Регулятор для гиддроцилиндра

[artemsh]

Есть задача управлять нагружением с помощью гидроцилиндра. А управляться он не хочет.

Вводная по железу: регулятор работает на уровне ПЛИС, частота 5 кГц.
Есть испытуемое изделие, которое движет свой шток по своей траектории. Траекторий много (амплитуды, частоты и формы кривой фактически могут быть любыми).
Есть гидроцилиндр. который должен поддерживать заданное усилие.
В статике удаётся подобрать коэффициенты ПИД (фактически ПИ), чтобы нагрузка держалась довольно стабильно. Но на движущемся штоке появляются проблемы.
На скриншотах пара фрагментов того. что происходит в системе. Одна кривая (нижние графики) - это получаемое усилие (в данном случае цель держать 0 при движении по синусу).

1.jpg

2.jpg

Три кривых - это выходы с ПИД.
Красная кривая - суммарное управляющее воздействие, зелёная - П-составляющяая, синяя - интеграл.
Как уже сказал, подобрать коэффициенты для динамической системы не удаётся - идут довольно большие колебания (те самые забросы до нескольких тысяч = сотни кг).
Попробовали разбить диапазон на два участка - когда отклонение большое, используем один набор ПИ, в близкой зоне используем более плавный регулятор (свой набор ПИ), но как видно на графиках, быстрый регулятор вгоняет силу в узкий коридор довольно быстро, а вот медленный там её удержать не может.

Управляющее воздействие задаёт силу, с которой гидроцилиндр пытается куда-то перемещаться. Т.е. чем больше воздействие, тем больше скорость перемещения, если цилиндр не нагружен, или больше сила, если он упирается во что-то.
Опять же из графиков видно, что система обладает инерцией около 10 мс - максимум силы догоняет через 10 мс после воздействия.

Что пробовали:
- просто ПИ(Д)
- два независимых ПИ(Д) для двух зон
- Двойной регулятор: setpoint основного регулятора = К*dF, dF = Fi-Target. PV = F(i)- F(i-1) Т.е. пытаемся регулировать скорость изменения силы - чем дальше от цели, тем желаемая скорость больше. И наоборот.

Может у кого будут идеи, что можно с этим сделать?

[ogorsv]

1. Вы сами писали свой регулятор? Привели бы формулы
2. Какой период опроса регулятора? И какая постоянная времени системы?
3. Если сами писали регулятор: уверены, что Д-составляющая с верным знаком?
4. Вторую производную пробовали использовать?

[Ryzhij]

Поскольку в контур управления помимо регулятора входят исполнительные устройства, то прежде чем браться за электронику следует иметь ясное представление о состоянии гидромеханики.
В частности:
- Насколько Вы уверены в том, что применяемые гидрораспределители подходят для Вашей задачи?
- Насколько Вы уверены в качестве гидравлической жидкости, в том, например, что она не пенится от старости?
- Насколько Вы уверены в надлежащем состоянии гидроцилиндра, в том что, например, он не перепускает из полости в полость во всём диапазоне рабочих положений? А клапана обвязки?

Отправлено спустя 6 минут 21 секунду:

Управляющее воздействие задаёт силу, с которой гидроцилиндр пытается куда-то перемещаться. Т.е. чем больше воздействие, тем больше скорость перемещения, если цилиндр не нагружен, или больше сила, если он упирается во что-то.

Иначе говоря, управляете Вы давлением гидравлической жидкости. Так?
От давления зависит развиваемое гидроцилиндром усилие.
А вот скорость зависит не от давления, а от потока.
Если у нас насос большой мощности и нет сопротивления в гидросистеме (ничто не дросселирует поток), то цилиндр будет ходит быстро, если малой - медленно.

[pike]

1) Нужна гидросхема.
2) Какое время реакции у датчика давления который вы используете?
3) Какая мертвая зона у распределителя? Время минимального открытия? Расходная характеристика?

Гидропривод - это система с большими нелинейностями начиная с того, что расход квадратично зависит от перепада давления на кромке распределителя и эффектом сжимаемостью рабочей жидкости при давлениях с выше 6 МПа, и далее перетечки, мертвые зоны, эффекты в электромагнитных катушках и т.п. Просто классический ПИД здесь использовать гиблое дело, тем более на таком быстром процессе как удержание давления.
Поищите книги Попова Д.Н. из Бауманки по этой теме.

[Михайло]

Нулевое усилие, как видно, в статике выдерживается. Проблема с динамикой. Непонятно, что синюю кривую (интегральная часть) так колбасит неожиданно. У вас функционал Anti-windup реализован в ПИД-регуляторе?

[alex-tec]

[+]

Есть задача управлять нагружением с помощью гидроцилиндра. А управляться он не хочет.

Вводная по железу: регулятор работает на уровне ПЛИС, частота 5 кГц.
Есть испытуемое изделие, которое движет свой шток по своей траектории. Траекторий много (амплитуды, частоты и формы кривой фактически могут быть любыми).
Есть гидроцилиндр. который должен поддерживать заданное усилие.
В статике удаётся подобрать коэффициенты ПИД (фактически ПИ), чтобы нагрузка держалась довольно стабильно. Но на движущемся штоке появляются проблемы.
На скриншотах пара фрагментов того. что происходит в системе. Одна кривая (нижние графики) - это получаемое усилие (в данном случае цель держать 0 при движении по синусу).
1.jpg2.jpg
Три кривых - это выходы с ПИД.
Красная кривая - суммарное управляющее воздействие, зелёная - П-составляющяая, синяя - интеграл.
Как уже сказал, подобрать коэффициенты для динамической системы не удаётся - идут довольно большие колебания (те самые забросы до нескольких тысяч = сотни кг).
Попробовали разбить диапазон на два участка - когда отклонение большое, используем один набор ПИ, в близкой зоне используем более плавный регулятор (свой набор ПИ), но как видно на графиках, быстрый регулятор вгоняет силу в узкий коридор довольно быстро, а вот медленный там её удержать не может.

Управляющее воздействие задаёт силу, с которой гидроцилиндр пытается куда-то перемещаться. Т.е. чем больше воздействие, тем больше скорость перемещения, если цилиндр не нагружен, или больше сила, если он упирается во что-то.
Опять же из графиков видно, что система обладает инерцией около 10 мс - максимум силы догоняет через 10 мс после воздействия.

Что пробовали:
- просто ПИ(Д)
- два независимых ПИ(Д) для двух зон
- Двойной регулятор: setpoint основного регулятора = К*dF, dF = Fi-Target. PV = F(i)- F(i-1) Т.е. пытаемся регулировать скорость изменения силы - чем дальше от цели, тем желаемая скорость больше. И наоборот.

Может у кого будут идеи, что можно с этим сделать?

А что является исполнительным механизмом в вашей схеме?

[artemsh]

Всем спасибо за ответы. То ли уведомления не прилетело, то ли я его пропустил.
Задачу покане решили, но привлекли специалиста по регуляторам, обещал исправить баги.

1. Вы сами писали свой регулятор? Привели бы формулы
2. Какой период опроса регулятора? И какая постоянная времени системы?
3. Если сами писали регулятор: уверены, что Д-составляющая с верным знаком?
4. Вторую производную пробовали использовать?

Регулятор сделан американцами (готовая функция в LabVIEW)
Частоту экспериментировали в районе 1 кГЦ.
По поводу Д нелепица какая-то вышла. Мы её попробовали, и решили, что систему колбасит не по-детски. А потом знатоки сказали вернуть её обратно, и система стала гораздо устойчивее.

Если детали будут интересны, по возможности отпишусь позже по результатам.