8-900-374-94-44
[email protected]
Slide Image
Меню

Схема р регулятора миндстормс – Пропорциональный интегральный дифференциальный ПИД-регулятор в робототехнике Lego Mindstorms. Пропорциональный регулятор.

Содержание

Пропорциональный интегральный дифференциальный ПИД-регулятор в робототехнике Lego Mindstorms. Пропорциональный регулятор.

Подробности
Автор: Коновалов Игорь
    Пропорциональный регулятор является усовершенствованием релейного регулятора . Главный минус релейного в том, что ему все равно, насколько текущие значения отличаются от нормального значения датчика. У него только два состояния - либо попытаться повысить значения датчика на определенное постоянное число, если они меньше нормального значения, либо повысить. Из-за этого происходят колебания с постоянной амплитудой, что очень неэффективно.
    Намного более логично определять, насколько "далеко" находятся текущие показания от нормальных, и в зависимости от этого менять амплитуду. Чтобы стало более понятно, разберем на примере. Пример, как и в прошлой статье, тот же самый: робот из Lego Mindstorms EV3 едет по черной линии с помощью одного датчика цвета в режиме освещенности.

    Робот пытается ехать вдоль границы между белым и черным, а там датчик показывает примерно 50 % освещенности. И чем дальше он от нормального положения, тем больше усилий прилагает робот, чтобы вернуться к 50 %.

    Для написания программы воспользуемся терминами "ошибка", "управляющее воздействие". Ошибка - разность текущего показания датчика и нормального. В нашем случае, если сейчас робот видит 20 % освещенности, то ошибка равна 20-50= -30 %. Знак ошибки указывает, в какую сторону роботу стоит повернуть, чтобы избавиться от ошибки. Теперь мы должны указать моторам, в какую сторону роботу поворачивать, с какой скоростью и насколько резко. Нужно оказать управляющее воздействие на моторы, под которым подразумевается, насколько резко ему стоит возвращаться к нормальному положению. Управляющее воздействие (UP) рассчитывается как ошибка (error) умноженная на коэффициент пропорциональности (k). Этот коэффициент используется для усиления или уменьшения влияния ошибки на управляющее воздействие. Управляющее воздействие подается в рулевое управление, где устанавливается средняя скорость робота.
    Как же настроить коэффициент пропорциональности? Опытным путем подбирать значения, для проезда траектории он может быть, например, от 0,2 до 1,5 в зависимости от скорости и конструкции робота. Если коэффициент слишком большой, то робот будет сильно вилять, если маленький - ехать плавно, но в какой-то момент на повороте съехать из-за недостаточной величины управляющего воздействия. Напишем две версии программы - с переменными (для тех, кто их уже изучал) и без.


   Но и этот регулятор можно усилить с помощью введения пропорциональной и интегральной составляющей, описание будет в следующих статьях. До скорых встреч!

roboland-rnd.ru

ПИ-регулятор

ПИ-регулятор является одним из наиболее универсальных регуляторов. Фактически ПИ-регулятор – это П-регулятор с дополнительной интегральной составляющей.   И-составляющая, дополняющая алгоритм, в первую очередь нужна для устранения статической ошибки, которая характерна для пропорционального регулятора. По сути, интегральная часть является накопительной, и таким образом позволяет осуществить то, что ПИ-регулятор учитывает в данный момент времени предыдущую историю изменения входной величины. Если добавить к алгоритму дифференциальную составляющую — он трансформируется в ПИД-закон регулирования.

ПИ-регулятор. Формула выходного сигнала:

, где:

  • U(t) – выходной сигнал
  • P – пропорциональная часть
  • I – интегральная часть
  • K – коэффициент пропорциональности
  • Tи – постоянная интегрирования (время изодрома).
  • ?(t) – сигнал рассогласования, разница между сигналом обратной связи и заданием (может быть заменен другими сигналами, в зависимости от структурной схемы системы, но суть та же.)

ПИ-регулятор. Передаточная функция :

W(p)= K(1+1/Tи*s) или W(p)= K+1/Tи*s;

Из формулы видно, что п-составляющая складывается с накопленной и-составляющей за время t. Фактически, ПИ-регулятор «учится» на предыдущем опыте. Если система не испытывает внешних возмущений – регулируемая величина стабилизируется на заданном значении: П-составляющая будет равняться 0, а интегральная составляющая полностью обеспечит выходной сигнал.

ПИ-регулятор можно получить типовым соединением звеньев – параллельным. Составим в MatLab схему из двух параллельно соединенных звеньев – к и 1/Ти. Дадим запаздывание в 1 секунду, чтобы увидеть выход в начальный момент времени.

К=1, Ти=10.

Рассмотрим переходную характеристику ПИ-регулятора. Переходная характеристика – реакция на единичное ступенчатое возмущение. Смоделируем в среде MatLab несколько переходных процессов для различных ситуаций.

  • ПИ-регулятор. H(t).

С графика видно, что переходная характеристика ПИ-регулятора состоит из сложенных пропорциональной и интегральной. Чем больше к, тем больше будет пропорциональный заброс на графике.

  • ПИ-регулятор. Влияние Ти.

Рассмотрим на примере нескольких Ти на ПИ-регулятор, его выход и вид переходного процесса. Смоделируем несколько параллельных процессов с выводом на один Scope с помощью Mux.

P=P1=P2=1, T1=2, T2=10, T3=50

Видим, что красный график (T3=50) имеет наименьший наклон. Синий (T1=2) – наибольший. Из этого следует, чем больше Ти, тем медленнее регулятор накапливает сигнал. Также, из графика (T1=2) можно заметить, что Ти – это, по сути, то время, за которое интегральная часть отработает столько же, сколько и пропорциональная.

Tags законы регулирования общие сведения

 

autoworks.com.ua

Пропорциональный интегральный дифференциальный ПИД-регулятор в робототехнике Lego Mindstorms. Релейный регулятор.



Пропорциональный интегральный дифференциальный ПИД-регулятор в робототехнике Lego Mindstorms. Релейный регулятор.
Подробности
Автор: Коновалов Игорь
 В прошлой статье мы обсуждали, зачем нам нужны регуляторы в робототехнике. Сегодня мы рассмотрим самый простой из регуляторов - релейный регулятор. В чем же его задумка? Приведем пример поддержания определенной температуры в помещении с помощью датчика температуры и газового котла. Итак, допустим, мы хотим добиться постоянной температуры воздуха 25 градусов по Цельсию. Регулятор проверяет: если температура меньше, то увеличивает подачу газа, а если больше - то уменьшает. Все очень просто по смыслу и реализации. Но этот релейный регулятор не будет учитывать, какова была разность нормальной и текущей температуры, он просто увеличивает или уменьшает температуру, поэтому будут происходить постоянные колебания температуры.
 А теперь применим релейный регулятор к Lego Mindstorms EV3. Одна из самых популярных задач соревновательной робототехники - проезд по черной линии на белом фоне(толщиной примерно 2 см), или наоборот - белой линии на черном фоне. Простой, но малоэффективный метод: метаться от белого к черному или в терминах освещенности - от хорошей освещенности к плохой освещенности.

 Если робот видит плохую освещенность (
  • < Назад
  • Вперёд >

roboland-rnd.ru

Пропорциональный интегральный дифференциальный ПИД-регулятор в робототехнике Lego Mindstorms. Применение регуляторов.



Пропорциональный интегральный дифференциальный ПИД-регулятор в робототехнике Lego Mindstorms. Применение регуляторов.
Подробности
Автор: Коновалов Игорь
  Введение. В мире великое множество самовосстанавливающихся систем, в том числе и технических. И если система создана искусственным образом с помощью человека, иногда требуется, чтобы она сама себя восстанавливала, придерживалась какого-то конкретного "нормального" состояния. В этом нам помогут регуляторы - специальные программные или аппаратные устройства для поддержания системы в состоянии равновесия.   Регуляторы в робототехнике. Где же можно и нужно применять регуляторы в робототехнике? Ярким примером могут служить квадрокоптеры в случае синхронизации скорости вращений моторов.
 Второй пример: роботы-балансиры. Из Lego Mindstorms можно построить Гиробоя. Это робот, который передвигается на двух колесах, балансируя с помощью датчика гироскопа. Сначала робот запоминает свое начальное положение (0 градусов), съезжает с подставки. Если робот откланяется в какую-то сторону, то регулятор выравняет его, заставив проехать в ту же сторону.

 Следующий пример: робот должен строго проехать вперед. Но часто бывает, что одно колесо крутится чуть быстрее другого (или провод мешает, или обо что-то трется, либо особенности моторов). На помощь придет регулятор, который будет выравнивать скорости моторов.
 В продолжении статьи я опишу самый простой регулятор - релейный регулятор. Мы применим его к движению робота по черной линии, проходящей по белому фону, - это самое популярное задание в детской робототехнике.
  • < Назад
  • Вперёд >

roboland-rnd.ru

Темная сторона силы на EV3

Среда программирования LEGO Mindstorms EV3 будучи прямым продолжателем традиций от NXT-G взяла также много хорошего от других своих предшественников Robolab и LabView: досрочный выход из цикла, массивы, сложные арифметические выражения, управление по изменению значения на датчике.
Еще одним полезным приобретением является возможность замерять мощность подаваемую на мотор.

