САР натяжения - ничего 2
Снял график натяжения с новым датчиком, когда шагами менял задание для ПИД. Видно, что когда натяжение становится выше 35%, система становится устойчивой. Такого же эффекта можно добиться, если не менять задание ПИД, а подстроечными резисторами на самом датчике поднять натяжение. Причем без разницы, усилением или смещением. Провел и еще один опыт.
Во время работы подцепил на рычаг натяжителя еще одну пружину. При том же отклонении рычага она задала более высокое натяжение ленты. Система вновь стала устойчивой.
Вывод: на устойчивость влияет только реальное натяжение ленты. Ни усиление датчика, ни абсолютное положение рычага не влияют. Можно отбросить версии в виде ошибки усиления датчика и его местной нелинейности.
Старая плата датчика, установленная на ту же механику, проходит все эти натяжения без колебаний.
Если обратиться к калибровочной таблице, то с новым датчиком устойчивость начинается с натяжения ленты примерно 80 гс (а номинальное значение - 70 гс). Т.е. совсем небольшое относительное увеличение натяжения меняет поведение. Раз речь идет о таких малых изменениях, то отличие датчиков тоже наверняка малое. Очень загадочно, что именно это за отличие, но я думаю, что мы его никогда не найдем, даже всем миром. Тем не менее, это маленькое отличие делает систему полностью непригодной для эксплуатации - при номинальном натяжении всегда неустойчивость.
Если присмотреться, то и для старого датчика в области малых натяжений график более шумный - реакция на возмущения более заметная. Это говорит о том, что система и там близка к возбуждению. Поэтому, возможно, поиск отличий датчиков и стремление подогнать новый датчик под старый не совсем правильный путь. Лучше всего заставить ПИД нормально работать с новым датчиком, какой он есть. Ведь аналоговый ПИД с ним нормально работает.
Для аналоговой платы нельзя так просто нарисовать график. Но я вручную пробовал пройтись по всем натяжениям. Нет никаких признаков неустойчивости вплоть до нулевого натяжения. Вообще, загенерить аналоговый ПИД мне удалось заставить только одним способом - полным отключением ветки D. И то он генерил как-то вяло.
В реализации ПИД есть существенное отличие. В аналоговом варианте канал D представляет собой не чистый дифференциатор, а выше частоты примерно 100 Гц рост АЧХ останавливается благодаря резистору R77.
В цифровой реализации такого нет. Чтобы проверить влияние данной меры, на аналоговой плате закоротил R77. Совершенно никакого изменения в работе регулятора при этом не заметил. Все по-прежнему устойчиво.
Опять тупик. Что можно сделать в такой ситуации? Единственное, что приходит в голову, это сравнить аналоговый и цифровой ПИД с помощью каких-то тестовых сигналов. Методика такого сравнения непонятна, да и что можно ожидать в результате? Единственным способом воздействия на ПИД является изменение коэффициентов. А я их уже перебрал вдоль и поперек и нашел маленькое и шаткое окно устойчивости, хотя бы для старых датчиков.
Нужен какой-то новый план. Может сделать на плате цифрового БУ аналоговый ПИД на ОУ, а затем плавно по кусочкам заменять его на цифровой? Для начала входной сигнал пропустить через АЦП-ШИМ, затем по одной ветке заменять цифровыми. Но будет ли это корректным? Введение в тракт АЦП-ШИМ, естественно, повлияет на АЧХ и ФЧХ и в общем случае аналоговый ПИД через такое работать уже не обязан, менять ведь надо все в комплексе... Или для начала на выход аналогового ПИД добавить фильтр ШИМ и посмотреть, портит ли он дело. Боюсь, что тут влияет все в комплексе и опять не найду правды. Какая же сложная оказалась эта задача. А ведь все кричали - ну конечно надо контроллеру поручать стабилизировать натяжение!
Добавлю еще графиков:
Колебания натяжителя на этих графиках выглядят как какие-то вспышки, на самом деле там красивый равномерный синус частотой около 14 Гц, просто программа визуализации снимает данные со слишком малой частотой, чтобы прописать этот синус.
Размах синуса примерно 15 - 25 мВ p-p на фоне постоянного выходного напряжения датчика 1950 мВ.
