Який найкращий метод для моделювання входу електромеханічної системи для управління та моделювання?


3

Зокрема, скажіть, що у мене є динамічна модель перевернутого маятника / кошика, як описано тут . Замість того, щоб використовувати різницю помилок, що діє для введення в мій контролер, я хочу врахувати драйвер двигуна (вхід напруги) до двигуна постійного струму для сили. Буде найкращим методом аналітично описати співвідношення сили до входу напруги? Якщо так, то чи потрібно мені включати змінну стану напруги, щоб я міг побудувати контролер на основі цього сигналу?

Моя мотивація запитувати - це те, що я відчуваю, що я принципово відключився від інженерії управління. У своїх дослідженнях я перейшов класичну і сучасну теорію без користі від фактичного застосування теорії до застосування. Більшість з того, що я беру участь у роботі з електромеханічними системами, але більшість книг, статей і т. Д., Які я зустрічаю, насправді не заглиблюються у фізичну інтерпретацію введення рослин. Буду вдячний за будь-які відгуки з цього питання.

Відповіді:


3

Існують різні рівні моделей рослин, які ви можете розробити, залежно від того, що ви хочете зробити. Згадана вами модель, ймовірно, підходить для більшості випадків з точки зору проектування контролера. Однак, здається, що у вашому випадку рівень абстракції занадто високий, тому моя пропозиція могла б розбити модель установки далі на датчики + установка + приводи, що дозволить вам моделювати деталі фактичного приводу двигуна.

Для цього є різні інструменти, починаючи від перших принципів (ручка та папір) і впроваджуючи щось на зразок MATLAB / Simulink . Якщо ви хочете щось дещо вищого рівня, де ви можете просто перетягувати стандартні моделі, ви можете використовувати щось на зразок Simscape , SimElectronics та SimMechanics , які є всіма додатками до Simulink.


Хочу додати, що напруга двигуна постійного струму не є лінійним щодо крутного моменту. Наприклад, бездротові дрилі мають змінну швидкість не за допомогою регулювання напруги, а замість того, щоб імпульсувати повну напругу акумулятора до неї від 0 до 100%, зазвичай близько 1000 разів за секунду. Це дає хороший лінійний привід для інакше, важколінеаризованого пристрою. Синхронні двигуни змінного струму мають змінну швидкість, якщо вони використовуються з драйвером змінної частоти. Індукція, сервопривод та інші типи зазвичай використовують систему зворотного зв'язку / положення.
rdtsc

1
@rdtsc Дивіться цей приклад для налагодженої та прийнятої математичної моделі двигуна постійного струму. Протягом усіх моїх років, коли я працював інженером, саме так більшість людей математично моделюють двигуни постійного струму.
am304

1
@ am304 так, це розумно, але я бачив щітки, зміни напрямку, повільність конденсатора і т. д. за моделюванням
joojaa

3

Я розумію вашу мотивацію, і я також бачив розрив, який може існувати між складністю сучасної теорії управління та відносною простотою схем управління, реалізованих у багатьох інженерних програмах. Відповідь am304 дає чудові пропозиції. До цього я додам наступні моменти:

  • Будьте чітко зрозумілі, які частини вашої моделі є представленням рослини (і тому корисні лише для моделювання), а які - представлення контролера, який ви хочете практично реалізувати. Це може здатися очевидним, але їх можна легко сплутати, коли ви сидите за екраном Simulink.

  • Подумайте про підрозділи, в яких ви працюєте, у кожній точці системи. Якщо ви знаєте, який датчик ви будете використовувати для вимірювання виходу, то це визначатиме коефіцієнт перетворення, імовірно, між кутом і напругою. Вам може знадобитися включити відповідні коефіцієнти масштабування до потрібної позиції, щоб отримати чутливий сигнал про помилку.

  • Для двигуна постійного струму крутний момент зазвичай масштабується зі струмом, а швидкістю - напругою. Для застосувань типу приводу для регулювання крутного моменту, як правило, бажано регулювати крутний момент (а отже, і управління струмом), тому ми можемо розглядати двигун як перетворювач струму на крутний момент. На жаль, модуляція напруги, як правило, є найпростішим входом двигуна для управління; проте поточного зворотного зв’язку легко досягти, розмістивши сенсорні резистори на поточному шляху. Тому загальноприйнятою технікою є реалізація швидкого діючого внутрішнього циклу управління струмом (на основі сигналу помилки між бажаним струмом і струмом, що відчувається на резисторі), оточеного циклом керування крутим моментом повільного дії (на основі похибки положення). Це називається каскадним керуванням і, якщо внутрішній цикл є достатньо швидким, ніж зовнішній, дозволяє налаштувати два контролери відносно незалежно.

  • Якщо ви не любите каскадний контроль, то у вас є два варіанти більш складних методів простору стану. Або включіть модель виходу крутного моменту, який двигун буде досягати за заданий вхід напруги у вашій керуючій структурі (хоча слід зрозуміти, що це відрізняється від вашої фактичної моделі установки в моделюванні), або візьміть вимірювання струму в контролер, а також вимірювання позиції Цей другий підхід ефективно поєднує два каскадні контролери, обговорені вище.

Я сподіваюся, що ви отримаєте корисну інформацію для початку роботи.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.