Опрос данного показателя на моторе позволит определять, например, не заблокировался ли мотор при вращении. Или использовать его значения для ПИД-регулятора, чтобы сохранять постоянную скорость движения на поверхностях разного типа.

Кстати, простейший эксперимент с данным показателем позволяет увидеть, какая на самом деле подается мощность на мотор при разных параметрах, управляющих поведением мотора.


Например, при работе программы, приведенной выше, в течение первых трех секунд на экране блока будет выводиться не 100% мощности, хотя именно такое значение выставлено в первом блоке управления моторами, а 85. Интересно, не правда ли?

Использование другого блока управления - Tank Move (независимое управление) дает такие же результаты.


А у вас такие же результаты?

Дополнение (от 16.12.2013): С полностью заряженной аккумуляторной батарей, блок выдает 91 процент. Используя знания о напряжении аккумулятора из этой статьи и сделав простую пропорцию, получаем, что блок будет показывать 100% при 9 V напряжения. Т.е., по сути, показания на блоке зависят от напряжения, и это позволяет оценить уровень заряда на батарее. Как и где это можно применить, описывалось чуть больше года назад.

nnxt.blogspot.com

Структурные схемы автоматических регуляторов

Структурные схемы автоматических регуляторов — аналоговых и дискретных — с типовыми алгоритмами регулирования могут быть получены на основе известных в теории автоматического регулирования методов коррекции, когда желаемые динамические характеристики (алгоритмы) достигаются с помощью последова­тельных и параллельных корректирующих цепей (активных и пассивных) и обратных связей. В ряде случаев исполнительные меха­низмы также участвуют в формировании необходимого алгоритма.

На рис.5.1 изображены основные структуры, в соответствии с которыми построено большинство промышленных регуляторов с типовыми алгоритмами. На структурных схемах приняты следую­щие обозначения: 1 — преобразователь входной величины х; 2 — усилительное устройство; 3 — функциональная обратная связь; 4 — исполнительное устройство (механизм), сигнал, с выхода которого управляет объектом.

Преобразователь 1 может осуществлять демпфирование вход­ных сигналов, пропорциональных регулируемым параметрам, преобразование токовых сигналов в сигналы напряжения, суммирование нескольких входных сигналов, масштабирование, активную фильтрацию помех и т. д. В структурах (рис.5.1,а—в) формирование алгоритма осуществляется корректирующей обратной связью 3, охватывающей усилитель 2, и исполнительным устройством 4.

В структурной схеме на рис.5.1,а функциональная обратная связь 3 не охватывает исполнительное устройство 4, поэтому будем называть эту структуру структурой без обратной связи по положению исполнительного устройства. В регулирующих устройствах этого типа устройство 4 выполняется чаще всего в виде интегрирую­щего двигателя с преобразователем угла поворота (датчик положения), а его передаточная функция входит в передаточную функцию закона регулирования.

В отличие от этих регуляторов структуры на рис.5.1,б соответствуют так называемым регуляторам с обратной связью по положению исполнительного устройства. По правилам структурного преобразования схемы на рис.5.1,а, б могут быть сведены к одной из них, однако техническая реализация и свойства структур различны, что и делает необходимым их разделение.

В структурной схеме на рис.5.1,в исполнительное устройство охватывается жесткой обратной связью и носит название позиционера, так как его выходная величина — регулирующее воздействие μ— пропорциональна входному. Закон регулирования определяется блоками 2 и 3.

Рис. 5.1. Типовые структурные схемы промышленных регуляторов

В ряде промышленных регуляторов закон регулирования формируется суммированием отдельных составляющих, реализуемых блоками (2i(1),..., 2i(n)) (рис.5.1,г), каждый из которых может быть образован контуром из усилительного устройства 2 и функциональной обратной связью 3. Часто исполнительное устройство 4 в этих структурах является позиционером. В наиболее простых промышленных регуляторах (например, релейных) структурная схема на рис.5.1,г содержит лишь единственное усилительное звено 2 и отсутствует обратная связь 3.

6. Электронные элементы систем автоматики Электронные компоненты

К наиболее простым по выполняемым функциям элементам электронных средств автоматизации относятся резисторы, электрические конденсаторы, катушки индуктивности, коммутирующие устройства.

Каждый из элементов характеризуется определенными количественными показателями, которые называются функциональными параметрами. Значения функциональных параметров, предусмотренные техническими условиями на данный элемент, называются номинальными или просто номиналами. Допустимые отклонения от номиналов зависят от класса точности деталей. Цена однотипных деталей различного класса точности может отличаться на 50 % и более.

