Eine Frage über Kaskadenregelung von Elektromotor

[mabaosheng]

Hallo, ich bin wieder da und bringe etwas neues. der 1. Teil von meinem Projekt, nämlich, Kaskadenregelung, habe ich schon fertig gemacht. die meisnten arbeit davon war eigentlich parametrierung von den Regler und noch einige Glättungsfilter. Das sind rein nach visuelle Verfahren. d.h. ich gebe Einheitssprung als einggangssignal dann überprüfe ich das ausgangssignal, wenn es das kriterium erfüllt, dann sind die parameter richtig, sonst wiederholung. der 2. und der 3. Teil von meinem projekt sind ähnlich wie der 1. Teil. nur die Regelkreisstrukturen sind unterschiedlich. dann kann ich solche verschiedene regelungsaufbau vergleichen. jetzt mache ich den 2. Teil, Regelung mithilfe eines Ferraris-Sensors. Es gibt immer irgendwelche Probleme. Aber trotzdem hoffe ich, dass das Projekt nicht mehr lange Zeit dauert.
anschließend möchte ich wieder Frage stellen, und zwar, über drift-kompensation, damals habe ich euch eine beobachtersregelschleife für drift-kompensation gezeigt. die ist notwendig für die korrektur des geschwindigkeitssignal und hat schon 2 unbekannte parameter. aber bei der parametrierung von den regler muss schon zuvor die beiden parameter bestimmen, oder? sonst kann ich die reglerparameter von den kaskdenregelung nicht festlegen. oder hat jemand andere idee?

[waste]

Also irgenwie fehlt mir jetzt der Überblick, zumal du auch noch die alten Bilder gelöscht hast. Wie ist denn der Stand? Die Drift-Kompensation hatten wir schon diskutiert. Funktioniert die noch nicht?

Es gab doch anstatt dem Ferraris-Sensor in Teil 2 auch schon ein Beschleunigungssignal in Teil 1. Wenn der 1.Teil funktioniert, dann braucht doch nur der Sensor getauscht zu werden und die Reglerparameter an den neuen Sensor angeglichen werden.

Um dir weiter helfen zu können, brauche ich mehr Informationen, am besten mit Signalflussplan.

Waste

[mabaosheng]

Hallo, Waste, anbei sind die Bilddateien von dem Teil 1. Am Ende sind 3 Bilder zum Drift-Kompensation.
beim 1.ten Teil habe ich die Reglerparameter und Filterparameter von konventinaler Kaskadenregelung festgelegt. In dieser regelkreis wird das Geschwindigkeitssignal durch differentiation von dem Lagesignal bekommen. das beschleunigungssignal wird nicht benutzt. in dem 2.ten Teil wird das Ferraris sensor benutzt, um das geschwindigkeitssignal aus beschleunigungssignal durch integration zu erfassen. und das driftfehler wird nicht kompensiert. zum 3.ten teil wird ein Beobachter eingefügt, um den driftfehler zu beseitigen.
jedesmal werden die reglerparamer und filterparameter neu eingestellt. um den regelkreis zu optimieren. aber wie ich letztes mal schon gesagt habe, der beobachter hat schon 2 unbekannte parameter. die müssen aber zuvor bestimmt. ist das widerspruch?

[mabaosheng]

In diesem regelkreis wird der drifteffekt als weißes rauschen simuliert. ich vermute, dieser effekt hängt wesentlich von dem sensor ab. wenn der sensor eine gute qualität hat, dann ist das messrauschen weniger, sonst umgekehrt. aber das weißes rauschen hat 2 parameter, noise power und sample time. ich weiß nicht genau, was für Zahlenwerten ich die beiden einstellen soll. ich denke, auf die realität muss berücksitigt werden. noise power darf stimmt nicht zu hoch sein, oder?

[jeffrey]

hi,
noise power ist die amplutude des rauschens, wenn ich mich nicht täusche, ich glaub mit sample time wird die höchste vorkommendee frequenz festgelegt, bin ich mir aber nicht sicher.
mfg jeffrey

[waste]

Hallo mabaosheng,

mit weißem Rauschen kann man keine Drift simulieren. Weißes Rauschen hat gleichverteilte Spektralanteile und keinen Gleichanteil.

Eine Drift entsteht durch Offset am Eingang eines Integrators. Den Offset simuliert man mit einem kleinen Gleichanteil.

Welche 2 unbekannten Parameter meinst du? Die vom weißen Rauschen oder andere?

Waste

[mabaosheng]

ich meine die 2 unbekannte parameter von dem PI-Beobachter, für mich ich brauche den Teilbeobachter. der hat eine proportinalverstärkung und einen integralanteil. die beiden parameter muss ich zuerst bestimmen, dann füge ich den beobachter in den geschwindigkeitsregelkreis ein, dann bestimme ich die anderen parameter wie die von PI geschwindigkeitsregler, p positionsregler und noch die von den glättungsfilter. bin ich soweit richtig?

