Фазирование синусоид

Простейшие вопросы в области инженерной разработки
Artem.spb

Activity Автор
professor
professor
Сообщения: 3043
Зарегистрирован: 31 июл 2011, 23:05
Награды: 2
Версия LabVIEW: 12-18
Благодарил (а): 27 раз
Поблагодарили: 124 раза
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение Artem.spb »

jane_wild писал(а): 03 янв 2023, 16:46
Artem.spb писал(а): 03 янв 2023, 15:44 Я что-то упустил, как 15 кГц превратились в 15 МГц?
Ну да, согласна лишних три нолика написала и будет 66uS, но конечный результат то верный? 66 * 12 = 792uS и далее 360 * 0.000792 / 0.0909 = 3.13
1/240 000 * 12 = 0,00005 с пауза
1/11 /360 = 0,00025252... с на градус
У меня получилось, что даже на расстоянии 12 каналов задержка замеров 1/5 градуса, а вовсе не 3
Аватара пользователя
Andrew Lunev

Activity Professionalism
leader
leader
Сообщения: 933
Зарегистрирован: 11 дек 2010, 12:31
Награды: 2
Версия LabVIEW: 2014-2020
Откуда: Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 5 раз

Re: Фазирование синусоид

Сообщение Andrew Lunev »

taras_33 писал(а): 03 янв 2023, 16:52Я так думаю, что 4 микросекунды у NI9205 - это минимальное время, которое возможно при опросе одного канала на максимально возможной частоте в 250кГц. ( 1/250000 = 0.000004 )
Я когда-то специально проводил тест с модулем NI 9205 и cRIO. Проверял зависимость задержки опроса при максимальной частоте опроса в зависимости от количества каналов. Получил именно 4 мкс, как и теоретически должно быть по дадашиту. Проверил и в RSE режиме и в Дифференциальном. Задержка не изменилась, от типа подключения. Проверял один канал, два, три и четыре. Зависимость линейная, при каждом добавлении канала к общей задержке прибавлялись 4 мкс. То есть для одного канала 4 мкс, для двух 8 мкс и так далее.
Но это на максимальной частоте. Если опрашивать именно на максимальной частоте, то не важно какой тип работы мультиплексора внутри. На максимальной частоте эти два типа работают одинаково, различия появляются только если частоту опроса задали ниже максимальной.
Поэтому считаю, что если уж требуется определить задержку и минимизировать её, то надо опрашивать на максимальной частоте и получите задержку в 4 мкс на канал в любом случае.
Аватара пользователя
Andrew Lunev

Activity Professionalism
leader
leader
Сообщения: 933
Зарегистрирован: 11 дек 2010, 12:31
Награды: 2
Версия LabVIEW: 2014-2020
Откуда: Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 5 раз

Re: Фазирование синусоид

Сообщение Andrew Lunev »

jane_wild писал(а): 03 янв 2023, 15:32Этот тест по английски называется "frequency response". Так вот вопрос в том, что этот сдвиг превышает допустимые параметры буквально на пару градусов, в то время как амплитуда в допустимых пределах. Вот я и озадачилась, правильно ли установка производит замеры.
Мультиплексор является звеном транспортного запаздывания в терминах ТАУ, поэтому влияет только на фазу ЛАФЧХ, никак не затрагивая амплитуду. Так что используя измерения с мультиплексором результату амплитуды вполне можно верить, а вот к фазе действительно будут вопросы. Надо вычитать сдвиг фазы мультиплексора.
Конечно, если уж грамотно снимать ЛАФЧХ, то нужны АЦП синхронные, без мультиплексора. Такие есть у NI в разнообразных вариантах, но стоят дороже.
Еще можно строить ЛАФЧХ по точкам, как вы описали, подавая на вход синусоиды разной частоты. Так строили ЛАФЧХ еще в докомпьютерные времена.
Но есть и более интересный метод и в LabVIEW он реализован. Можно подать на вход белый шум и записать отклик на него. С помощью специальных преобразований можно получить готовую ЛАФЧХ сразу.
В LabVIEW есть готовое решение: https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/la ... t_frf.html
Подаете на вход записанные входной и выходной сигналы и получаете готовую ЛАФЧХ на выходе. Главное условие - во входном сигнале должны быть все интересные вам частотные составляющие. Этому критерию соответствуют белый шум или качающийся синус (swept sine). Для синуса есть отдельная функция, тоже дающая на выходе ЛАФЧХ: https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/la ... ne_fr.html
Другое условие - синхронная оцифровка входного и выходного сигналов. Но если вариантов без мультиплексора нет, то можно или предварительно обработать сигналы и сдвинуть выход на нужную величину или уже фазовую характеристику обработать и скорректировать её на величину задержки.
Аватара пользователя
taras_33

Activity
professional
professional
Сообщения: 389
Зарегистрирован: 31 окт 2009, 18:25
Награды: 1
Версия LabVIEW: 2019
Поблагодарили: 13 раз
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение taras_33 »

Артем прав: Почему вы берете для расчетов частоту 15кГц? Общее время затраченное для чтетия всех каналов равно 0.000066 (1/15 кГц ) а вы еще его и умножаете на 12.
Еще раз. При частоте 11 Гц время полного периода составит 0.09 Секунды. Если взять минимальное время 4 мкс (максимальную частоту 250 кгц), то максимальное время задержки между каналами составит 4 х 12 = 48 мкс. Теперь вопрос - если 0.09 это 360, то какую часть составит 0.000048? Обыкновенная пропорция 360 х 0.000048 / 0.09 = 0.192 или как сказал Артем 1/5 градуса. Надеюсь так понятнее.
Programming today is a race between software engineers striving to build bigger and better idiot-proof programs, and the Universe trying to produce bigger and better idiots.
So far, the Universe is winning!
Аватара пользователя
jane_wild
master
master
Сообщения: 400
Зарегистрирован: 30 июн 2016, 02:11
Версия LabVIEW: 2020
Благодарил (а): 64 раза
Поблагодарили: 5 раз
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение jane_wild »

Всем большое спасибо за объяснения. Стало намного понятнее. Изменила последовательность опроса каналов, сразу читаю ответ ai14, затем сигнал ai2 ... На результат практически никакого действия это не оказало. Может дейсвительно "подопытный" не совсем хорош. На следующей неделе прибудет еще парочка таких же. Вот протестируем и будем делать выводы о "правдивости измерений" нашего тест стенда.
Andrew Lunev писал(а): 03 янв 2023, 21:42 В LabVIEW есть готовое решение: https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/la ... t_frf.html
Подаете на вход записанные входной и выходной сигналы и получаете готовую ЛАФЧХ на выходе. Главное условие - во входном сигнале должны быть все интересные вам частотные составляющие. Этому критерию соответствуют белый шум или качающийся синус (swept sine).
Сложновато для меня, не понимаю принципа, к тому же я сомневаюсь что это будет работать в данном конкретном случае. Управляющий сигнал +/-10 V c NI9263 преобразуется в +/-80 mA и подается на servovalve подопытного цилиндра. Линейное положение которого снимает LVDT с встроеной электроникой и выходом +/-10V. Вот эти оба напряжения +/-10V приходят на NI9205 и анализируютя. Я не понимаю каким образом белый шум присутствующий на входе управляющего сигнала будет присуствовать в выходном сигнале, чтобы провести вычисления..
Аватара пользователя
Andrew Lunev

Activity Professionalism
leader
leader
Сообщения: 933
Зарегистрирован: 11 дек 2010, 12:31
Награды: 2
Версия LabVIEW: 2014-2020
Откуда: Москва
Благодарил (а): 3 раза
Поблагодарили: 5 раз

Re: Фазирование синусоид

Сообщение Andrew Lunev »

jane_wild писал(а): 04 янв 2023, 15:57Сложновато для меня, не понимаю принципа, к тому же я сомневаюсь что это будет работать в данном конкретном случае. Я не понимаю каким образом белый шум присутствующий на входе управляющего сигнала будет присуствовать в выходном сигнале, чтобы провести вычисления..
Метод будет работать всегда, он вытекает из самого принципа передаточной функции и спектрального анализа. Белый шум имеет равномерный спектр и проходя через объект на выходе получаются напрямую амплитудная и частотная характеристики. Понятно, что как и у любого практического метода у него существуют ограничения. Белый шум имеет ограниченный спектр в реальности и сигнал дискретный и объект нелинейный. Но метод дает результат не хуже, чем классический, а скорее даже лучше, так как происходит еще и осреднение результата по множеству измерений и случайные отклонения сглаживаются. Если нет уверенности в белом шуме, можно применить качающийся синус. На снятие характеристики тратится намного меньше времени. Если, конечно, вам не нужна одна точка ЛАФЧХ, а нужны именно графики. За несколько минут можно получить тысячу точек графика ЛАФЧХ, а классическим методом успеете несколько только получить. Но это всё лирика. Вполне можете использовать и классический метод. Просто теперь вы знаете, что существуют и другие методики и они требуют намного меньше ресурсов, а какой пользоваться решать вам.
Теперь к вашему методу и оценке его точности. Я думаю, вас интересует информация на частотах до 100 Гц (максимум 150 Гц). Если у вас не какой-то сверх быстродействующий сервоклапан, то 90% всех клапанов и цилиндров имеют полосу пропускания до 100 Гц. На этих частотах сдвиг по фазе мультиплексора находится в пределах погрешности и не влияет на результат.
Если хотите действительно оценить точность вашего метода, то подключите входной сигнал например на каналы AI0 и AI2, а выходной сигнал на канал AI1. Задайте опрос каналов AI0, AI1, AI2.
Затем сделайте две обработки сигналов для варианта AI0 - AI1 и для варианта AI2 - AI1. Амплитуды должны совпасть, а по фазам получите два графика, один с опережением по фазе на задержку мультиплексора, другой с опозданием по фазе на задержку мультиплексора. Тем самым истинное значение фазы лежит где-то между этими графиками. Этим экспериментом вы определите границы точности вашего метода по измерению фазы. Думаю, если взять среднее арифметическое по этим графикам, то получите точное значение фазы. Скорее всего на частотах до 100 Гц эти графики практически совпадут.
Аватара пользователя
jane_wild
master
master
Сообщения: 400
Зарегистрирован: 30 июн 2016, 02:11
Версия LabVIEW: 2020
Благодарил (а): 64 раза
Поблагодарили: 5 раз
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение jane_wild »

jane_wild писал(а): 04 янв 2023, 15:57 Если хотите действительно оценить точность вашего метода, то подключите входной сигнал например на каналы AI0 и AI2, а выходной сигнал на канал AI1. Задайте опрос каналов AI0, AI1, AI2.
Затем сделайте две обработки сигналов для варианта AI0 - AI1 и для варианта AI2 - AI1. Амплитуды должны совпасть, а по фазам получите два графика, один с опережением по фазе на задержку мультиплексора, другой с опозданием по фазе на задержку мультиплексора. Тем самым истинное значение фазы лежит где-то между этими графиками. Этим экспериментом вы определите границы точности вашего метода по измерению фазы. Думаю, если взять среднее арифметическое по этим графикам, то получите точное значение фазы. Скорее всего на частотах до 100 Гц эти графики практически совпадут.
В понедельник попробую, но думаю на результат это мало повлияет, возможно будут доли градуса. Частоты на которых проводится тест 3, 11 и 22 Гц а допустимое опоздание не должно превышать 99, 181 и 207 градуса. Поэтому эти "доли" большой погоды не сделают. Но идея хорошая и определенно мне пригодится в другом тесте на другом оборудовании. Спасибо
Аватара пользователя
vmk
interested
interested
Сообщения: 5
Зарегистрирован: 17 янв 2023, 02:47
Версия LabVIEW: 2021
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение vmk »

jane_wild писал(а): 04 янв 2023, 15:57 .... Управляющий сигнал +/-10 V c NI9263 преобразуется в +/-80 mA и подается на servovalve подопытного цилиндра. Линейное положение которого снимает LVDT с встроеной электроникой и выходом +/-10V. Вот эти оба напряжения +/-10V приходят на NI9205 и анализируются. ....
При измерении частотной характеристики серо- клапана необходимо снимать данные с датчика скорости цилиндра (а не с датчика положения). Ну или с датчика положения золотника самого клапана. Все ошибки измерений, в основном, связаны с качеством цилиндра или качеством датчика положения золотника.
Конечно, частота дискретизации должна быть максимально большой. Для большинства бюджетных плат NI - это 200-500kHz.
Но в Вашем случае (когда натуральная частота клапана составляет 20-30Hz), вообще о скорости карточки нет смысла переживать.

Для анализа, конечно, можно использовать сигнал управления в виде "Sine sweep" и получить потом непрерывную частотную характеристику, но это не является стандартом. По спецификации так делать нельзя. Как, впрочем, и нельзя строить частотную характеристику по ответу на ступенчатый сигнал управления.
Есть чёткие предписания как нужно проводить тест.
Для "честного" измерения необходимо проводить тесты для каждой отдельной частоты. При заданной амплитуде, конечно!
Клапан - это далеко не линейный динамический объект. Частотная характеристика очень условно говорит о поведении клапана.

Пример цилиндра для снятия частотной характеристики серо- клапанов можно найти здесь:
https://dietzautomation.com/wp-content/ ... 2.x-en.pdf

Снятие фазо-частотной характеристики - здесь:


Наилучшие пожелания.
Последний раз редактировалось vmk 19 янв 2023, 12:26, всего редактировалось 1 раз.
Аватара пользователя
vmk
interested
interested
Сообщения: 5
Зарегистрирован: 17 янв 2023, 02:47
Версия LabVIEW: 2021
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение vmk »

jane_wild писал(а): 04 янв 2023, 23:40 ....
Частоты на которых проводится тест 3, 11 и 22 Гц а допустимое опоздание не должно превышать 99, 181 и 207 градуса. Поэтому эти "доли" большой погоды не сделают. Но идея хорошая и определенно мне пригодится в другом тесте на другом оборудовании. Спасибо
Натуральная частота стандартных серво-клапанов колеблется в районе 100Hz. (Иногда 500Hz и выше.)
При этом, под натуральной частотой понимают частоту, при которой запаздывание по фазе составляет 90°. Дело в том, что иногда клапан можно моделировать линейным дифференциальным уравнением второго прядка. А для таких уравнений, при резонансной (натуральной) частоте управления, запаздывание по фазе составляет 90°(конечно, при определенных условиях "устойчивости" системы). Поэтому, исторически, под натуральной частотой клапана понимают частоту запаздывания по фазе - 90°.