Электронные элементы обеспечивают нормальное функционирование аппаратуры при соблюдении определенных условий их эксплуатации, т. е. определенного рабочего режима. Режим может определять до­пустимые рабочие температуры, токи, напряжения, выделяемую мощность и т. д.

Согласно ГОСТ 16962—71 влияние на элементы внешней среды (температуры, влажности, пыли, радиоактивного облучения) оцениваются двумя показателями: прочностью (способностью элементов выдерживать без существенного изменения их параметров длительные механические нагрузки) и устойчивостью (способностью элементов сохранять параметры в условиях климатических воздействий и после них). Устойчивость того или иного функционального параметра к изменениям температуры оценивается температурным коэффициентом.

studfiles.net

Симисторный регулятор мощности | Мастер Винтик. Всё своими руками!

Простой регулятор мощности для паяльника (лампы) на MAC97A

Простой регулятор мощности до 100Вт можно сделать всего из нескольких деталей. Его можно приспособить для регулирования температуры жала паяльника, яркости настольной лампы, скорости вентилятора и т.п. Регулятор на тиристоре получается по размерам сильно большой и конструктивно имеет недочеты и большую схему. Регулятор мощности на импортном малогабаритном симисторе mac97a (600В; 0,6А) можно коммутировать и более мощные нагрузки, простая схема, плавная регулировка, маленькие габариты.

Немного о принципе работы симистора

Если у тиристора есть анод и катод, то электроды у симистора так охарактеризовать нельзя, потому что каждый электрод является и анодом и катодом одновременно. В отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Как раз простой схемой, характеризующей принцип работы симистора служит наш электронный регулятор мощности.

 

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса.

В данном случае изменяя управляющее напряжение мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника, а также скорость вентилятора.

Принципиальная схема регулятора на симисторе MAC97A6

Описание работы регулятора мощности на симисторе

При каждой полуволне сетевого напряжения конденсатор С заряжается через цепочку сопротивлений R1, R2, когда напряжение на С становится равным напряжению открывания динистора VD1 происходит пробой и разрядка конденсатора через управляющий электрод VS1 .

Динистор DB3 является двунаправленным диодом (триггер-диод), который специально создан для управления симистором или тиристором. В основном своем состоянии динистор DB3 не проводит через себя ток (не считая незначительный ток утечки) до тех пор, пока к нему не будет приложено напряжение пробоя.

В этот момент динистор переходит в режим лавинного пробоя и у него проявляется свойство отрицательного сопротивления. В результате этого на динисторе DB3 происходит падение напряжения в районе 5 вольт, и он начинает пропускать через себя ток, достаточный для открытия симистора или тиристора.

Диаграмма вольт-амперной характеристики (ВАХ) динистора DB3 изображена на рисунке:

Поскольку данный вид полупроводника является симметричным динистором (оба его вывода являются анодами), то нет разницы, как его подключать.

Характеристики динистора DB3

Кому нужно регулировать нагрузку более 100Вт, ниже представлена похожая схема более мощного регулятора на симисторе ВТ136-600.

Принципиальная схема регулятора на симисторе BT136-600

Приведенная схема регулятора мощности на симисторе рассчитана на достаточно большой ток нагрузки.

Если у Вас нет необходимых деталей и платы для сборки регулятора мощности на симисторе MAC97A6, Вы можете купить полный набор для его сборки в нашем магазине.




П О П У Л Я Р Н О Е:

  • Самодельный компрессор
  • Компрессор для накачки воздуха полезный инструмент в гараже автолюбителя. Им не только удобно и легко накачать колёса, но и также можно продуть карбюратор, трубку… и любую поверхность, можно использовать для  краскопульта. Применений сжатой струе воздуха, конечно много, но для работы, например, отбойного молотка производительности этого компрессора будет не достаточно.

    Подробнее…

  • Поделка «НОВОГОДНИЕ ЧАСЫ»
  •  

    Скоро новый год!

    Давайте вместе с детьми сделаем красивую поделку к празднику — «НОВОГОДНИЕ ЧАСЫ«.

    Подробнее…

  • Ремонт флешки своими руками
  • Перевод контроллера флэш в тестовый режим (замыканием выводов памяти)

    После некотрорых программных сбоев контроллера или микросхемы памяти, Windows не может определить подключённое устройство и при этом, операционная система не может установить соответствующий драйвер. Подробнее…


- н а в и г а т о р -


Популярность: 82 988 просм.


ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ


www.mastervintik.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *