Практическая борьба с настройкой параметров ПИД-регулирования сервопривода: попрощайтесь с джиттером и быстро приступайте к работе

Заставит ли внезапное дрожание сервопривода задрожать ваше сердце? Не волнуйтесь, на самом деле сигнал бедствия, который он посылает, заключается в том, что параметры ПИД-регулятора не настроены должным образом. Три значения пропорции, интеграла и дифференциала подобны «трем основным цветам характера» рулевого механизма. Только правильно смешав их, он может стать покладистым, послушным и послушным.

Давайте рассмотрим некоторые наиболее распространенные ситуации:

Если пропорциональное усиление (P) слишком велико, сервопривод будет постоянно дрожать, как будто вы пьете три чашки крепкого эспрессо, и будет раскачиваться вперед и назад влево и вправо во время операций позиционирования.

Время интегрирования слишком мало, и реакция сервопривода нечувствительна. Действие наведения на цель совершается медленно, как будто вы идете посреди трясины, шаг за шагом, медленно.

Если разница во времени слишком велика, движения станут нервными, трясущимися при малейшем прикосновении, и даже спокойно стоять становится недостижимой роскошью.

Однажды весной в лаборатории был студент, который был без ума от тряски автомобильного сервопривода. Он попробовал в Интернете так называемые «универсальные параметры», но в результате, чем больше он отлаживал, тем хуже становилась ситуация. Тогда он наконец понял: PID — это не магия, а на самом деле причинно-следственный диалог, то есть какое значение вы дадите, то и вернется выражение сервопривода. Например, при увеличении передаточного отношения (P) с 0,3 до 0,6 скорость срабатывания действительно увеличивается, но также начинают появляться высокочастотные вибрации в поворотах. Измеренные данные таковы: на каждые 0,1 увеличения P статическая ошибка может быть уменьшена на 15%, но перерегулирование подскочит до 8%-12%. Видите, вот как звучит диалектика.

Итак, с чего именно начать? Пожалуйста, примите первый метод корректировки, который представляет собой интеграцию ключевых слов: сначала P, затем I, затем D. Не беспокойтесь об изоляции переменных.

Установите I на максимум (или 0), установите D на 0 и позвольте работать только P.

Медленно и постепенно увеличивайте P до тех пор, пока сервопривод не начнет слегка вибрировать с постоянной амплитудой, а затем отрегулируйте P обратно на 20 %, чтобы убрать знак препинания.

В это время сервопривод как у малыша – трясётся, но не падает. Идеальный!

Почему так должно быть?Причина в том, что интеграл (I) будет иметь характеристику «затаивания обиды». Он будет накапливать прошлые ошибки. Как только джиттер, вызванный пропорцией (P), запоминается интегралом (I), он становится все более и более сильным.. Дифференциал (D) действует как «пророк» и заранее реализует операции торможения, исходя из текущей тенденции изменений. Если вы измените порядок и сначала отрегулируете дифференциал (D), это все равно, что надевать коньки на ребенка, и вся логика станет запутанной.

Следуя тому, что испытал студент, установив P равным 0,5 и зафиксировав его, он начал прибавлять баллы. Сначала значение I было 1,0 (единица измерения — секунда). Сервопривод, казалось, страдал от прокрастинации, всегда отставая на 2 градуса, прежде чем он мог достичь назначенного положения. В отчаянии он с трудом снизил значение I до 0,3, и произошло нечто неожиданное: сервопривод не только быстро нацелился на цель, но и стал тихим, как дремлющая кошка.Однако, когда значение I уменьшается до 0,1, отскок, возникающий после выброса, приводит к появлению новой кривой в форме улыбки.. Видите ли, каждый параметр имеет оптимальный диапазон значений.

Цель является доказательством: существует 200 наборов записей настроек от определенного сообщества роботов, которые показывают, что 67% проблем с джиттером вызваны отклонением значения P от оптимального диапазона более чем на 20%, а 54% медленного отклика связано с установкой слишком большого значения I, то есть более 1,2 секунды. Цифры не лгут, и сервопривод тоже.

В это время мы вступаем во второй круг восходящей спирали, то есть на продвинутую стадию вмешательства. После того, как основные движения придут в устойчивое состояние, попробуйте использовать эти приемы.

Для асимметричного P движению вперед присваиваются разные пропорциональные значения, а движению назад также присваиваются разные пропорциональные значения. Например, при движении вверх используйте P, равное 0,6, а при спуске — P, равное 0,4. Бороться с гравитацией таким образом будет разумнее.

Настройка предельного диапазона интеграла: он играет роль в предотвращении достижения интегралом состояния насыщения. Установите верхний предел накопленного числа I, чтобы сервопривод не продолжал накапливать сумасшедшие баллы, когда он застрял. При выпуске он не устремится прямо в небо, как катапультируемое кресло.

При выполнении дифференциального режима дифференцируется только сигнал обратной связи и не реагирует на резкие изменения целевого значения. Таким образом, когда ваша команда прыгает, сервопривод не вызывает явления «спазма испуга».

Внимательные читатели откроют, что на самом деле это говорит рулевому механизму: «Я понимаю ваши физические пределы». Механическая конструкция имеет свой собственный предпочтительный параметр климата, один из которых представляет собой пластиковую шестерню, другой — металлическую шестерню, а высокомоментный и высокоскоростной типы имеют разные выражения отношения и ходовые качества, которые делятся на разные типы. Для той же числовой ситуации, когда P равно 0,8, маленький рулевой механизм будет показывать мягкое состояние, подобное весеннему ветерку, нежно дующему в лицо, тогда как большой рулевой механизм будет показывать сильную ситуацию, подобную той, когда мимо проходит тайфун.

Второй ключевой совет (включение в него ключевых слов): Совет по расширенному стилю – позвольте данным говорить сами за себя, а не полагаться на интуицию.Возьмите лист бумаги и запишите три показателя после каждого изменения: время поступления, угол отклонения и амплитуду джиттера при стабилизации.. Затем сравните их, как дегустацию чая.

Пришло время FAQ Q/A — первое предложение каждого ответа содержит вывод, в пределах пятидесяти слов.

Вопрос: Сервопривод издает шипящий звук, когда он неподвижен, как решить эту проблему?

A: Уменьшите значение дифференциала (D). Если D слишком велико, шумовой сигнал будет усилен, что приведет к чрезмерной компенсации микровибрации сервоприводом. Установка значения ниже 0,1 обычно может устранить эту проблему.

Вопрос: Реакция слишком медленная, но что делать, если после увеличения P он начал трястись?

Во-первых, увеличьте дифференциал (D), чтобы подавить джиттер. D может обеспечить демпфирование, что в некоторых случаях позволяет увеличить P до 1,5 раз от исходного, не вызывая колебаний.。

Вопрос: Мне нужно, чтобы сервопривод сохранял точность, даже когда он находится под нагрузкой. Какой из них мне следует настроить?

A: Расширьте интегральное (I) время. Следует отметить, что здесь речь идет о «увеличении» значения (например, от 0,3 до 0,8), что ослабляет роль интеграла и позволяет избежать ситуации, когда накопленная погрешность выходит за пределы при изменении нагрузки.

Вопрос: Положение всегда отличается фиксированным углом, как будто есть мертвая зона?

О: Проверьте, включен ли пункт очков. Интеграл (I) специально используется для устранения статических ошибок. Если вы присвоите ему значение, отличное от нуля (например, 0,5 секунды), это может постепенно устранить остаточную ошибку.

Вопрос: После настройки параметров будет ли работать, если я поменяю блок питания?

A: Снова немного отрегулируйте коэффициент сравнения (P).Если напряжение упадет, выходная мощность сервопривода уменьшится, что имеет тот же эффект, что и уменьшение значения P.. Увеличение значения P на десять-двадцать процентов может восстановить исходное состояние.

Вы еще помните того студента весной? В начале лета принадлежащая ему машина уже могла плавно поворачивать с полным стаканом воды. Вывод, к которому он в конце концов пришел, был чрезвычайно простым. ПИД — это не метафизика, а цикл наблюдения, записи и наблюдения. Каждый раз, когда вы меняете параметр, вы должны спросить себя, является ли «эмоция», отображаемая сервоприводом, раздражительностью, ленью или паникой, а затем очень осторожно направлять ее.

Рекомендации к действию (пожалуйста, следуйте им напрямую):

1. Подготовьте лист записи с указанием P, I, D и описанием явления.

2. Начните с чистой пропорции, найдите критическую точку джиттера, а затем вернитесь к 80%.

3. Добавляйте точки и пробуйте от малого к большому, пока статическая ошибка не исчезнет и не будет медленного сканирования.

4. Наконец добавьте дифференциал, медленно увеличивайте его от 0 и немедленно остановитесь, когда почувствуете, что движение «увлажняется».

5. Изменяйте только один параметр за раз! Не перемещайте оба одновременно.

Рулевой механизм теряет дар речи, но каждый угол и каждая вибрация записывает для вас бревно. Если вы поймете это, вы обнаружите, что внутри трех параметров существует уникальный мир. Теперь идите в лабораторию, закройте дверь, возьмите отвертку и послушайте ровную песню этого маленького моторчика.