2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение02.03.2022, 13:02 


17/10/16
3893
Есть некоторый шток, положение которого нужно регулировать. Шток движется с трением, причем трение покоя больше трения скольжения. Привод штока - пневматический (приводной цилиндр с поршнем). Подачей воздуха управляет электропневматический ПИД-регулятор. Привод одностороннего действия - вниз движется под давлением воздуха, вверх - возвращается пружиной.

Проблема в том, что приводной цилиндр имеет довольно большой объем. Когда шток подклинивает из-за трения, ПИД-регулятор начинает накачивать/сбрасывать давление, чтобы отработать задание по перемещению. А когда шток сходит с мертвой точки, то обычно имеется значительное перерегулирование, т.к. быстро сбросить большой объем воздуха из приводного цилиндра регулятору не удается.

Ни маленькие, ни большие ПИД-коэффицинты не помогают. Привод не удается настроить даже в режиме "тугодума" (т.е. чтобы выходил на уставку хотя бы за какое-то, пусть и длительное время). Он вообще не способен устаканиться, постоянно бродит вокруг уставки, или впадает в быстрые автоколебания.

Получается, что если трение значительно (причем "с подклиниваниями", т.е. трение покоя больше трения скольжения), то удовлетворительного решения как-будто и нет?

 Профиль  
                  
 
 Re: ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение02.03.2022, 13:25 
Аватара пользователя


07/03/16

3167
sergey zhukov в сообщении #1549754 писал(а):
Получается, что если трение значительно (причем "с подклиниваниями", т.е. трение покоя больше трения скольжения), то удовлетворительного решения как-будто и нет?

По моему опыту, настраивать ПИДы методом тыка - гиблое дело.
Попробуйте написать уравнение движения поршня и закон его регулирования в ответ на отклонение в виде прямоугольной ступеньки и выбирайте решение с затухающими колебаниями (быстрое) или без колебаний (медленное).

 Профиль  
                  
 
 Re: ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение03.03.2022, 11:27 


01/04/08
2720
sergey zhukov в сообщении #1549754 писал(а):
Когда шток подклинивает из-за трения,

Нужно думать над конструктивным (механика) исполнением данного узла для исключения этого ненормального явления.
Исправлять такие дефекты конструкции с помощью электроники - тупиковое решение.

 Профиль  
                  
 
 Re: ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение07.03.2022, 07:43 


12/07/15
2907
г. Чехов
ПИД, конечно, всеобъемлющий регулятор, который идеально подходит для управления линейными системами, хотя в общем-то возможны некоторые нелинейности... Чем больше отклонение от линейности, тем хуже качество управления.
Но при этом никто не отменял построение более сложной структуры регулятора. Напрашиваются, допустим, два ПИДа - один регулирует скорость, другой - положение. Классическая система подчиненного регулирования. А может еще один ПИД нужен - внутренний контур поддержания давления? Нельзя регулировать положение, если внутренний контур скорости не отрабатывает. Нельзя управлять скоростью, если подчиненный контур силы (давления) сугубо нелинеен.
И рассмотреть необходимость введения двух отдельных регуляторов - для выталкивания штока и для втягивания штока.

 Профиль  
                  
 
 Re: ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение07.03.2022, 11:25 


17/10/16
3893
Mihaylo
Да, на самом деле там уже имеется два отдельных ПИД- регулятора для прямого и обратного хода. Это я слегка упростил изложение.

Вообще, речь об управлении большим клапаном типа "цилиндр-поршень". Цилиндр перфорированный по всей своей цилиндрической поверхности, а поршень - это кусок полой трубы, который при своем движении в цилиндре перекрывает большую или меньшую часть его перфорированных стенок. Газ (этот клапан управляет потоком газа) проходит через не перекрытые перфорированные стенки снаружи цилиндра внутрь. Конструкция поршня, как видно, такова, что он практически разгружен от перепада давления газа, т.е. усилие на его перемещение теоретически не зависит (слабо зависит) от давления в трубе и перепада давления до и после клапана.

Пока в трубе нет потока газа, клапан в общем работает вполне неплохо. Но когда появляется поток, то какие-то гидродинамические силы на поршень все же действуют, и это приводит к какому-то эффекту, аналогичному большому трению покоя. Возможно, поршень прижимается потоком к стенке сильнее, поэтому увеличивается трение. Или он как-то прилипает к стенке за счет гидродинамических эффектов, которые отсутствуют, когда потока нет. Или это эффект правильного расположения отверстий в цилиндре (поршень преодолевает ряд отверстий с потоком газа, скажем, труднее, чем участок стенки цилиндра без отверстий. Если бы, скажем, отверстия были расположены по спирали, а не по окружностям, то этого не было бы). Как бы то ни было, на потоке работа клапана отличается в худшую сторону.

