Тарахтелка

Подогнали клёвый видос нашей поделки:



https://github.com/speedcontrols/ac_sc_grinder

Если собирать больше 1 штуки (например, себе и друганам), получается совсем бюджетно. Детальки и платы заказываются в полтора клика. Чтобы собрать, великим электронщиком быть не обязательно.

Оказывается есть довольно современные разработки: (AN863) Improved sensorless control with the ST62 MCU for universal motor. Кому интересно - почитайте, там довольно красивые картинки и понятные пояснения.

Если кратко - девайс меряет ток во время zero-cross и пытается его стабилизировать. А конские формулы заменяются табличками компенсаций. Только диапазон скоростей приходится бить на полосы, и строить свою табличку для каждой полосы. Если речь о серийном производстве - вполне годное решение. Но в нашем случае это плохо, потому что:

• Нужен стенд, чтобы снимать показания мотора, причем потребуется давать нагрузку на вал.
• Выше требования к входным фильтрам, давящим шумы.
• Одна табличка параметров будет работать только для узкого диапазона скоростей.

Отсюда кстати понятно, почему регулятор на U2010B хорошо работать не сможет - там просто таблички компенсаций отсутствуют. Точнее, ...

https://github.com/speedcontrols/ac_sc_grinder

Там еще овердохрена приключений с теорией, но видимо остановимся на том что есть. Ибо уже подзадолбало ковыряться, да и работает приемлемо. Опишу в общих чертах что вышло. Решили подбирать методом половинного деления, по отсутствию автоколебаний и перерегулирования. Каждый шаг занимает пару секунд, всего около 6 шагов - довольно быстро, и нет смысла мудрить с продвинутыми техниками. Получилось примерно так:

• P - сначала отпускаем коэффициенты и меряем дисперсию шума. Автоколебанием считаем если дисперсия больше шума на 10%. Потом двигаемся между минимумом и максимумом, уменьшая шаг, пока не найдем точку где автоколебаний все еще нет.
• I - тут немного хитрее. Поскольку автоколебаний им не запустить, то дергаем скорость с 0.3 до 0.4 и смотрим чтобы выход не "заносило". Тоже половинным делением подбираем нужное значение.
• Уменьшаем оба коэффициента на 0.8, для запаса стабильности.

Крайние значения интервала ...

Сегодня без графиков, залью по окончании, когда полностью закончим. А пока новые леденящие душу подробности .

Как известно, для вычисления коэффициентов ПИ-регулятора, надо подать на девайс "импульс" и померить время разгона и торможения. Удивительно, но время торможения оказалось меньше времени разгона. Если б не видел графики лично - не поверил бы. Но нам это только на пользу - торможение не будет мешать поджимать коэффициенты регулятора посильнее. А вот с самими измерениями есть нюансы.

Сигнал ОЧЕНЬ шумный. Если посмотреть ...

Залил обновленные графики, поправил инструкции, то-сё. Все-таки график измерения скорости пришлось исправлять более серьезно.

Как уже писал, в середине графика скорости есть аномальный провал. Из-за него пришлось сильно разжимать коэффициенты PI-регулятора, что не приемлемо. Поэтому стали думать, как быть. Интерполяция полиномом тут не прокатывает, так как она борется с шумами, а не с откровенно кривыми исходными данными.

Т.к. с нормальными идеями туго, решили временно обойтись "магическими константами" - на глаз разметили диапазоны, где измерения заслуживают доверия, а остальное "достроили". Улучшать надо, но времени нет. Как-нибудь потом. Получилось так:

• На низких оборотах выбрали интервал ~ 0.2-0.4 от максимума, и провели прямую, достроив ноль (стандартной полиномиальной регрессией).
• На высоких оборотах (фаза 0.6-1.0) просто взяли 3 точки, там шаманить особо нечего.
• Дырку достроили сплайном

https://github.com/speedcontrols/ac_...aster/doc/data ...

https://github.com/speedcontrols/ac_sc_grinder

Напоминаю предысторию - перед тем как химичить с калибровкой ПИ-регулятора, понадобилось компенсировать нелинейность мотора (rpms/volts). Над этим и бились. Вроде победили, не считая пары нюансов, которые закроем в понедельник.

Картинки можно посмотреть в файле https://github.com/speedcontrols/ac_...terpolated.ods. Там 3 графика:

• Красный - что померили тахометром.
• Синий - что показывает измерялка Back EMF.
• Желтый - после отбрасывания шумов и вычисления полинома пятой степени.

Шаг измерений нелинейный, чтобы сократить время калибровки - в начале почаще, в конце пореже.

На синем графике в середине возникает загадочный провал, объяснения которому нет. Но поскольку он не очень сильный и мешать ...

Как оказалось, корректно снять характеристику мотора (зависимость оборотов от напряжения) не так просто.

• Те шумы скорости, которые пофик при реальной работе, в калибраторе довольно сильно мешают.
• Определить что скорость стабилизировалась (перед началом измерений), тоже тот еще квест.

В общем, вместо того чтобы семимильными шагами писать калибровку ПИД-а, буксуем на предыдущем этапе.

• Пока на тестовых данных сделали апроксимацию графика полиномом. С виду симпатично.
• Думаем, как детектить что скорость выросла и перестала меняться.

В общем, текущая неделя уйдет на суровую математику и эксперименты. Одно радует - вся эта хренотень потом перенесется на следующие типы регуляторов. Текущая железка - это ведь полигон, для того чтобы разобраться в технологиях разработки. Так что время тратится с большой пользой.

Как обычно, повылазили новые нюансы . Рассказываю.

Во-первых, вычисление скорости переписали через свертку за период. Старый способ оказался шумноват для тонких вещей. Во-вторых, мы забыли компенсировать нелинейную характеристику мотора (это добавило проблем ПИД-у). Я залил на гитхаб новые файлы с реальными данными и графиками.

К счастью, снять характеристику мотора не сложно - просто плавнo наращиваем фазу триака и меряем скорость в 20 точках. Ну а потом интерполятором накладываем коррекцию.

Теперь по ПИД-у. Стандартные методы ...

https://github.com/speedcontrols/ac_...ree/master/doc

Обновил подробности про калибровке параметров моторов. Сейчас калибруется все, кроме ПИД-а. С ним надеюсь что на неделе тоже закончим. А пока резюме по той практике, которая фигово вписывается в теорию.

Сопротивление и индуктивность мотора

Во-первых, когда мотор остановлен, можно легко насытить железки тестовым импульсом. В итоге мы подаем только 10% от полупериода синусоиды.

Во-вторых, вычисляемые R и L зависят от длины поданного импульса (смотрите по выложенным файлам с выборками). Сопротивление на минимальном импульсе в полтора раза больше чем на максимальном. Придумать правдоподобную модель сходу не получилось (одному аллаху известно, что там со щетками). В итоге просто используем результаты с 10% импульса.

Нормализация скорости

Значение скорости ОЧЕНЬ шумное.

• Есть шумы в пределах одного периода. Давятся

...

Как обычно, новые кровавые подробности . Сегодня отладили новый медианный фильтр, эмулятор EEPROM и стали ковырять калибраторы.

Выплыл досадный косяк в управлялке триаком. Изначально симистором рулили короткими импульсами (через оптрон), откладывая нужный кусок синусоиды. И все было бы хорошо, если бы нагрузкой была простая лампочка. Но там же ж блин моторчик, у которого смещен ток.

В итоге триак закрывается не когда напряжение падает до нуля, а позже. Поэтому на макимуме следующий импульс идет когда триак все еще не до конца закрылся, ...