PLC, PID ed encoder motore

[cencia01]

Ciao, devo monitorare la velocità di un motor encoder con PLC Twido.
Vorrei utilizzare il modulo PID per regolare al meglio la velocità.
Ieri sera mi sono ripassato un po' di teoria e mi sono rimasti un po' di dubbi sia pratici che teorici.

1) mi sono accorto (?) che il metodo ziegler-nichols non funziona per i sistemi asintoticamente stabili (non si può portare ad oscillare un sistema asintoticamente stabile!!!!);
2) non capisco quanto la frequenza delle sovraelongazioni e loro frequenza siano restrittive, e fino a che punto incidano sul controllo;
3) nel caso pratico di un motore in CC non so come portarlo ad oscillare per trovarmi la sua Kpmax e la w di oscillazione.
4) mi sembra di aver capito che il segnale in quadratura lo devo mandare su un contatore veloce e dal tempo di ritardo tra un fronte di salita e un altro stabilisco il mio set-point.

Se qualcuno ha la bontà di aiutarmi mi farebbe un grosso piacere

[Candy]

4) mi sembra di aver capito che il segnale in quadratura lo devo mandare su un contatore veloce e dal tempo di ritardo tra un fronte di salita e un altro stabilisco il mio set-point.

Al limite dai contatori veloci rilevi in qualche modo dei feedback di velocità e posizione.

[SandroCalligaro]

1) Il motore insieme al carico sarà anche un sistema asintoticamente stabile, ma hai provato a tener conto del sistema complessivo, che comprende il regolatore in feedback?

2) Tieni anche conto del fatto che ci possono essere altri modi di tarare un regolatore.

3) Vedi (1). In ogni caso, per un motore in CC bisogna capire come lo comandi: ci sarà un convertitore, a questo imponi una tensione di uscita, un duty-cycle, una corrente...? In particolare, monitorare e/o controllare la corrente potrebbe essere una buona cosa, per evitare bruciature.

4) Non so cosa sia meglio fare, con il PLC, ma immagino che possa servire una "periferica" apposita per sfruttare la quadratura.

[dimaios]

Quanta confusione .

1) mi sono accorto (?) che il metodo ziegler-nichols non funziona per i sistemi asintoticamente stabili (non si può portare ad oscillare un sistema asintoticamente stabile!!!!);

La tecnica è stata elaborata intorno al 1942 per cui ci sono voluti ben 74 anni perché tu scoprissi questa verità che modificherà la storia dei controlli automatici a livello mondiale.

Ma hai letto bene le condizioni di applicabilità del metodo
A quali funzioni di trasferimento si applica

In ogni caso hai detto una grandissima stupidaggine. Anche se il sistema da solo è asintoticamete stabile quando lo poni in retrazione ed aumenti guadagno può diventare instabile .... dipende dal tipo di sistema preso in considerazione. Evidentemente il tuo sistema è sempre stabile quando retroazionato con un guadagno ma questo in generale non vale.
Prima si scrive l'equazione del sistema da controllare e poi se ne derivano le proprietà.

2) non capisco quanto la frequenza delle sovraelongazioni e loro frequenza siano restrittive, e fino a che punto incidano sul controllo;

Dipende dal problema.
Facciamo un esempio di regolazione della velocità.

Supponi che la tua automobile reagisca lentamente quando premi l'acceleratore.
In pratica sei ad una velocità di 30 km/h e vuoi raggiungere i 100 km/h e vedi che il sistema reagisce in maniera estremamente lenta ... diciamo 10 s.
Allora decidi di modificare i parametri della centralina in modo da fornire "più birra".
Guarda caso nella centralina è stato implementato un PID ed inizi a "smanettare" sui parametri.

Ammesso che tu abbia abbastanza potenza per poter migliorare le prestazioni, finalmente riesci a portare la tua macchina da 30 km/h a 100 km/h in 4 s ma purtroppo hai una sovraelongazione di 20 km/h.

Questo vuol dire che premi l'acceleratore da 30 km/h , finisci a 120 km/h poi a 90 km/h poi a 105 km/h poi a 98 km/h e finalmente dopo 4s sei a 100 km/h.

Se ripeti questa manovra due o tre volte con passeggeri in auto dovrai fare i conti con l'instabilità del loro stomaco e .... lavare gli interni per molte ore!

Questo è un caso dove per evidenti motivi sarebbe auspicabile una risposta monotona priva di oscillazioni.
Anche oscillazioni di livello di liquidi o posizionamenti con superamento del punto d'arrivo potrebbero essere incompatibili con le specifiche. In altri casi invece puoi tollerare delle sovraelongazioni.

Cosa devi fare di preciso
Spiega la tua applicazione nel dettaglio e vediamo se possiamo aiutarti.

Prima di rispondere alle ultime due domande vorrei vedere uno schema e dei dati di progetto.

[MarcoD]

Non ne so molto, ma diffondo le mie considerazioni.

1) mi sono accorto (?) che il metodo ziegler-nichols non funziona per i sistemi asintotica.....

Anche se è un sistema asintoticamente stabile, sarà almeno un sistema del secondo ordine !?: momento di inerzia motore, induttanza avvolgimenti, azione integrativa controiller.

2) non capisco quanto la frequenza ampiezza delle sovraelongazioni e loro frequenza siano restrittive, e fino a che punto incidano sul controllo;

Di solito non si vogliono sovraelongazioni per evitare che comandato vicino agli estremi intervengano le protezioni.. ma dipende dai requisiti del progettista

3) nel caso pratico di un motore in CC non so come portarlo ad oscillare per trovarmi la sua Kpmax e la w di oscillazione

. ..non sono competente..la fattibilità dipenderà dalla potenza del motore..

