הבנה של Overshoot ב-Servo Systems

Overshoot מתרחש כאשר מערכת סרבו עולה על עמדת היעד או מהירות לפני התיישבות. בשליטה בהילוך מדויק, אפילו פתרון קטן יכול להוביל למקם שגיאות, oscillations, או ללבוש מכני. שורש הוא אנרגיה מאוחסן יתר - בין אם ממנטום, רוח אינטגרלית, או עלייה פרופורציונלית אגרסיבית - כי הלולאה משוב לא יכול לתפזר במהירות מספיק.

שליטה PID ותפקידה בOvershoot

הבקר ה-Proportional-Integral-Derivative (PID) נשאר מנגנון המשוב הנפוץ ביותר במערכות סרבו.המונח היחסי (איור:0PigFLT:1) מגיב ישירות לשגיאה הנוכחית; עלייה גבוהה מאיצה תגובה אך סיכונים על פני פתרון (FLT:2IFLT 3LT) מבטלת את השגיאה היציבה, אך עלולה לפעול כראוי על ידי תיקון 3.

פתרונות Zero Overshoot

המונחים: pID Tuning

כוונון נכון הוא קו ההגנה הראשון.הטכניקה של זיגלר-ניקולוס היא נקודת התחלה קלאסית, אך לעיתים קרובות היא מייצרת תגובות אגרסיביות עם פתרון גלוי לעין. מהנדסים יכולים לחדד פרמטרים באמצעות שיטת כהן-קוון לתהליכים עם זמנים מתים ארוכים, או ליישם אופטימיזציה מבוססת תוכנה מודרנית (למשל, אופטימיזציה של חלקיקים או אלגוריתמים גנטיים) כדי למזער באופן ישיר את הכוונון ידני בעל ערך: נשאר: נשאר:

  • (ב) הפחתה של ה[[המאה ה-1]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]
  • עלייה ברווח (FLT:0KFLT:1digtureFLT:2FLT 3: 3) כדי לספק פעילות מבהבת כמערכת מתקרבת לנקודת המוצא.
  • (ה) עיין ב[[1924]]]]]]]] ב[[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]

(ב) , כ"כ," (ב) , ויקרא כ"ד) ,"ב[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]

2.השליטה

בקרה מקדימה צופה את המאמץ הנדרש של הפעלת המערכת באמצעות מודל של הדינמיקה של המערכת.על ידי הוספת נתיב האכלה קדימה (למשל, מהירות להאכיל קדימה עבור לולאות מיקום, האצה קדימה עבור torque), הבקר יכול לספק מראש את אות הבקרה הדרוש, המאפשר משוב PID להתמקד רק על תיקון שגיאות שאריות.זה מקטין את overshoot כי המערכת אינה מסתמכת על שגיאות המונעות לחלוטין: התאמות נפוצות כוללות:

  • (ב) ,0) ,Velocity Feedroving ForwardFLT:1: מוסיף מונח פרופורציה למהירות הרצויה.
  • (ב) ,0) , אכילת מזון קדימה: מוסיף מונח פרופורציה להאצה הרצויה.
  • (ב) ,0) , אכילה קדימה: נגזר ממודל דינמי הפוך של העומס.

האכלה קדימה עובד הכי טוב כאשר המודל מדויק. גורמים בעולם האמיתי כמו חיכוך, וריאציות אינרציה, ולא לינאריות יש לפצות, לעתים קרובות על ידי שילוב של מזון קדימה עם שיטות הסתגלות או למידה.

3.אנטי-Windup ו- Clamping

רוח אינטגרלית מתרחשת כאשר המונח האינטגראלי מצטבר שגיאה בעוד המכנה רווי, גורם גדול overshoot פעם השגיאה הפוכה.טכניקות נוגדות רוח סטנדרטיות כוללות:

  • (ב) ,0) חישובים לאחור: כאשר הפלט סורק, המונח האינטגראלי מחושב מחדש באמצעות ההבדל בין הפלט בפועל ובלתי רווי.
  • (ב) ,0) שילוב מסורתי של אינטגרציה: המבוא מובהל במהלך אירועי השכולה וניתן לראותו מחדש רק כאשר השגיאה נמצאת בתוך צומת מתים.
  • (ב) ,0) ,התחלקו במונח האינטגראלי של ה-FLT:1: הגבלת הפלט של ה-Integrator למקסימום מוגדר מראש.

בנוסף, הדגמת אות הבקרה הכולל ( ⁇ ⁇ ) מונעת מהמערכת לדרוש יותר מומנט מאשר הנהג יכול לספק, צמצום יתר במהלך טראנסים מהירים.

פתרונות מתקדמים ל- Zero Overshoot

1.שליטה מתאימה

במערכות עם דינמיקת זמן (למשל, שינוי אינרציה, חיכוך או טמפרטורה), רווחים קבועים PID עשויים לייצר overshoot בתנאים מסוימים.מודולים שליטה הסתגלותיים PID בזמן אמת על בסיס זיהוי מערכת או ביצועים מדדים.

  • (ב) ,0) ,GainתזמוןFLT:1: הישגים מוקדמים של PID עבור משטרים הפעלה שונים (למשל, נמוך לעומת מהירות גבוהה).
  • (FLT:0)Model Reference Fitive Control (MRAC)BuildFLT:1: הבקר מנסה להפוך את סרבו מתנהג כמו מודל התייחסות עם תכונות פתרון רצויות.

