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 转速调节器和加速预控

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liul_sharp
奇侠

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楼主    2022-10-01 20:46:26
主题:转速调节器和加速预控 精华帖 

先搬个砖:

  • If the speed controller has been correctly adjusted, it only has to compensate for disturbance variables in its own control loop, which can be achieved by means of a relatively small change to the correcting variables. Speed setpoint changes, on the other hand, are carried out without involving the speed controller and are, therefore, performed more quickly. 

  • Speed controller pre-control is correctly set (p1496 = 100%, calibration via p0342) when the I component of the speed controller (r1482) does not change during a ramp-up or ramp-down in the range n > 20% x p0310.

  • When speed pre-control is activated, the speed setpoint must be specified continuously or without a higher interference level (avoids sudden torque changes). An appropriate signal can be generated by smoothing the speed setpoint or activating the ramp function generator rounding p1130 – p1131. 


这是抄来的原句。上面总结了转速调节器的调试方向,以及配合的加速补偿的调节方法。可用于手动调节转速调节器的指导。对于高性能的应用,在手动优化的时候,特别有用!


对于负载惯量远远大于电机惯量的应用(惯量匹配),连接轴的刚性问题始终难以绕开。那么在高动态调节的时候就存在转速跟不上,扭振,低速区波动等问题。这类问题可以用加速预控来减小减轻一些。

具体来说,给电机的力矩由2部分构成,一部分是转速调节器的输出值 r1480,一部分是加速预控力矩输出 r1518。通过调节 p1496 或者 p342 逐步增加预控的力矩输出,慢慢使得转速调节器的负担(workload)减小,出力减小。也就是说加速过程起主导作用的是预控,而转速调节器的作用仅仅是消除转速偏差的次要作用。当然,原文的第二条是希望在前20%的额定转速下将净差消除,也最好!理想情况是第一条说的,让转速调节器仅仅补偿系统自身的干扰,其实是指负载突变的情况。转速给定值变化是由预控来快速解决掉。回到刚性问题,预控不能过猛,过猛会导致轴的径向形变加剧,激发扭振。造成启动的瞬间,转矩,转速波动,打齿。因此预控要加滤波(PT1),用 p1517 来控制预控力矩的上升平滑过程。也可以使用 p1416 来平滑,但是这样会造成整个系统转速响应的延迟(波形几乎整体延迟输出,跟随性变差)。这样加速初期出力是平缓的,这样不容易造成大的初期扭振,从而转速调节器输出也会减轻波动,因此,也就可以进一步提升转速调节器增益,往高性能方向上努力了。

另外,加速预控的增加可以减小转速超调量。

yming
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2楼    2022-10-01 21:49:07
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

这要分情况。

如果速度闭环是在IO控制器上(设备编码器接在PLC上,由PLC的PID调节)时,给定值就会不断地调整。预控将一直在起作用。

若速度给定使用模拟量时,模拟量信号也会不断地波动(即使旋钮没人动。)。预控也会工作。

注意,越大的转动惯量,越不易受到负载变化的干扰。

所以,何种情况下启用预控,要仔细考虑。

通常,速度预控都是在速度闭环做在驱动中时,才启用。

至于预控的作用程度,不管动态优化结果如何,都可以用1496比例系数来调整。


学而时习之,不亦说乎?温故而知新,不亦乐乎?
liul_sharp
奇侠

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5楼    2022-10-01 23:46:02
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

如果转速给定一次性给定到目标转速,就会产生一个固定的加速预控力矩,r1518 就是平直的。启动加速的过程中,如果出现振荡的话,肯定是速度调节器输出振荡导致的。如果系统还要求高动态,高性能的话,可能就会去压榨电机过载能力,如果输出力矩限幅到了,转速环的积分环节就会被冻结,积分分量的出力就不变了。这是所谓的“积分分离调节器”。就得想办法让速度调节器输出稳定,又不减少动态性,碰上惯量失配(Inertia Mismatch)的,刚性又很差的,就得加大那个平直的加速预控力矩的滤波,让它平缓的去扭麻花儿,别让它来回弹起来,然后尽量把转速环往更高动态性去调节。如果加了滤波效果还是欠缺,再加点初始圆弧效果也会好很多。慢慢地压榨这个系统的动态极限。注意安全,大惯量比的容易断轴。

老兵
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11楼    2022-10-03 15:16:38
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

其实没那么复杂的。

抛开电流环的预控制不谈,只谈速度环的预控制。

速度环的预控制时间常数其实就是(负载+电机)本身机械惯性常数Tm*dn/dt。其物理意义就是让电气的输出跟机械的惯量恰好的匹配,谁也不超前谁,谁也不滞后谁。

因而,不考虑机械惯量及速度的微分去谈速度环的预控制本身就是耍流氓。

如果这个预控制时间常数设的大了,充其量也就是调节慢一点。

但如果设的小了,系统马上就会超调,就是一另一种干扰了,会让系统激剧振荡。在这种情况下,如果再不限制转矩的输出,出现断轴或者齿轮损坏,也就不是意外了。


所以,这个预控制最好的应用场合是加速斜坡恒定的地方。因为dn/dt恒定。


如果加速曲线本身是S曲线,那预控制的效果是惨不忍睹的。

天生不宜做胜利者,自来没有胜利的欲望,只是不甘失败,十分十分不甘心失败。木心
老兵
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12楼    2022-10-03 15:39:54
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

还有,K版提出一个在直流装置中喜欢用预控制,在交流系统中不用预控制的观点,其实,也不意外。

这要从预控制概念的生产说起。

在模拟控制时代,是没有预控制概念的。数字控制时代,才出现了预控制的概念。这也反应了二者之间的两个重要不同点:

1、在模拟控制系统中,给定值与实际值是同步处理的。没有先后,速调的实际值就是当前系统的实际值,没有时延。

2、在模拟控制系统中,从速调的输入到脉冲作用到电枢,是不分先后的,也近似没有时延。


而在数字控制系统中,

1、速度实际值 是受采样周期控制的,速调的实际值,最快最快也得是上个采样周期的数值,不可能是当前的实际值。

2、从速调到触发脉冲作用到电枢回路,是一级一级串联计算的,受系统计算速度的影响。

所以,从本质上讲,数字控制系统就没有模拟控制系统“快”。在这种情况下,才提出了“预控制”的概念。而且,还是一大突破性的概念,让数字控制系统一下子变的“又快又好”。


而在控制系统的发展中,直流调速是早于交流调速的(理论及实践都是),早期的数字系统运算能力有限,再加上直流调速本身的固有缺陷(电流环再快也不会比可控硅的换相周期3.3ms快),所以,为了获得好的动态特性,预控制就应用的比较多。当然,也有的系统是半数字+半模拟,就没有预控制的功能。


而在交流调速系统中,早期都是V/F控制,预控制没有存在的必要。后期失量控制及DTC控制理论慢慢成熟时,数字控制系统的运算能力已经今非昔比了,再加上交流系统本身是PWM调制(包含以此为基础的延伸),转矩环的响应时间远小于直流系统 ,在大多数的控制系统中,预控制就显的可用可无。

但是,在伺服控制中,其实,预控制必不可少,所以,伺服的控制系统的优异特性不只是因为电机好,控制算法的作用也非常关键。






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liul_sharp
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16楼    2022-10-04 09:17:33
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

我说的前提是:系统要求高性能!

如果没有高性能要求,预控也可以没有啊,就靠PI也能慢慢拉起来转啊~

老兵
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18楼    2022-10-04 09:40:15
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

哦,我看了一下,你这个不是S曲线。

你这个是在启始及终端加圆弧。


S曲线,本质上,全域的加加速度都是平缓过度的。

其数学函数是


由这个公式可以看出,整个过程没有一个恒定的Dn/dt,所以,预控制的时间常数就不恒定,你如果此时用预控制,要么预控制作用很弱(时间常数设的大一点),要么就变成了干扰。


尤其是在加速时间还要不断调整的系统中,S曲线与预控制,通常只能二选一了。


特例:伺服控制系统除外。

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Zane
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38楼    2022-10-26 09:40:02
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

我讲一下我的观点:


1)经典控制理论课程只有反馈前馈这两个概念,预控是其他学科比如计算机控制等提出的概念。反馈控制和前馈控制现在也被用来区别闭环控制的方式,严格意义前馈是开环的,前馈闭环系统,是指前馈+闭环控制。


2)西门子的手册的确大量使用precontrol这个词,但根据我看使用的技术前提,都是十分经典的前馈闭环应用,所以我认为西门子使用这个词更侧重于闭环控制方式,现在的中文版翻译也是普遍使用“前馈”一词,应该是在中文上更贴近技术本意。


3)但我认为,前馈与预控亦不能相提并论,前者是理论算法方式,后者是策略,后者的含义更加的宽泛一些可以包含前馈但不仅仅是前馈。


我们经常提到的模型控制,是不是就是一种可以包含前馈的预控制呢?


事实上英语中,feed forward control 与 precontrol 如果泛指的话也是后者更合适,而且更简短明了

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老兵
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56楼    2022-11-07 19:51:41
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控





用传递函数说明,啥叫precontrol,啥叫feed forward control.


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老兵
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57楼    2022-11-07 19:53:43
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

叫啥,得看作用在哪个通道。

绝对不能乱点鸳鸯谱,更不能混为一谈。

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yming
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73楼    2022-11-09 11:01:09
精华帖  主题:回复:转速调节器和加速预控

我做的,大板结构。100kW;在月工资百多元的年代,卖2.2万;用这个装置,养活了部分下岗职工。深刻体会:知识改变命运”。


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