Управление мотором с помощью ШИМ

[mikaleus]

При такой низкой частоте ШИМ (в 1 кГц) при малых скважностях (Q) в отдельные моменты на коллектор двигателя не попадает напряжение и двигатель не будет работать при этом. При этом возникает эффект биения между частотой смены напряжения на коллекторе и частотой ШИМ - это не проблемы ОС!!! В данном случае taup10 прав, когда предложил ставить фильтр дроссель-конденсатор. Единственное, что номиналы лучше было бы рассчитать исходя из соотношения Uc=LdI/dt, где Uc - изменение напряжения на конденсаторе, L - искомое значение индуктивности, dI - измение тока через двигатель с учётом Q (при Q=2 значение тока в Imax=2I раза больше, при Q=3 Imax=6I, рассматриваем треугольный ток - заряд индуктивности, разряд индуктивности), dt - время открытого состояния ключа. Хотя тут Вы при расчётах получите сразу большое количество значений L для разных значений Q. L - выбрать минимальное при максимальном значении скважности. Может есть возможно увеличить частоту ШИМ???

[tauP10]

Объясняю непонятливым
посмотрите на рисунок
Красным цветом выделены механические характеристики при питании от постоянного напряжения (не Шим).
С ростом напряжения растут обороты холостого хода. Растет и максимальный момент на валу при полном торможении.

Синим цветом показаны характеристики при питании от Шим без фильтра, о котором я говорил. При малых моментах или на ХХ двигатель пытается раскрутиться до максимальных оборотов , определяемых питанием схемы ШИМ.
Желтым цветом выделена область регулирования при малых моментах на валу (у Захара вроде слабое нагружение движка)

Должно быть понятно что меняется "крутизна" регулировки от Шим очень сильно в области малых моментов, а это здорово влияет на цепь ОС (и устойчивость петли). , если ее брать как усредненное напряжение с двигателя.

Постановка LC фильтра способна синие линии привести к красным и в области малых моментов обороты двигателя начнут точнее следовать за ШИМом

-- Прилагается рисунок: --

[Zahar]

Дело в следующем. Эта схема применяется в сварочной головке М-300 фирмы CRC-Evans, определенно являющейся мировым лидером в области авт. сварки. Свои эксперименты я ставил
1. на "родной" плате, заменив вылетевший процессор 16F873 на проц. со своей программой
2. используя от "родной" платы только силовую часть, прислоединенную к макетной плате на 16F877 с кнопками, LCD дисплеем и т.д.
Так что говорить о неправильной схеме нет оснований. Дело именно в программе.
Привожу результаты исследований этой платы на ИСПРАВНОЙ головке М-300
Задание U х.х. Uтор. % падения
000 0 - -
020 1.14 1.0 1.14
040 2.30 1.96 1.17
060 3.47 2.93 1.18
080 4.64 3.80 1.22
100 5.80 4.34 1.33
120 6.96 4.60 1.51
140 8.11 4.70 1.72
150 8.72 4.92 1.77
160 9.28 5.36 1.73
170 9.89 5.55 1.78
180 10.49 5.83 1.79
190 11.16 6.28 1.77
200 11.84 6.41 1.87
210 12.60 6.77 1.86
230 14.60
240 16.25
250 18.72
255 20.80

Здесь Uхх- напряжение на двигателе без нагрузки, Uтор.- напр. на двигателе при торможении его вала до полного останова.
При задании 200 и изменении питающего напряжения от 12 до 30 вольт напряжение на двигателе меняется от 11.2 до 11.7 вольт, т.е. имеет место стабилизация по питающему напряжению. В то же время падение напряжение на двигателе прямо пропорционально нагрузке и напряжению при холостом ходе.
Падение напряжение под нагрузкой при задании более 200 не проверялось из-за неустойчивой работы системы и неоднозначности результатов.

А у меня получалось при задании 200 на Х.Х около 12 вольт, а при торможении менее 3 вольт. И усилие для останова требовалось гораздо меньше.

[Zahar]

Для sanitar249: Мне тоже сначала было трудно принять, но это так: ни в головках М-300, ни в других известных мне сварочных п/а по методу FCAW, GMAW или отеч. для сварки под флюсом скорость подачи проволоки никак не зависит от тока, а ток, наоборот, является функцией от скорости подачи. Но это уже тема совсем другого форума...

[tauP10]

А у меня получалось при задании 200 на Х.Х около 12 вольт, а при торможении менее 3 вольт. И усилие для останова требовалось гораздо меньше

Не отрабатывает ОС. При снижении напряжения под нагрузкой ОС должна это чувствовать по напряжению на двигателе (усредненному) и добавлять значение скважности.
Если Вы считаете что ваша ОС работает , то почему только 3 Вольта под нагрузкой? Скважность имхо уперлась в некий порог в ПО , может в программе что поправить.

[Zahar]

Именно в ОС все и дело... И 3 вольта- это БЕЗ ОС. Как я писАл выше, при введении ОС по напяжению начинались колебания напряжения и, соответственно, скорости. И в программе я, естественно, при снижении напряжения увеличивал заполнение ШИМ. Вопросы то вот в чем: Правильный ли алгоритм я использовал? Если правильный, то как рассчитать величину, на которую надо увеличить заполнение? Через какое время после коррекции заполнения ШИМ надо проверять напряжение? Как правильно выбрать параметры сглаживающей RC цепи? (я произвольно менял их в достаточно широком диапазоне, пост. времени от 0,1 до 0,001 сек. А на родной плате для этой цели вообще используется интегратор на ОУ).

[Popeye]

Мда. Zahar, не хотите дать номиналы компонентов, не надо. Вам ломать голову.
В таком сличае случае Вам здесь http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%...82%D0%BE%D1%80
http://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

И опыт сын ошибок трудных и гений парадоксов друг А.С. Пушкин

Удачи!

[NOPROBLEM]

А уж на активной нагрузке и вообще заглядение! Проблема то в СТАБИЛЬНОСТИ, т.е. надо настроить программную петлю ОС, чтобы напряжение на двигателе не зависело от нагрузки.

Если у тебя напряжение с двигателя разваливается инерционной RC цепью, то у тебя меряется среднее напряжение, а не ЭДС. Для стабилизации ЭДС надо из напряжения вычесть ток, помноженный на активное сопротивление ротора. Еще может быть, что за счет ШИМа этот напряжение представляет не ЭДС и не напряжение питания, а их средневзвешенная (по коэффициенту заполнения ШИМ) сумма. Так что, возможно это надо учесть при вычислении ЭДС.

[NOPROBLEM]

Если нет индуктивных бросков, стало быть нет и индуктивности в эквивалентной схеме, так понимать?
icon_smile.gif

Да нет! Индуктивные броски присутствуют при резком изменении тока, тоесть при переключении коллектором одной роторной обмотки.
А при питании пульсирующим напряжением просто ток нарастает плавно, а затем так-же плавно спадает. Тоесть при достаточной частоте ШИМ все очень культурно и гладко Как всегда

[tauP10]

... при введении ОС по напяжению начинались колебания напряжения и, соответственно, скорости. И в программе я, естественно, при снижении напряжения увеличивал заполнение ШИМ. Вопросы то вот в чем: Правильный ли алгоритм я использовал?

Алгоритм может и правильный для случая чисто пропорционального регулирования. Но видимо проблема с возбуждением колебаний заключалась в том что обратную связь Вы брали после интегрирующей цепочки с большой постоянной времени. Самая инерционная цепь обычно должна быть в двигателе при пропорциональном регулировании.
Когда же Вы делали малую постоянную времени =1 мС то значения напряжений после АЦП могли представлять из себя случайные выборки напряжения либо в момент действия импульса ШИМ, либо быть значением ЭДС якоря или их комбинацией. Случайность выборок того и другого могла порождать также неверный сигнал ошибки для пропорционального регулятора.
В стандартной схеме с ОУ был возможно реализован оптимальный пропорционально-интегрирующий (ПИ)фильтр на ОУ и проц просто занимался выработкой ШИМ по сигналу от ПИ фильтра.

... Через какое время после коррекции заполнения ШИМ надо проверять напряжение?

Почаще проверять. Все задержки с их ростом ведут к ухудшению стабильности.

... Как правильно выбрать параметры сглаживающей RC цепи? .

выбрать так чтобы она была поменьше , фильтровала необходимый минимум помех. Можно и 1 мС. Далее все пропорционально -интегрирующее таинство будете делать в процессоре. (раз не поставили внешний ОУ) Для этого придется делать частые выборки АЦП , чаще чем Шим на порядок-два и на протяжении минимум одного целого периода ШИМ (можно двух периодов) с усреднением результатов выборки - а далее программный ПИ регулятор.
А если имеете возможность не использовать более 70% величины Шим, то можно реже выборки делать , во время "паузы" шим, после окончания действия отрицательного выброса ЭДС самоиндукции якоря , который возникнет на короткое время после выключения силового верхнего ШИМ ключа , можете сделать 2-3-4-5 выборки АЦП которое будет чистой ЭДС якоря. Тем самым Вы добьетесь даже не стабилизации напряжения на двигателе, а частоты его вращения. В этом случае RC фильтр по входу АЦП должен иметь маленькую пост. времени, напр 5 мкс.

3-й вариант, упростить программу , а суррогатное пропорциональное интегрирование делать в Вашем фильтре перед АЦП. Вместо фильтрующего конденсатора поставьте RC последовательно. R =5...10% от R2. Емкость C для постоянной времени 0,1...0,2 сек(на вскидку). Но отсчеты АЦП делать на протяжении целого периода шим хотя бы раз 10 и с усреднением.