ШИМ регулятор для позиционирования пневмоцилиндра

[Eugene Sergejev]

Всем привет,
понадобилось мне тут спозиционировать пневмоцилиндр с цифровым управлением ( два клапана )
Аналоговый датчик положения стоит на середине цилиндра, то есть до него сначала нужно доехать, а потом уже регулировать, т.е. какое-то время едем без регулятора, а потом начинаем регулировать.
Собственно говоря, интересует выбор времени рабочего цикла и учёт инерционности клапанов. Скорость небольшая, порядка метра в минуту.
Кто сталкивался с подобными задачами, расскажите.

[Ryzhij]

Несколько непонятно изложено. Какие такие два клапана?
Обычно используют один пневмораспределитель с двумя соленоидами, и байпасированный вторым соленоидным НО-клапаном дроссель на выхлопе для снижения скорости. Это для дискретного управления пневмоцилиндром с малой массой на поршне.

Про пропорциональные распределители для пневматики с ШИМ-управлением я не слыхал. Для ШИМ-управления нужен демпфер для золотника распределителя. Гидравлическая жидкость дает демпфирование за счет своей вязкости, а воздух такими свойствами не обладает.

Для воздуха используют аналоговые электропневмопреобразователи.

Вообще, ваша задача "на раз" решается пневмопозиционером с бустером(-ами), но, повторю, там обычно аналоговый сигнал задания.

ПС Давно изобретены электроцилиндры. Это может оказаться дешевле.
ППС Есть ещё одна "засада" – пневмоцилиндру нужен лубрикатор, а пневмопозиционер масла в воздухе не терпит.

[Eugene Sergejev]

Обычно используют один пневмораспределитель с двумя соленоидами,

я это и имел в виду.

Про пропорциональные распределители для пневматики с ШИМ-управлением я не слыхал.

Ну, если набрать в гугле "PWM pneumo cylinder control" ссылок будет довольно много, но почти все доступные - какие-то дешманские поделия студентов на ардуино. За более солидно выглядящие статьи хотят денег.
Вот картинка из более или менее приличной статейки ( у меня железо примерно такое-же, контроллер только не омрон )

Pneumo.jpg

но там как-то всё скудно изложено.

Вообще, ваша задача "на раз" решается пневмопозиционером с бустером(-ами), но, повторю, там обычно аналоговый сигнал задания.

Да это-то понятно, но вот конструктор его не запроектировал. Придётся трахаться с тем, что есть.

[pike]

Я занимался позиционированием пц с использованием дискретных клапанов лет 17 назад, на фестовской технике, надо было укладываться в 1,5 мм. Задача нормально решается только с помощью теории нелинейных регуляторов, конкретно у нас получилось на базе скользящих плоскостей (sliding mode) c использованием 3 производной или датчиков давления. При этом надо понимать, что клапаны должны быть очень быстродействующие (у нас 100мс были) или диаметр ПЦ очень большим, иначе ни чего не получится.

[keysansa]

pike, со всем согласен, добавлю немного.
Мы для решения похожего управления пришли к использованию двух дискретных клапанов, и один пропорциональный, включенный перед одним из дискретных. Так как тоже столкнулись с недостаточностью быстродействия.
Небольшие перемещения осуществляли с помощью пропорционального, при открытых дискретных, за счет разницы давления.
Большие перемещения (вне следящего устройства) выполнялись просто дискретными клапанами.
Есть минус у этого способа, подвод только "снизу" (в одну сторону, в ту, где пропорциональник), но в нашем случае именно так и работала механика.
Можно на противоположной стороне поставить регулятор, снизив немного давление, тогда можно будет в обе стороны регулировать.

Отправлено спустя 7 минут 29 секунд:

Про пропорциональные распределители для пневматики с ШИМ-управлением я не слыхал. Для ШИМ-управления нужен демпфер для золотника распределителя. Гидравлическая жидкость дает демпфирование за счет своей вязкости, а воздух такими свойствами не обладает.

Отстраненный вопрос, позвольте: короткий, толстый пневмоцилиндр может являться демпфером? Видел такие, но не вникал в логику управления.

[Ryzhij]

В вопросе кроется ответ

Отстраненный вопрос, позвольте: короткий, толстый пневмоцилиндр может являться демпфером?

Для ШИМ-управления нужен демпфер для золотника распределителя

Где золотник вместе со всем распределителем, а где пневмоцилиндр?
Если позволить золотнику дрожать вместе с частотой ШИМ, на сколько его хватит? Что будет с уплотнениями распределителя?

Отправлено спустя 9 минут 4 секунды:

Задача нормально решается только с помощью теории нелинейных регуляторов... или датчиков давления.

Бустер, по факту, и есть такой датчик давления , совмещённый с дополнительным клапаном.
Большая разница давлений в цидиндре и на выходе электропневмопреобразователя открывает бустер, и воздух быстро наполняет полость цилиндра.
Но, повторю, тут потребуется чистый воздух КИП и сухие уплотнения для цилиндра.

[keysansa]

Где золотник вместе со всем распределителем, а где пневмоцилиндр?
Если позволить золотнику дрожать вместе с частотой ШИМ, на сколько его хватит? Что будет с уплотнениями распределителя?

1. Рядом можно поставить. Они там и стояли.
2. Ресурс клапана - второстепенная задача. На гидравлике же работает. Согласен, условия разные, но если принимать только ШИМ (число срабатываний), то, лично мне, не видна разница, пневматика или гидравлика.
Так может или нет, объемный короткоходовый цилиндр являться демпфером?
ЗЫ. Там и небольшие накопители стояли. С дюймовой трубой на выходе.

Бустер, по факту, и есть такой датчик давления , совмещённый с дополнительным клапаном.
Большая разница давлений в цидиндре и на выходе электропневмопреобразователя открывает бустер, и воздух быстро наполняет полость цилиндра.

Тут я что-то совсем не понял. Ни про скорость регулирования, ни про вес "неподрессоренного" ничего не было автором указано )

[Ryzhij]

Ресурс клапана - второстепенная задача. На гидравлике же работает.

Как только масло в гидросистеме стареет и начинает пениться, то и на гидравлике перестаёт работать. Золотник начинает носиться в распределителе от края до края очень быстро, и обратная связь по положению золотника не помогает. Это мы систему с пропорциональным гидрораспределителем рассматриваем, в котором окна специальной формы, обеспечивающей линейность характеристики.

1. Рядом можно поставить. Они там и стояли.

Не в расстоянии дело, а во влиянии и причинно-следственной связи. Давление в цилиндре на золотник распределителя влиять не должно и не может.

Тут я что-то совсем не понял.

Высказаны были пожелания по точности и быстродействию. Особенность пневматики в том, что давление в полостях цилиндра, в отличие от гидравлики, описывается куда более громоздкими формулами.

[keysansa]

Это мы систему с пропорциональным гидрораспределителем рассматриваем, в котором окна специальной формы, обеспечивающей линейность характеристики.

Давайте уйдем в отдельную тему.
С ШИМ клапанами на гидравлике я сталкивался. И немного не согласен, там к вашему утверждению много вопросов.

Не в расстоянии дело, а во влиянии и причинно-следственной связи. Давление в цилиндре на золотник распределителя влиять не должно и не может.

Давайте все-таки уйдем, потому что в прессе -влияет.

[Ryzhij]

Давайте все-таки уйдем, потому что в прессе -влияет.

Когда хвост (нагрузка) начинает вилять собакой (распределителем), это всегда плохо.
Хотите обсудить - не проблема, но...
Создавайте новую тему лишь после знакомства с внутренним устройством золотникового узла, где давление в выходной линии одинаково давит на золотник в обе стороны. Так устроены все золотниковые распределители.
В противном случае мы опять не поймём друг-друга.
В мембранных клапанах - всё несколько иначе, но там и область применения другая.

[keysansa]

Понял, пока не разберу клапан, не получится?
Что мне делать с курсами от Parker? Забыть и не вспоминать?

[Ryzhij]

Что мне делать с курсами от Parker? Забыть и не вспоминать?

Наоборот, освежить в памяти и переосмыслить. У Parker-а есть замечательные мультики про внутреннее устройство и функционирование практически всех серий и видов своей продукции.
Разбирать не понадобится ;)
Можно открыть и паркеровский букварь, или любой другой, и посмотреть на устройство клапанов и распределителей. Как прямого действия, так и пилотного типа.
Но фирмачи на своих иллюстрациях обычно не объясняют ПОЧЕМУ сделано так, а не иначе.
Это можно найти в учебниках.

