Регулятор для гиддроцилиндра

Захват, обработка и генерирование сигнала
Ответить
Artem.spb

Activity Автор
doctor
doctor
Сообщения: 2096
Зарегистрирован: 31 июл 2011, 23:05
Награды: 2
Версия LabVIEW: 12-18
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 22 раза
Контактная информация:

Регулятор для гиддроцилиндра

Сообщение Artem.spb »

Коллеги, может кто сталкивался с задачей и знает её решение.

Есть задача управлять нагружением с помощью гидроцилиндра.
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 - 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?
Borjomy_1

Activity Professionalism Silver
expert
expert
Сообщения: 1960
Зарегистрирован: 28 июн 2012, 09:32
Награды: 3
Версия LabVIEW: 2009..2020
Откуда: город семи холмов
Благодарил (а): 8 раз
Поблагодарили: 2 раза

Re: Регулятор для гиддроцилиндра

Сообщение Borjomy_1 »

Два контура регулятора. По усилию и по скорости перемещения штока. Третий контур по положению. Это в теории. А в практике скорость будет вычисляться с большими шумами.
И вопрос: какой из параметров вам необходимо контролировать, определитесь? Потому что давление и перемещение не обязаны иметь стабильную и линейную взаимосвязь.
Контур усилия самый быстродействующий, задание на него идёт с контура скорости. А задание на скорость идёт с контура по положению.
Соответственно, надо считать АЧХ каждого контура и под них подбирать параметры пид регуляторов
ujin1
interested
interested
Сообщения: 6
Зарегистрирован: 06 ноя 2020, 15:37
Версия LabVIEW: 19
Благодарил (а): 1 раз

Re: Регулятор для гиддроцилиндра

Сообщение ujin1 »

Artem.spb писал(а): 19 ноя 2020, 19:04 Коллеги, может кто сталкивался с задачей и знает её решение.
Кроме рассчета АЧХ и т.д можно предложить
1. Снизить скорость изменения положения.
2. Добавить абсолютный энкодер положения цилиндра
3. Добавить параметр положения и скорость в регулятор
4. Применить статическое регулирование заданного воздействия в зависимости от скорости перемещения. Т.е. Есть некоторые ранее накопленные статистические данные. В данных видна корреляция параметров. Заранее можно выставить выходное воздействие не дожидаясь реакции от целевого параметра. + добавить коррекцию в заданных пределах от регулятора.
5. Применить автонастройку регулятора от NI.
6. Вычислять коэффициенты кореляции на ходу. (это пока не пробовал)
Аватара пользователя
Andrew Lunev

Activity Professionalism
leader
leader
Сообщения: 894
Зарегистрирован: 11 дек 2010, 12:31
Награды: 2
Версия LabVIEW: 2014-2020
Откуда: Москва

Re: Регулятор для гиддроцилиндра

Сообщение Andrew Lunev »

Делал достаточно много систем управления и нагружением и положением и скоростью на гидроцилиндрах. По приведенным графикам достаточно сложно что-то сказать. Для анализа хотелось бы видеть еще и положение испытуемого изделия (ту самую синусоиду, по которой он движется) и положение штока гидроцилиндра. Если встроенных датчиков нет, то хотя бы на этапе анализа и отладки их стоит добавить в систему.
Еще укажите модель гидроцилиндра и тип сервоклапана, которым управляете.
Пока стоит обратить внимание на следующие проблемы:
1. По графику силы видно, что в связке гидроцилиндр-изделие есть люфт. Это видно по полкам в нуле на графике силы. В этот момент цилиндр пытается выбрать зазор в соединении и сила становится неуправляемой. В этот момент интегральная часть может накапливать ошибку и это приводит к забросам по силе. Вариантов избавления от этой проблемы много и они есть и в Advanced версии ПИД-регулятора от NI.
Вообще поддерживать нулевую силу в данной связке достаточно сложно. Лучше проводить эксперименты с поддержанием какой-то константы, отличной от нуля. Ну и при смене знака силы всегда будут проблемы. Поддержание силы возле нуля - самая сложная задача в управлении цилиндрами, так как там возникает огромное количество нелинейностей и их надо как-то компенсировать.
2. Обычно для подобных задач выбирается динамический тип гидроцилиндров. У него гидростатические подшипники, которые минимизируют влияние трения на характеристики, и площадь в поршневой и плунжерной полостях одинаковые, чтобы обеспечить один коэффициент усиления гидроцилиндра при нагружении в плюс и минус. Если у вас не такой цилиндр, то возникнут дополнительные трудности. Так как появляется значительное влияние трения покоя и цилиндр может двигаться рывками и это будет видно на графике движения штока и сказываться на силе. Ну и из-за разных площадей в полостях силы в плюс и минус будут разными и скорость перемещения будет разная при одинаковом расходе. Возможно придется подбирать разные настройки ПИ-регулятора для растяжения и сжатия.

Пока советую попробовать провести эксперименты с поддержанием ненулевой силы (хотя бы 10% от номинала цилиндра) и начать просто с П-регулятора. Конечно с ним будет качество жуткое, но увидите динамику и потом можно постепенно добавлять интегральную составляющую. Если хотите настроить регулятор без построения моделей, то можно попробовать с П-регулятора и повышать коэффициент, пока не увидите незатухающие колебания на полке (граница устойчивости), затем уменьшаете П составляющую на20-40% и постепенно добавляете И составляющую, пока не найдете наилучший вариант.

P.S. Eсли используете ПИД-регулятор от NI, то для увеличения влияния И составляющей значение Ti [min] надо уменьшать. Начните с 1 и уменьшайте до 0,01.
Artem.spb

Activity Автор
doctor
doctor
Сообщения: 2096
Зарегистрирован: 31 июл 2011, 23:05
Награды: 2
Версия LabVIEW: 12-18
Благодарил (а): 6 раз
Поблагодарили: 22 раза
Контактная информация:

Re: Регулятор для гиддроцилиндра

Сообщение Artem.spb »

Всем спасибо за ответы, бОльшую часть рекомендаций уже перепробовали.
ПИД работает на уровне ПЛИС
Andrew Lunev писал(а): 20 ноя 2020, 06:21 Для анализа хотелось бы видеть еще и положение испытуемого изделия (ту самую синусоиду, по которой он движется) и положение штока гидроцилиндра.
Сцепка жёсткая (не считая люфта), так что оба положения - одно и то же, вот два графика.
Второй - это приближение первого, тот мелкий синус - от перерегулирования.
01.PNG
02.PNG
Что ещё не пробовали из советов сейчас будем проверять
ujin1
interested
interested
Сообщения: 6
Зарегистрирован: 06 ноя 2020, 15:37
Версия LabVIEW: 19
Благодарил (а): 1 раз

Re: Регулятор для гиддроцилиндра

Сообщение ujin1 »

Artem.spb писал(а): 19 ноя 2020, 19:04 Опять же из графиков видно, что система обладает инерцией около 10 мс - максимум силы догоняет через 10 мс после воздействия.
Посмотреть где набирается инерция.
Устранить люфты по перемещению.
Попробовать расслабить сальник на штоке, если он регулируемый, вплоть до начала утечки масла. Таким образом уменьшится трение покоя и соответственно люфт по силе.
Ответить

Вернуться в «Обработка сигнала»