Eine Frage über Kaskadenregelung von Elektromotor

[mabaosheng]

die diskretisierungsstufe dient zum diskretisieren des analogen lagesignals. darin ist ein parameter zu sehen, par_position_diskret. für die überlichen linearmotoren ist dieser pamameter schon vorgegeben.

der Kv-Faktor ist eigentlich die Proportionalverstärkung von Positionsregler. normalerweise ist positionsregler einfach ein P-Regler. dieser Kv-Faktor ist ein sehr wichtiger Parameter für den Positionsregelkreis. http://www.servotechnik.de/fachbeitr...itr_00_608.htm.

[waste]

So wie ich das sehe, braucht es den Quantisierungsblock gar nicht, weil sowohl Diskretisierung wie auch Quantisierung in deinem "Diskret"-Block bereits gemacht wird.

Das Problem bei der digitalen Positionsbestimmung ist die Totzeit, die bei langsamen Geschwindigkeiten immer länger wird. Generell ist eine Totzeit schon schwierig zu beherrschen. Bei einer digitalen Positionsbestimmung ändert sich die Totzeit auch noch mit der Geschwindigkeit, umso schwieriger wird die Beherrschung der Regelung.

Waste

[mabaosheng]

normalerweise beinhält die synchromaschine das totzeit-glied, ja? aber in meiner simulationsstruktur wird es vernachlässigt. denn im vergleich zu dem überlagerten geschwindigketisregelkreis ist es vernachlässigbar. ich vermute, mein betreuer möchte das modell nicht zu kompliziert machen. deswegen kann ich darauf verzichten.
über die quantizer, ich habe schon mal probiert, es gibt unterschiede zwischen den lagesignalen ohne quantizer und mit quantizer. das signal mit quantizer ist treppen-kurve, das signal ohne quantizer nicht. aber dieser unteschied ist ziemlich klein. und wenn ich den quantisierungszeitinterval ändere, dann ändert sich auch das ist-geschwindigkeitssignal. eine größere quantisierungsinterval führt zu größere schwingung im geschwindigkeitsistsignal, den einfluß auf den lageregelkreis habe ich noch nicht probiert.
für den vollständigbeobachter probiere ich die 2 faktoren g1 und g2 aus. ich denke, die beiden soll richtig eingestellt werden, sonst kann der beobachter seine wirkung nicht ausgenutzt werden.

[waste]

Dein Diskret-Block und der Quantizer machen im Prinzip das Gleiche. Einer davon ist deshalb überflüssig. Wenn du mir nicht glaubst, dann mach folgenden Versuch in Simulink:
Speise beide Blöcke parallel mit einem Sinus oder einer e-Funktion und vergleiche die Ausgangssignale miteinander. Du wirst sehen, dass beide Blöcke aus dem analogen Eingangssignal eine Treppenfunktion machen und wenn die Parameter beider Blöcke gleich sind auch sogar die gleichen Treppenstufen. Man sieht auch, dass bei geringerer Änderungsgeschwindigkeit am Eingang die Stufungen seltener sind und damit die Totzeit größer. Die Totzeit ist die Zeit, in der sich am Ausgang nichts ändert und damit für die Regelung keine neue Information zur Verfügung steht. Diese Totzeit wird von Simulink automatisch berücksichtigt, da brauchst du keinen extra Block dafür einfügen. Aber für die Regelung wirkt sie sich trotzdem aus und das kann problematisch sein.

Die Thematik mit dem Beobachter und deren Parameter g1 und g2 klären wir später.

Waste

[mabaosheng]

Hallo, Waste,
(1)ich habe mit den beiden Blöcken mal probiert. und zwar, ein sinusfunktion als eingangssignal und dann gucke ich die beiden ausgangssignale. die Bilder ist in der angehängenen datei. sie siehen etwas unterschiedlich aus, nicht?

(2)Über den vollständigbeobachter und deren g1 und g2 habe ich auch wie bei teilstreckenbeobachter mal versucht.
Nach der beobachterstruktur ist die übertragungsfunktion zwischen v_Beob, a_Ferr und x_Mess wie folgendes:
V_Beob(s)=H(s)*(a_Ferr(s)/s)+L(s)*(x_Mess(s)*s)
darin sind H(s)=s*s/(s*s+g2*s+g1); L(s)=(g2*s+g1)/(s*s+g2*s+g1)
Die sind eigentlich gleich wie bei teilstreckenbeobachter, darüber wir vorher schon diskutiert haben. H(s) ist ein hochpassfilter, L(s) ist ein tiefpassfilter.
Ich habe mit g1=40000, g2=400 mal probiert, von einer literatur habe ich die beiden zahlenwerte gesehen. aber eigentlich, mit verschiedenen modellen sollen sie auch unterschiedlich sein, oder? ich soll nicht einfach die beiden Werten nehmen, sondern ich muss die meiner modell passenden Werten ausfinden? wenn ja, dann ist der freiheitsgrad wirklich zu groß. in einer literatur gibt es folgendes über die beiden faktoren:
[highlight=red:546e60eea1]
diverse Kurven wurden verwendet, um den Einfluss des Beobachters zu analysieren: Einen Positionssprung, eine Positionsrampe für konstante Geschwindigkeit und eine Schnelle Schwingung über längere Zeit.
Zu dem Parametern G1 und G2 lässt sich folgendes sagen:
• Um einen Offset überhaupt korrigieren zu können muss G2 < G1 sein
• Nehmen wir an der Offset unseres Beschleunigungssensors ist recht gross. Erhält man
bei einem Verhältnis G1/G2 = 1 einen konstanten Geschwindigkeitsoffset von alpha,
dann lässt sich dieser mit G1/G2 = beta auf alpha/beta reduzieren.
• Je grösser aber dieses beta, desto stärker ist das Überschwingen beim Einpendeln
• Sind G1 und G2 beide gross, ist dieses Einschwingen stärker gedämpft
• Bei kleinen G1 und G2 kann also ein starkes Schwingen der beobachteten Geschwindigkeit
um die korrekte auftreten.
Diese Beobachtungen sprechen also für ein grosses G1 und ein 2-10 mal kleineres G2. Gut
getunte Werte sind z.B. G1 = 3000 und G2 = 900. [/highlight:546e60eea1]
ich habe im bode-diagramm mit G1=40000, G2=400(bei einer anderer literatur wurden die beiden so gewählt) und G1=3000, G2=900 mal probiert, das erste paar ist besser als das zweite, nicht? also, es ist aber nicht so einfach, um eignete Faktoren zu finden, nicht? vielleicht kann ich doch G1=40000, G2=400 benutzen.

[waste]

Hallo mabaosheng

Zu 1)
In meinem Simulationsprogramm Scicos sind die beiden Kurven identisch. Man kann bestimmt auch in Simulink den Quantizer so einstellen, dass er sich an die Originalkurve unten anlehnt anstatt oben.
Deine Blöcke machen beide eine wertediskrete Einteilung (Quantisierung) und keine zeitdiskrete Einteilung. Das ist auch für einen Linearmessstab so richtig. Aber einer davon ist überflüssig. Oder werden im deinem System 2 quantisierende Teile hintereinander verwendet?

Zu 2)
Du hast es richtig erkannt, deine beiden Beobachter (Teilstreckenbeobachter und Vollständigbeobachter) sind identisch. Die Parameter a und b entsprechen g1 und g2. Ich habe das auch erst jetzt bemerkt. Durch Umzeichnen der Strukturen kann man das auch sehen.

Zusätzlich zu den Infos deiner Literaturstelle hier noch einige Anmerkungen:
Bei schlechter Einstellung der Parameter kann der Beobachter für sich alleine schon zum Schwingen neigen. Zum Beispiel wenn g2 sehr klein gewählt wird. Bei g2=0 schwingt es auf jeden Fall, weil 2 Integratoren in Serie rückgekoppelt sind.
Ist einmal eine gute Frequenzgangcharakeristik gefunden, kann man durch Multiplikation von g2 und Multiplikation des quadratischen Wertes bei g1 die Grenzfrequenz ändern, ohne die Charakteristik zu verändern. Will man also die Grenzfrequenz um den Faktor 10 erhöhen, so multipliziert man g1 mit 100 und g2 mit 10.

Einfach mal mit den Werten spielen und im Bodediagramm ausprobieren.

Waste

[mabaosheng]

Oder werden im deinem System 2 quantisierende Teile hintereinander verwendet? Waste

ja, genau, sie sind in meinem system hintereindander geschaltet.

Bei schlechter Einstellung der Parameter kann der Beobachter für sich alleine schon zum Schwingen neigen. Zum Beispiel wenn g2 sehr klein gewählt wird. Bei g2=0 schwingt es auf jeden Fall, weil 2 Integratoren in Serie rückgekoppelt sind. Waste

ich habe mal probiert mit g2=0. dabei gibt es schon eine resonanzfrequenz.

Ist einmal eine gute Frequenzgangcharakeristik gefunden, kann man durch Multiplikation von g2 und Multiplikation des quadratischen Wertes bei g1 die Grenzfrequenz ändern, ohne die Charakteristik zu verändern. Will man also die Grenzfrequenz um den Faktor 10 erhöhen, so multipliziert man g1 mit 100 und g2 mit 10.
Waste

Ich habe auch probiert, es funktioniert wie du gesagt hast. Ich denke, so mit bode-diagramm kann man die grenzfrequenz von dem beobachter bestimmen. Das ist die eigenschaft des beobachters. Aber noch eine frage, wie soll es sein, im bezug auf das konkrete modell? Ich meine, der beobachter soll zusätzlich noch an das regelkreismodell anpassen, oder? Heirbei ist meinen geschwindigkeitsregelkreis.