Поскольку Вы снимаете сигнал с датчика положения поршня (считай, интегратора выходного потока клапана), то видите еще и дополнительный сдвиг на 90°.
Идея измерения позиции поршня вместо скорости не работает. При высоких частотах управления поршень будет практически стоять на месте и точность измерения будет очень сомнительной. При том, что скорость колебания цилиндра может быть большой. Это как колебание диффузора динамика. Вы можете не видеть перемещение диффузора, а он, при этом, воспроизводит громкую музыку.

В общем, датчик скорости цилиндра необходим. Это всего лишь катушка и магнит.

Наилучшие пожелания.
Аватара пользователя
jane_wild
master
master
Сообщения: 400
Зарегистрирован: 30 июн 2016, 02:11
Версия LabVIEW: 2020
Благодарил (а): 64 раза
Поблагодарили: 5 раз
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение jane_wild »

vmk писал(а): 19 янв 2023, 13:28 Идея измерения позиции поршня вместо скорости не работает. При высоких частотах управления поршень будет практически стоять на месте и точность измерения будет очень сомнительной. При том, что скорость колебания цилиндра может быть большой. Это как колебание диффузора динамика. Вы можете не видеть перемещение диффузора, а он, при этом, воспроизводит громкую музыку.
Конкретно это устройство, я весьма условно назвала цилиндром, в реальности это довольно сложный гидравлический механизм, с тремя не совсем обычными сервоклапанами, а с обратной связью, в которой физичекое положение поршня механически воздейсвует на сервоклапан. В итоге получается замкнутая система управления - определенному току проходящему через катушку, соответствует определенное положение поршня (без всякой электроники и ПИД регулирования).
Согласно руководству по эксплуатации, после определенного количества часов работы, этом механизм снимается с... ммм... скажем агрегата, обвешивается различными датчиками (в том числе и velocity transducer) и проводятся испытания на предмет соответствия заявленным характеристикам. Так вот, есть конкретная инструкция как их проводить, в которой четко сказано делай "раз, два, три" и на выходе должно получиться "четыре, пять, шесть и вот такой график". По конечным результатам проводятся ремонт/замена/регулировка необходимых узлов и снова испытания. И только после того как "цилиндр" соответствует заявленым требованиям, он возвращается клиенту.
Вот я Вам и рассказала чем занимается компания, где я работаю. Так что у меня нет необходимости размышлять как правильно снимать частотные характеристики. Есть инструкция и точка. Но за активное участие и желание помочь - СПАСИБО.
Аватара пользователя
vmk
interested
interested
Сообщения: 5
Зарегистрирован: 17 янв 2023, 02:47
Версия LabVIEW: 2021
Контактная информация:

Re: Фазирование синусоид

Сообщение vmk »

jane_wild писал(а): 19 янв 2023, 16:42 Конкретно это устройство, я весьма условно назвала цилиндром, в реальности это довольно сложный гидравлический механизм, с тремя не совсем обычными сервоклапанами, а с обратной связью, в которой физическое положение поршня механически воздействует на сервоклапан. В итоге получается замкнутая система управления - определенному току проходящему через катушку, соответствует определенное положение поршня (без всякой электроники и ПИД регулирования).
....
Извините, мне показалось, что Вы тестируете серво- клапан и используете цилиндр для измерения его частотной характеристики.
Конечно, кода речь заходит о тестировании устройства целиком, процедура определяется разработчиком.
Серво-клапаны с механическим управлением - это редкость. Механическая обратная связь (своего рода механический "ПИД" регулятор) в настоящее время используется только в случаях, когда требуется чрезвычайная надежность. Видимо, у Вас такой случай. Дело в том, что механика имеет значительно большее чем электроника cреднее время наработки на отказ (MTBF), но и гибкость управления и простота производства страдают.
Наилучшие пожелания.

P.S. Очень интересно какая модель клапана используется у Вас в системе, если, конечно, он не сделан специально для конкретного приложения.
Вложения
What-is-Servo-Valve.png
Ответить

Вернуться в «Для чайников»