4). NN...

p.s. Avrei potuto cancellare questo mio messaggio. L'ho scritto prima di aver letto quello di dimaios con cui concordo, e che spiega molto meglio di me le osservazioni..

[Candy]

Molti interventi interessanti, senza ombra di dubbio, ma, attenzione, l'oggetto di automazione a disposizione, o scelto, il Twido, è parecchio limitato e non permette di fare granchè.
Difficile dire altro, non è nemmeno noto cosa sarà il motore e l'architettura nel suo insieme.

Fare un controllo di velocità, per rispondere a prestazioni "elevate" non passa per l'uso di un Twido ma di un azionamento dedicato.

Non conosco le prestazioni di questo dispositivo e se, ad esempio implementa calcoli in virgola mobile. Anche se fosse, cosa va oltre le operazio booleane aumenta esponenzialmente il tempo di elaborazione, portando il tempo ciclo a parecchi millisecondi. Dubito che si possano ottenere PID particolarmente prestanti, se non per controllo di temperature.

[cencia01]

Il Twido da la possibilità di fare operazioni in virgola mobile e ha dei moduli e blocchi software PID dedicati.

L'idea è quella di far andare, in un solo verso di rotazione, un motore in CC (sistema del 2°ordine, asintoticamente stabile) con un'uscita PWM del PLC. Il motore ha calettato sull'albero un encoder: utilizzo un solo segnale ad onda quadra dell'encoder per misurare la frequenza di rotazione.

Ho dato un'occhiata alla programmazione del Twido e come diceva bene Mauro, per la lettura dell'onda quadra basta utilizzare un contatore veloce come un frequenzimetro, e mi estraggo il valore di retroazione.

Ora viene la parte del PID, come stabilire i parametri del controllore.
Come mi suggerite di continuare nel controllo?
So di professionisti del settore che inseriscono i parametri 'a naso'.
Nel mio caso, vorrei avere un metodo almeno su cui fare affidamento e su cui sperimentare.

A quanto ho capito non posso applicare il metodo Z/N e non so neanche la funzione di trasferimento (previo calcolo un po' laborioso).

Come posso procedere?

Come stabilire a mala pena dei parametri a 'naso'?

[dimaios]

So di professionisti del settore che inseriscono i parametri 'a naso'.

I professionisti del settore inserirscono i parametri calcolati o stimati al limite dettati dall'esperienza e non a 'naso'.

Siccome il sistema è del secondo ordine non puoi impiegare il metodo di Ziegler-Nichols quindi ne devi impiegare un altro.

Hai calcolato la funzione di trasferimento del motore CC in base ai parametri elettrici e meccanici ?

Se vuoi fare un lavoro didatticamente serio devi fare così :

1) Fai un diagramma a blocchi del sistema considerando i passaggi da analogico a digitale e viceversa
2) Calcoli la funzione di trasferimento del motore e del carico
3) Trovi la funzione di trasferimento dell'attuatore di potenza
4) Sintetizzi il controllo nel continuo e lo digitalizzi per verificare che le cose funzionino realmente sulla carta
5) Fai un test reale e compari i risultati

In realtà per fare un lavoro qualitativamente migliore dovresti considerare le variazioni parametriche del processo ma per ora fermiamoci a quello nominale.

[MarcoD]

Suggerisco punti che forse ritieni scontati e banali :
(Io ho solo qualche esperienza di realizzazione di pochi asservimenti lenti).
Quali sono i requisiti (te li pone un cliente o li ipotizzi tu ?):
asservimento/controllo di velocità del motore ?
Massimo errore di velocità a regime tollerabile?
Durata/ampiezza massima tollerabile di un transitorio?
Ampiezza disturbo della variazione di coppia del carico sul motore?
Massima accelerazione/decelerazione del motore con comando al 100% o 0 %?
Poi inizia a ipotizzare un controllore solo proporzionale o proporzionale-integrale che controlli anche se molto lentamente ma senza sovraelongazioni il motore.
A scopo didattico, potresti scrivere un programma di simulazione dinamica del sistema.
Cerca come modesto esempio negli articoli dell raggruppamento Elettronica l'articolo "Stabilizzazione della temperatura di un quarzo" (non riesco a inserirne il riferimento).
E' questo.


Aggiunta al messaggio:
thanks Walter: userò /URL

Un suggerimento per un dimensionamento grossolano:
Sola azione proporzionale, imponi che per una variazione della coppia di carico del 100%,
la velocità vari solo del 10 % >> viene un guadagno proporzionale Kp di 10.
Vedi se ti piace, se il transitorio è passabile, e poi miglioralo.

[SandroCalligaro]

So di professionisti del settore che inseriscono i parametri 'a naso'.

Purtroppo non sempre i parametri del sistema (anche semplicemente quelli elettrici) sono noti, ed in mancanza dei loro valori non è possibile fare molte considerazioni.
E' vero anche che alcuni parametri sono abbastanza facili da misurare e/o stimare. In particolare è relativamente facile misurare la resistenza di armatura e la costante di tensione. Per l'induttanza e soprattutto per l'inerzia, però, potrebbe essere necessaria qualche tecnica di stima.

In ogni caso, volevo far notare che il fatto di utilizzare, del segnale encoder, solamente l'informazione di frequenza (senza nemmeno il verso) potrebbe essere molto problematico se si vuole controllare anche a velocità bassa o addirittura nulla.