כאשר ייושמו נכון, PID מותאם יכול לשמור על אפס overshoot על פני מגוון רחב של תנאים.

2.מודל בקרת חיזוי (MPC)

בקרת מודלים חיזוי מודלים דינמיים של מערכת הסרבו כדי לחזות את התפוקה העתידית על פני אופק והערכה אופטימלית קלטות בקרה אופטימלית.על ידי פתרון בעיית אופטימיזציה מאומנים בכל שלב, MPC יכול לאכוף במפורש גבולות על פתרון, האצה, ומאמץ Actuator. בניגוד PID, אשר מגיב שגיאות העבר, תוכניות MPC קדימה.

  • (ב) ויקרא י"ד: ויקרא י"ד: "ה', כ"ד, כ"ד, 10-20 דוגמאות".
  • (ב) ויקרא י"ד: (ב) ,2–5 דגימות).
  • (ב) ,0) ,(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

MPC הוא כבד חישובי מאשר PID אבל אפשרי עם מיקרובקרים מודרניים (למשל, FPGAs, DSPs) הוא בשימוש נרחב בשלבים גבוהים של תנועה רובוטיקה.

3. Cascade control

בקרת Cascade משתמשת בלולאות משוב קן מרובות.ב servo cascade טיפוסי, לולאה פנימית (נוכח / טוריק) נמצאת בתוך לולאה מהירה, אשר בתוך לולאה עמדה. Tuning כל לולאה מאפשר לולאות הפנימי להגיב מהר יותר, צמצום overshoot in theחיצוני מיקום לולאה.לדוגמה, מהירות מכוונן היטב ניתן לעשות באופן ביקורתי, כך שהבקר רואה רק קופסה נמוכה עם הילוך משולב.

ביקורת: Disturbance Observers (DOB)

צופה הפרעות מעריך כוחות חיצוניים ופרמטרי מערכת (למשל, חיכוך, קידוד) ומזריק אות מחלחל לתוך לולאת הבקרה.על ידי ביטול הפרעות לפני שהם משפיעים על הפלט, DOB מפחית את הנטל על משוב PID, ובכך מצמצם את ה- DOB למעשה פועל כהזנת קדימה מההפרעה המוערך.

מערכת מודלים וזיהוי

כל אסטרטגיות מתקדמות - במיוחד להאכיל קדימה, MPC, ובקרת הסתגלות - באופן מיידי על מודל מדויק של מערכת סרבו. מודל זיהוי כרוך מדידת התגובה תדר המערכת או תגובה צעד ו הפרמטרים מתאימים כמו אינרציה, לחות, וחיכוך. לבן-נוז או אותות צ'יפפר משמשים בדרך כלל לזיהוי מערכת.איכות המודל משפיעה ישירות על פתרון: מודל גרוע יוביל להזנת לא נכונה או לחיזוי מחדש של מהנדסים צריך לפתור את המהנדסים מלאים.

שיקולים מעשיים

גם עם כוונון אידיאלי ואסטרטגיות, גורמים בעולם האמיתי יכולים לנסח מחדש את הפתרון:

  • (ב) [ה]: [ה] [ה]], [ה], [ה], [ה],] [ה],] [ה],]], [ה],], [ה],], פעולה נגזרת מרעננת], או על משוב מהיר.
  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד): "התחר" (ב) ו"התחר" (ב)" (ב"ב) ו"התורה" (ב"ב) יש לקחת בחשבון את הגבולות.
  • (ב) ,0) ,מכיר ג'יטר ועיכובים FLT:1: להשפיע על MPC ו לולאות הסתגלות. השתמש בשיעורי דגימה קבועים ותזמון תקין.
  • (ב) [15] ,0) חיכוך לא-לינארי (לא-לינארי) 1: חיכוך מקל-סולק וקואולמב גורמים לפתרון יתר על המידה במהירויות נמוכות.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ (ה) ,במערכות מבוססות רשת או EtherCAT, עצלות יכולה לערער את הלולאה.

מסקנה

השגת אפס overshoot במערכות PID מבוקרות servo אינה טכניקה אחת, אלא שילוב של כוונון הולם, הזינה פיצוי קדימה, אנטי-windup, ושיטות מתקדמות כמו שליטה הסתגלות או MPC. הבחירה תלויה המורכבות של מערכת, משאבים חישוביים, ודיוק נדרש מהנדסים צריכים להתחיל עם כוונון חזק ואנטי-windup, אז שכבת מזון קדימה, ולשקול אופטימיזציה או חיזוי עבור פונקציות רוחיות בדיוק על ידי אופטימיזציה, כלומר, אופטימיזציה למנועינית, טיפול יעיל ביותר, לחץ על ידי פתרונות יציבים, לחץ על ידי בקרת רוח אגרסיביים, לחץ על ידי שיפור יעיל ביותר, לחץ על ידי פתרון יעיל ביותר, לחץ נשימה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה של יעילות באופן שיטתית ויעילה, או חשיבה יעילה ביותר, ללא יעילות, או חשיבה יעילה ביותר, על ידי שימוש יעיל ביותר, ללא ספק יעיל ביותר, על ידי שימוש יעיל ביותר, ללא יעילות באופן שיטתיתנים.

(ב) ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא: ויקרא:2 ויקרא ויקרא יט: ויקרא יט): "וַיָּעֹא הָאָרֶץ הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא