика гораздо выше, и может потребоваться хранить больше битов данных при медленном врашении оси двигателя. К тому же, использование 5.8. Улрааление двигаглелги ° 165 дискретизации с фиксированными отсчетами подразумевает, что интервал дискретизации связан с частотой синхронизации ШИМ вЂ” частота дискретизации варьируется с изменением скорости двигателя. Поэтому дискретизация с фиксированным временем применяется чаще. При применении дискретизации с фиксированным временем, необходимо учесть время просточ за счет торможения оси.
Если двигатель тормозит, то энкодер не выдает сигналов, и процесса дискретизации не будет. Какой бы метод дискретизации не использовался, карусель в нашем примере будет вращаться с постоянной скоростью с небольшими флуктуациями, зависящими от типа и параметров применяемой системы управления. Поскольку карусель возвращается в начальное положение после каждого полного оборота, то есть ста оборотов оси двигателя, индикация начальной позиции будет на каждых 50000 отсчетах (500 отсчетов энкодера н 100 оборотов двигателя/оборот карусели). Так, если первый импульс будет зафиксирован на 10000-м отсчете, следующий импульс — на отсчете 60000-м (плюс/минус 1). Поэтому, чтобы проверить, следует ли карусель за двигателем, программа могла бы открыть «окно», чтобы зафиксировать импульс около, например, отсчетов 60000 или 110000 и т.
п. К тому же, счетчики, следящие за позицией карусели, будут периодически переполняться, и ПО (либо специализированная микросхема управления) должно это обстоятельство учитывать. 5.8.2. Позиционирование Рассмотрим несколько более сложный случай дискретного управления нашей каруселью, когда карусель не движется с постоянной скоростью, а устанавливает образец в определенную позицию. После обработки образца позиция карусели должна снова измениться. Типичные осциллограммы для такого типа движения показаны на Рис. 5.18. Двигатель медленно раз- Выход знкодера Скоростн ~ Рис. 5.18. Изменение управляющего сигнала в форме трапеции 166 ° Глава 5.
Методы управления Энкодер навои двигателя контур управления позиционированием образца Микропроцессор Посылает команду типа. Перейти на позицию Х с ускорением у. Передает инбюрмацию о требуемой атзиции ПИД-контроллеру Управляет положением Управляет током Двигатель оси, ре~улируя ток двигателя с помощью двиГателя; использует регулирОвания импульсы знкодера рабочего цикла ШИМ дпя вычисления текущей позиции Типичные позиции знкодера на 500 положений для движения на 80555 щагов 0<зудит> ю Ускорение 20 80 тбо 240 320 400 480 Постоянная скорость ' КУПΠ— контур управления позиционированием образца.
Замедление Рас. 5. т9. Структурная схема системы позиционирования двигателя гоняется до определенной скорости, затем замедляется и останавливается в нужной позиции (с корректным отсчетом энкодера). Трудность здесь в том, чтобы корректно установить все временные соотношения.
Системы ПИД-управления движением, используемые в позиционировании, обычно оснащены двумя петлями ОС, работающими параллельно. ПИД-управление устанавливает ток двигателя для достижения необходимой скорости. Входной величиной системы с первой петлей ОС является значение скорости. Система с второй петлей ОС устанавливает форму выходного сигнала в виде трапеции. На Рис. 5.19 показана простая диаграмма работы такой системы.
Такой характер работы типичен для ИС, управляющих системами позиционирования, например ЕМ628/629. На этом рисунке блок регулирования скоро- 5.8. Управление двигателем ° 167 сти двигателя изображен отдельно от микропроцессора, как это обычно реализовано в ИС управления скоростью вращения двигателя. Если бы пришлось писать ПО для микропроцессора или блока ЦОС прямого управления двигателем, генератор скорости и система ПИД-управления были бы программными функциями. Петля ОС управления позицией подает команды позиционирования на систему ПИД-управления.
Это та же команда, что была изображена на Рис. 5.14. На этом рисунке изображена упрощенная таблица величин позиционирования для движения на 80555 шагов, то есть немного больше 161 оборота оси двигателя с энкодером на 500 положений. Заметим, что позиция сначала увеличивается на 5 шагов за интервал дискретизации, затем на 10, 20 и т. д. Когда двигатель тормозит, происходит процесс обратный ускорению — замедление. 8.8.3. Программное обеспечение Система ПИД-управления устанавливает позицию оси двигателя. Во многих системах нужно обеспечить плавное изменение управляющего сигнала. Необходимо помнить, что данная система механическая и чрезмерное усиление может привести к разрушению ее составных частей. Наличие постоянного смещения в системе ПИД-управления, где конечная позиция только немного отличается от заданной, может привести к уникальным явлениям в управлении двигателем.
В цифровых системах обычно возникают проблемы с неопределенностью в один отсчет. Если конечная позиция оси двигателя отличается от заданной на 1 или 2 отсчета, и если интегральная составляющая ПИД-системы слишком маха, система может установить чрезмерно большой ток через двигатель и вывести его из строя. Это может произойти потому, что пропорциональная часть системы пытается слегка подтолкнуть ось двигателя до установления окончательного значения, но не обладает достаточным током для этого. Вместо того, чтобы выключить питание в конце движения, система устанавливает на двигателе определенный ток.
Это может привести к реальным проблемам в системах с большой инерцией или со стопором. Тормозящее действие стопора или большой инерции нужно преодолеть при старте, при этом сила тока двигателя может оказаться довольно высокой. К тому же в двигателе постоянного тока в застопоренном состоянии ток течет только через одну обмотку. Если в системе нельзя устранить данную проблему только с помощью интегральной составляющей (возможно потому, что не достаточно информации о нагрузке в момент торможения), тогда такое событие должно отслеживать ПО и отключать в определенные моменты времени ток через 168 ° Глава 5. Мемеды управления нагрузку.
Если в вашей системе необходимо установить на определенном уровне ток удержания (например, для поддержания манипулятора в вертикальном положении), тогда перепрограммируйте заданную позицию в действительную. Заметим, что генератор позиционирования не знает о реальной позиции двигателя. Предполагается, что система ПИД-управления будет способна обеспечить требуемое ускорение генератора позиционирования. В системе с переменной нагрузкой, программе может понадобиться снизить ускорение, если нагрузка слишком большая. 5.9.
Управление с предсказанием ПИД-управление эффективно при контроле однопараметрового последовательного процесса. Недостаток ПИД атом, что систему необходимо подстраивать под конкретный процесс. Если изменения процесса поддаются оценке, ПИД-параметры могут быть перестроены для обеспечения корректного управления. ПИД-управление не эффективно в системах с многими входными параметрами (в многопараметровых процессах), особенно если параметры влияют друг на друта. Примером служит система управления температурой и влажностью, когда температура влияет на влажность и наоборот.
Для работы с подобными условиями может быть использована некоторая форма управления с предсказанием. Существуют отдельные разновидности управления с предсказанием, например, управление но модели предсказания (Моде! Ргегйсйче Сов!го!, МРС) и управление но нелинейной модели предсказания (Хоп))пеаг Моде! Ргегйсйче Сопсго!, ХМРС). Все алгоритмы управления с предсказанием базируются на существовании модели системы, которая используется для предсказания поведения системы через определенный промежуток времени. Предсказание отклика системы может распространяться на один интервал дискретизации иди на задержку отклика, если таковая имеет место.
Формируется выходной сигнал системы управления, отклик измеряется, и производится новое предсказание для следующего временного интервала. Некоторые системы предсказания подстраивают параметры (обычно, усиление) математической модели по ходу работы, чтобы отклик модели приближался к действительно измеряемым величинам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