Тут еще дело в том, что я слабо могу повлиять на регулятор. Это готовый блок, в котором два ПИД-регулятора на прямой и обратный ход жестко зашиты, а я могу только настраивать их коэффициенты. Собственно, вот сам этот блок - https://disk.yandex.ru/i/Z2pP4NSTw9Y8CQ. Тут на 29 стр. в разделе 6 приведены эти коэффициенты. Если я тут все правильно понимаю, то первый - безразмерный пропорциональный коэффициент, второй - это, видимо, обратный интегральный коэффициент (размерность времени), третий - дифференциальный (тоже размерность времени).

Главная проблема, видимо, даже не в регуляторе. Если регулятор встречает в некоторое точке повышенное сопротивление, то он начинает повышать давление в цилиндре привода, который достаточно велик по объему. Когда клапан срывается с точки, где он застрял, то перерегулирование, видимо, неизбежно, потому, что даже если регулятор мгновенно даст команду на сброс давления, физически ее отработать достаточно быстро невозможно. А застревает клапан, видимо, по каким-то гидродинамическим причинам.

 Профиль  
                  
 
 Re: ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение07.03.2022, 11:57 


12/07/15
2907
г. Чехов
sergey zhukov в сообщении #1549946 писал(а):
Тут еще дело в том, что я слабо могу повлиять на регулятор. Это готовый блок, в котором два ПИД-регулятора на прямой и обратный ход жестко зашиты, а я могу только настраивать их коэффициенты.

Как формируется задание положения? Что представляет этот сигнал задания? 0-10 В?

-- 07.03.2022, 14:14 --

Ээ. В прочем, я открыл мануал позиционера, не догадался сразу посмотреть. Ну в общем, не вижу никакой проблемы надстройки еще нескольких ПИД-регуляторов (нескольких контуров). Основной идеей является то, что встроенные ПИДы должны регулировать не положение, а давление (или сразу скорость?). Для этого нужно организовать соответствующие вычисления на каком-нибудь программируемом контроллере.
Но сказанное выше - для обычного газоцилиндра. Ваш случай особый, я пока не очень понял, какова модель объекта управления. Но мне кажется, нужно вводить обратную связь по давлению газа, который создает сопротивление. Вы ж сами говорите, что это существенный фактор, который надо учитывать. Может надо компенсировать это давление?
Можете нарисовать схематично некое пояснение?

 Профиль  
                  
 
 Re: ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение07.03.2022, 17:10 


01/04/08
2720
sergey zhukov в сообщении #1549946 писал(а):
А застревает клапан, видимо, по каким-то гидродинамическим причинам.

Вот это и есть дефект конструкции.

Если у вас есть техническая возможность перебрать этот узел, то сделайте это и внимательно осмотрите все трущиеся детали на предмет микродефектов.

Замените смазку.

Осмотрите сами отверстия в цилиндре, может грани по периметру слишком острые и их следует притупить, или даже снять фаску, чтобы изменение потока газа не было таким резким.

 Профиль  
                  
 
 Re: ПИД регулирование при наличии трения
Сообщение17.03.2022, 22:01 
Аватара пользователя


07/03/16

3167
sergey zhukov в сообщении #1549946 писал(а):
Собственно, вот сам этот блок - https://disk.yandex.ru/i/Z2pP4NSTw9Y8CQ . Тут на 29 стр. в разделе 6 приведены эти коэффициенты. Если я тут все правильно понимаю, то первый - безразмерный пропорциональный коэффициент, второй - это, видимо, обратный интегральный коэффициент (размерность времени), третий - дифференциальный (тоже размерность времени).

Может я не прав, но у меня нет впечатления, что в этом регуляторе есть дифференциальная составляющая. Я так понял, что есть возможность изменять максимальное выходное давление (или время перемещения актуатора), но без зависимости от величины ошибки.
И кроме того есть последний регулируемый параметр - допустимая нейтральная зона... Возможно ли, что именно ее вы принимаете за результат трения покоя?

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 8 ] 

Модераторы: photon, profrotter, Парджеттер, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group