[pike]

Бустер, по факту, и есть такой датчик давления , совмещённый с дополнительным клапаном.

У нас необходимость в 3-й производной (ускорение) или датчиках давления (сила=масса*ускорение) возникла из-за необходимости компенсации нелинейных сил трения в ПЦ для повышения точности позиционирования. И по факту это еще позволило существенно сократить кол-во срабатываний дискретных клапанов.

[keysansa]

У нас необходимость в 3-й производной (ускорение)

Вас сейчас запинают: ускорение - это производная от скорости, которая является производной от пути (т.е. максимум, вторая)...
Или меня, если от времени в целом )

ЗЫ. По всему остальному - у вас есть обратная связь по датчику.

[pike]

Вас сейчас запинают: ускорение - это производная от скорости, которая является производной от пути (т.е. максимум, вторая)...

Да косякнул , просто в плоскостях это 3 размерность вот и попутал

[keysansa]

Наоборот, освежить в памяти и переосмыслить.

Я вас очень ценю как специалиста, и понимаю, на какие мультики вы намекаете. Однако, в данном сообщении, вы всячески уклоняетесь от ответов.
Не хоите отвечать на вопросы - прямо и скажите. Не знаете как ответить - тоже.
Вы пытаетесь ответить вопросом на вопрос. Да, иногда заставляет задуматься, но в данном случае... Смотреть мультики - это не ответ на конкретный вопрос:
Является ли толстый короткоходовый цилиндр бустером?

Отправлено спустя 8 минут 57 секунд:

возникла из-за необходимости компенсации нелинейных сил трения в ПЦ для повышения точности позиционирования.

PID регулятор, от задания, и от обратной связи.
Позиционирование по PID очень хорошо расписано, входит сейчас в большинство систем программирования в качестве подключаемых модулей.

[keysansa]

https://www.youtube.com/watch?v=HDVtjACJk0w

[Ryzhij]

Является ли толстый короткоходовый цилиндр бустером?

Для золотника распределителя толстый короткоходовый цилиндр бустером не является и являться не может.
Правда, речь шла о демпфере, но скажу сразу - и демпфером тоже не является.

Вы пытаетесь ответить вопросом на вопрос. Да, иногда заставляет задуматься, но в данном случае..

Пардон муа, но нежелающего думать заставить думать невозможно. Даже иногда.

[keysansa]

Для золотника распределителя толстый короткоходовый цилиндр бустером не является и являться не может.
Правда, речь шла о демпфере, но скажу сразу - и демпфером тоже не является.

Вот, услышал, спасибо.
ЗЫ. Я правильно понимаю, что бустер усиливает воздействие, а демпфер смягчает?
ЗЫЫ. Конечно, все для золотникового клапана.

[Ryzhij]

Это замечательно, что наконец-то мы решили определиться с терминологией и предметом дискуссии.
1. Бустер - ускоритель, усилитель.
2. Демпфер - усреднитель, сглаживатель, поглотитель ударов.
3. Речь о воздействии на золотник клапана.

[pike]

PID регулятор, от задания, и от обратной связи.
Позиционирование по PID очень хорошо расписано, входит сейчас в большинство систем программирования в качестве подключаемых модулей.

Пробовали, плохо ПИД работал на такой задаче, что и ожидаемо, если ТАУ вспомнить в отношении не линейных систем. Можно натянуть алгоритм и коэффициенты на очень узкий диапазон параметров системы, но это все. При этом приходилось при включении делать прогоны ПЦ, что бы "прогреть систему". При этом сохранился очень узкий диапазон изменения инерционности нагрузки, вибрации (автоколебания) при подходе к позиции регулярно возникали, ну и разница в температуре эксплуатации дополнительно вносила поправки. Но у нас достаточно жесткие требования были по перерегулированию, точности и широкий диапазон нагрузок.
С пропороциональным клапаном система "более" линейна и нам тогда дали немного посмотреть исходный код программы прошитой в плате управления таким клапаном. Да, в основе там был ПИД, но с офигенным по объему "наблюдателем" и еще чем-то не очень понятным. Наш код на базе скользящих плоскостей оказался куда компактнее и изящнее. И да, коэффициенты и настройку мы привели к некому подобию ПИД, но это больше для следующих "поколений".
Тогда же я еще набросал и тестировал ПИД на базе нечеткой логики, немного халтурненько, но работал он уже лучше обычного с диапазонами нагрузки и начальными условиями, да клапаны так жестко не эксплуатировал.

[keysansa]

Пробовали, плохо ПИД работал на такой задаче

Наблюдаю 100 000+ устройств с нелинейной нагрузкой, которые управляются PID. Это станки с ЧПУ. Там и так, при отсутствии смазки нагрузка нелинейна. А при встрече фрезы с деталью, да и при глубине реза 10мм (например), там дикие изменения нагрузки на каждом врезе зуба фрезы.
Вы бы подробнее свою проблему изложили. Про инерционность тоже. Желательно совсем по технологии.

Отправлено спустя 6 минут 2 секунды:

3. Речь о воздействии на золотник клапана.

Дада, вы это повторяете почти каждое сообщение, и я ответил вам именно на этот пункт.

Отправлено спустя 50 минут 10 секунд:
Ryzhij, Вы задали топикстартеру уточняющие вопросы.
Он вам ответил.

я это и имел в виду.

Вы его ответы на свои вопросы проигнорировали, и решили, что лучше ответить на мои вопросы, что есть бустер, а что есть демпфер, забыв про ТС...
Хорошо? Нет Плохо...
ЗЫ. Прошлый раз я получил бан на пол года за несогласие с "олдами".

[pike]

Наблюдаю 100 000+ устройств с нелинейной нагрузкой, которые управляются PID. Это станки с ЧПУ. Там и так, при отсутствии смазки нагрузка нелинейна. А при встрече фрезы с деталью, да и при глубине реза 10мм (например), там дикие изменения нагрузки на каждом врезе зуба фрезы.

Как ни странно последние 14 лет я тоже занимаюсь сервоприводами, в том числе и для ЧПУ, и имею возможность подсматривать что и как у них в "мозгах" и как это эволюционирует со временем. Нелинейности относительны многих факторов управления, которые в свою очередь ограничены физикой.
В электроприводе с нелинейностями традиционно (физика и элементная база позволяет) боряться каскадированием регуляторов: наброс нагрузки (врезание) и срыв (с силы трения покоя) не плохо решаются каскадом из контура скорости и контура тока, но опять же то что я видел в современных синхронных сервоприводах к простому классическому ПИДу это отношения не имеет.

Вы бы подробнее свою проблему изложили. Про инерционность тоже. Желательно совсем по технологии.

ПЦ FESTO DGPL-25-400-PPV-A-B-KF, дискретные клапаны FESTO MHE2-MS1H-3/2G-QS4-K (100л/мин, вкл. 1,7 мс, выкл 2 мс), масса и инерция нагрузки перемещаемой цилиндром могда изменяться в 3 раза (мог быть проход с 4 кг, а потом с 12 кг). Температура от +5 до +35.
Примерные полученные показатели сил трения при 25 С: статического=100 Н (1/3 от развиваемого ПЦ), кинетическое=40 Н.

[keysansa]

наброс нагрузки (врезание) и срыв (с силы трения покоя) не плохо решаются каскадом из контура скорости и контура тока

А данные контуры по какому закону регулирования работают?

С пропороциональным клапаном система "более" линейна и нам тогда дали немного посмотреть исходный код программы прошитой в плате управления таким клапаном.

Сервопривод - тоже "пропорционален". Где-то среднее между пневмо и гидро.

масса и инерция нагрузки перемещаемой цилиндром могда изменяться в 3 раза (мог быть проход с 4 кг, а потом с 12 кг)

У вас проблемы управления до появления обратной связи (вне середины, где датчик) или с обратной связью (внутри)?

[pike]

наброс нагрузки (врезание) и срыв (с силы трения покоя) не плохо решаются каскадом из контура скорости и контура тока

А данные контуры по какому закону регулирования работают?

Дальше в предложении написано.

У вас проблемы управления до появления обратной связи (вне середины, где датчик) или с обратной связью (внутри)?

Не понял о чем вы. У нас с самого начала были ПЦ со встроенным датчиком положения.