[waste]

Es ist schon etwas schwierig für mich die Konfiguration in Hardware zu erraten. Was ist das für ein Teil, das außer dem Linearmessstab noch quantisiert?

Aber noch eine frage, wie soll es sein, im bezug auf das konkrete modell? Ich meine, der beobachter soll zusätzlich noch an das regelkreismodell anpassen, oder?

Ich würde zuerst einmal ausprobieren, ob die Grenzfrequenz des Beobachters überhaupt einen Einfluss auf die Stabilität des Geschwindigkeitsregelkreis hat. Wenn nicht, dann kannst du die Grenzfrequenz unabhängig davon wählen und die Grenzfrequenz so wählen, dass Offset vom Beschleunigungszweig und Störungen vom Positionszweig optimal gefiltert werden.

Waste

[mabaosheng]

Es ist schon etwas schwierig für mich die Konfiguration in Hardware zu erraten. Was ist das für ein Teil, das außer dem Linearmessstab noch quantisiert?

vielleicht habe ich dich vorher falsch verstanden. ich meine, in der simulationsstruktur sind die diskretisierungsstufe und quantisierungsstufe hintereinander geschaltet. für das hardware wird nur ein linearmessstab benutzt, sonst nichts mehr.

Ich würde zuerst einmal ausprobieren, ob die Grenzfrequenz des Beobachters überhaupt einen Einfluss auf die Stabilität des Geschwindigkeitsregelkreis hat. Wenn nicht, dann kannst du die Grenzfrequenz unabhängig davon wählen und die Grenzfrequenz so wählen, dass Offset vom Beschleunigungszweig und Störungen vom Positionszweig optimal gefiltert werden.

ich habe probiert und die ergebnisse ist, die grenzfrequenz des beobachters hat keinen einfluss auf die stabilität des geschwindigkeitsregelkreis. trotzdem gibt es auch einige aussagen dafür, wie z.B., die beiden Faktoren dürfen nicht zu klein und auch nicht groß sein; das verhältnis g1/g2 darf nicht zu groß sein. und die konkreten zahlenwerte sind anderes als die in der literatur, und zwar, ich habe g1=100000, g2=200000 gewählt. mit diesen Faktoren ist das geschwindigkeitssignal schon ganz gut. wenn so geht, dann kann ich den letzten arbeitsschritt machen, und zwar, den vergleich und die bewertung der erstellten regelkreis, mit einigen kriterien.

[waste]

Es ist schon etwas schwierig für mich die Konfiguration in Hardware zu erraten. Was ist das für ein Teil, das außer dem Linearmessstab noch quantisiert?

vielleicht habe ich dich vorher falsch verstanden. ich meine, in der simulationsstruktur sind die diskretisierungsstufe und quantisierungsstufe hintereinander geschaltet. für das hardware wird nur ein linearmessstab benutzt, sonst nichts mehr.

Warum verwendest du dann 2 Quantisierer hintereinander in deiner Simulation?

ich habe probiert und die ergebnisse ist, die grenzfrequenz des beobachters hat keinen einfluss auf die stabilität des geschwindigkeitsregelkreis. trotzdem gibt es auch einige aussagen dafür, wie z.B., die beiden Faktoren dürfen nicht zu klein und auch nicht groß sein; das verhältnis g1/g2 darf nicht zu groß sein. und die konkreten zahlenwerte sind anderes als die in der literatur, und zwar, ich habe g1=100000, g2=200000 gewählt. mit diesen Faktoren ist das geschwindigkeitssignal schon ganz gut. wenn so geht, dann kann ich den letzten arbeitsschritt machen, und zwar, den vergleich und die bewertung der erstellten regelkreis, mit einigen kriterien.

Schön langsam verliere ich die Geduld mit dir. Die Parameter kann man kaum schlechter wählen. Machst du das mit Absicht?
In deiner zitierten und rot markierten Literaturstelle steht: G2 soll kleiner G1 sein. Was wählst du: G2 größer als G1
Außerdem liegt die Grenzfrequenz deiner Dimensionierung bei 30kHz, da kannst du dir den Aufwand mit dem Beobachter sparen, die Störunterdrückung wird nicht besser sein als mit dem Differenzierer allein. Im Gegenteil durch das Glättungsfilter vor dem Differenzieren wird der sogar besser sein.
Probier doch einfach die hier bereits genannten Kombinationen:
G1=40000 und G2=400
G1=3000 und G2=300
G1=1000 und G2=60
und stell die Ergebnisse der Simulation zum Vergleich hier rein.

Waste