[waste]

Im Prinzip sollte die Regelschleife mit Beobachter mit den gleichen Parametern funktionieren wie ohne Beobachter. Ein richtig dimensionierter Beobachter sollte die Dynamik eines Regelkreises nicht verschlechtern.

Der Sinn und Zweck dieses Beobachters ist ja, die hochfrequenten Störungen von dem differenzierten Positionssignal zu dämpfen und den Gleichanteil von dem integrierten Beschleunigungssignal herauszufiltern. Wie du selbst schon beschrieben hast, kann das die Schaltung.

Die Struktur von Drift-Kompensation ist nach einem Artikel wie das Bilddatei gezeigt. Darin ist B(s) das gemessene Beschleunigungssignal, N(s) das Geschwindigkeitssignal, das durch Differentation aus dem Lagesignal berechnet wird und Nb(s) ist das zusammengesetzte Geschwindigkeitssignal.

Die Übertragungsfunktions-Beziehung kann abgeleitet werden zu
Nb(s) = H(s)*B(s)/s + L(s)*N(s)
mit H(s) = s*s/(s*s + b*s + a)
L(s) = (b*s + a) / (s*s + b*s + a)
Da H(s) die Form eines Hochpassfilters und L(s) die Form eines Tiefpassfilters hat, ergibt sich
Nb(s) = Hochpass * B(s)/s + Tiefpass * N(s)
Somit besteht die zusammengesetzte Geschwindigkeit aus 2 Teilen: im oberen Frequenzbereich dominiert der Geschwindigkeitsanteil, der durch Integration der Beschleunigung erhalten wird, und im unteren Frequenzbereich der Anteil, der durch Differentation der Lage erhalten wird. Es ist also der Gleichanteil des zusammengesetzten Geschwindigkeitssignals durch das Geschwindigkeitssignal aus der Lage bestimmt und der Drifteffekt eliminiert. Diese Drift-Kompensation ist ein System 2. Ordnung und kann durch eine Eck-Frequenz und einen Dämpfungsfaktor parametriert werden.

Die Grenzfrequenz des Hochpass- und des Tiefpassfilters sind identisch, weil sich nach Zusammenführung der beiden Signale (Addition) ein Übertragungsmaß von 1 ergibt (ebener Frequenzgang). Das PI-Glied (b*s+a)/s wird nun so dimensioniert, dass sich eine Grenzfrequenz ergibt, bei der die Störungen von dem differenzierten Positionssignal durch den Tiefpass ausreichend gefiltert werden und der Offset des integrierten Beschleunigungssignals durch den Hochpass beseitigt wird. In deinem Fall ist der Freiheitsgrad sehr groß, weil jeder Hochpass einen Gleichanteil herausfiltert, egal welche Grenzfrequenz er hat. Man braucht sich also nur um ausreichende Dämpfung der Störungen bei dem Tiefpass kümmern. Wie die bei deinem Beobachter sein soll, kann ich nicht sagen, weil ich die Störungen nicht kenne, das musst du selbst wissen. Zu tief sollte die Grenzfrequenz aber auch nicht sein, da die Schaltung beim Einschalten auch einschwingen muss und das sollte auch nicht ewig dauern.

Ich habe einmal beispielhaft das PI-Glied für eine Grenzfrequenz von 10Hz bestimmt. Da wäre a=1000 und b=60. Der Frequenzgang des Hoch- und Tiefpass ist als Bild angehängt. Die schwarze Kurve ist der Tiefpass, die blaue der Hochpass. In dem Fall ergibt sich eine Dämpfung von 20dB für Störungen bei 100Hz und 40dB bei 1kHz usw. Soll die Tiefpassfilterflanke steiler sein, dann kann anstatt des PI-Glieds ein PT1-Glied verwendet werden, da wäre die Steigung dann 40dB/Dekade anstatt 20dB/Dekade.

Waste

P.S.: Jetzt sind deine angehängten Bilder schon wieder weg, sind die so geheim.

[mabaosheng]

also, über die drift. die kommt aus dem beschleunigungssensor. den senor kann man als ein PI-glied annähren. dann unmittelbar nach diesem PI-glied gebe ich ein weißes rauschen als die strörung des offsetes. danach geht das verrauschte beschleunigungssignal einen integierer durch. ich denke, so bestehendes geschwindigkeitssignal kann ich vielleicht als ein signal mit drift verstehen. wie das bild gezeigt. ich denke, die beiden parameter von dem weißen rauschen kann ich als die qualität des beschleunigungssensor verstehen. je besser eine qualität der sensor hat, desto weniger beeinfluß hat das weiße rauschen auf das signal. bis jetzt habe ich die drift so verstanden.

[waste]

Die Drift ist eine langsame, meist kontinuierliche Änderung eines Signals, vergleichbar einer Uhr die falsch geht. Da ist ein Rauschsignal die falsche Quelle zur Simulation.

Ersetz in deinem Signalflussplan den Block "Band-Limited White Noise" durch eine Konstante mit z.B. 0.01 oder kleiner, dann hast du den richtigen Drifteffekt. Die beiden Ausgänge der Integratoren sollten dann auseinander driften.

Waste