Questions tagged «control-system»

一个系统可以是电子电路,甚至可以是软件,它使用控制理论(主要是微分方程式)来控制输出,方法是监控系统的各个方面并控制输入,以完全实现既定目标。一些著名的例子是控制火箭的推力角以确保方向控制。


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噪声增益是多少?在一般情况下如何确定?
更新:这个问题对我来说引发了什么可以称为研究痴迷。我已经很接近其底部了,我在下面给出了我的发现作为答案。 这里有一个类似的问题,但是它没有要求也没有得到一般性的答复。 事实证明,噪声增益是一个鲜为人知的概念,但它似乎很少被理解,因为噪声增益提供了灵活地调节运算放大器电路的稳定性的能力,这一事实得到了兑现。 就在您认为绝对可以依靠一个方程式的时候,众所周知的运放增益方程式就取决于情况。 G = AØ1 + AØβG=一种Ø1个+一种ØβG = \frac{A_o}{1 + A_o\beta} 事实证明,这取决于您使用的定义。ββ\beta 毫无疑问的部分(背景) 我将首先简要介绍一下我所知道的并可以证明是正确的,以便您可以告诉我我已经完成了作业并劝阻仓促的答案: ββ\beta称为反馈分数(有时是反馈系数),是反馈到反相输入的输出电压的比例。 考虑下面的同相放大器,通过检查分压器,很容易将到达反相输入的的比例确定为: 1 / 10VØ ü ŤVØüŤV_{out}1 / 101个/101/10 V-= VØ ü Ť[RG[RF+ RGV-=VØüŤ[RG[RF+[RGV_- = V_{out} \frac{R_g}{R_f + R_g} β= V-VØ ü Ť= RG[RF+ RG= 10 千90 k + 10 k= 110β=V-VØüŤ=[RG[RF+[RG=10ķ90ķ+10ķ=1个10\beta = \frac{V_-}{V_{out}} …

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从事电路设计的电气工程师是否曾经使用教科书公式来计算上升时间,峰值时间,建立时间等
这是一个非常普遍的问题。在本科电气工程中,通常会教给学生有关LC(二阶)电路的阶跃响应的信息。 通常是在引入许多参数时,其中一些是 上升时间 高峰时段 百分比超调 稳定时间 这些的定义可以在各种来源中找到,例如Wikipedia:https : //en.wikipedia.org/wiki/Settling_time 并为许多这些量提供了详细的公式 https://ocw.mit.edu/courses/mechanical-engineering/2-004-dynamics-and-control-ii-spring-2008/lecture-notes/lecture_21.pdf http://www.personal.psu.edu/faculty/j/x/jxl77/courses/ee380_fa09/ee380_slides3.pdf 我没有广泛的电路设计背景,我想这些参数可以用作计算系统传递函数或极点位置等的经验法则。我不知道如何在现实中使用它们。 从事电路设计工作的电气工程师能否评论这些参数的实用性?还是通过设计过程中使用的某种算法找到这些参数? 非常感谢!

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控制系统的系统建模
在大学学习控制理论课程后,我毕业后根本没有使用它们。我已经开始通过在控件中启动一个爱好项目来解决此问题。我的教科书是该理论的很好的参考书,但是我最大的问题是我在确定模型中的系统参数方面找不到很好的参考书。例如,假设我有一个温度传感器,该温度传感器与加热元件相距一定距离,并且在其上方还具有一些非常重要的热质量。我应该如何为这种非理想模式建模?甚至在为元素的误差函数建模之后,如何从基准实验中确定实际的数字系数? 这里有没有人有什么好的教科书或参考文献推荐?

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如何使用测得的阶跃响应来调整控制系统
如何使用测得的阶跃响应来调节PID或卷积控制方案? 受此答案*的启发,我对如何基于测得的阶跃响应实现控制系统的更详细的解释感兴趣。 我不会尝试猜测所有的影响。可能发生了一些非显而易见的事情,并且您不知道所有参数。 我会测量阶跃响应。找到两个泵设置,这两个设置都会导致球在管内的可测量范围内。然后让控制器突然从一种设置切换到另一种开环。同时测量球随着时间的推移会做什么。那是阶跃响应。您可以将其导数并得到冲激响应。假设这是线性系统,从脉冲响应中可以预测任何泵设置历史的球的运动。在较小的设置范围内,它可能足够线性,可以将球保持在其正常范围内。 您可以将其用作仿真基础,以查找老式PID控制的参数。或者,您可以直接使用脉冲响应来进行卷积控制。您必须对控制输入进行低通滤波,以使卷积核不会变为负值,除非您的泵实际上是可逆的并且可以将球吸回去。 这是如何工作的?PID调节困难 ; 我假设“卷积控制”是零极点或传递函数的使用,但没有确切知道如何获取参数。 相关文章:控制系统的系统建模 *对作为阻尼器的管道中的乒乓球悬浮运动传递函数进行建模

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电机推子PID控制
我正在尝试使用Arduino控制电动推子(线性滑动电位器)。 PID控制为“跳到”特定的目标位置提供了良好的结果,但是跟踪斜坡是一个问题,它一点也不平滑。不管我尝试什么,运动都非常生涩。 这是跟踪斜坡时参考位置,测量位置和电机输出的曲线图: 这是相同测试的视频。 在商业系统上,看起来更平滑,请参阅此。 详细信息: 电机推子是Alps RSA0N11M9A0K。为了驱动它,我使用的是ST L293D H桥,由稳定的10 V DC电源(XL6009)供电。 在Arduino UNO(ATmega328P)上,我使用的是引脚9和10,其PWM频率为31.372 kHz,无法听到(Timer1的预分频比为1 TCCR1B = (TCCR1B & 0b11111000) | 0b001)。 电位计连接在地和5V之间,抽头与往常一样进入ADC0。 控制器: 我使用的是具有防饱和功能的简单PID控制器,其更新速率为1 kHz(Ts = 1e-3 s): float update(int16_t input) { int16_t error = setpoint - input; int16_t newIntegral = integral + error; float output = k_p * …

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为什么低压差(LDO)稳压器不稳定?
如今,基于P型晶体管的LDO稳压器似乎是线性稳压器的首选形式,但我一直在听说如何必须谨慎选择输出电容器以确保稳定性。具有N型晶体管的老式高压差稳压器似乎没有这个问题。是什么导致LDO不稳定?是P型晶体管吗?和之间的较小差异?都?还是其他东西?为什么输出电容器的ESR如此重要?V我ñV一世ñV_{in}VØ ü ŤVØüŤV_{out}

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PID算法:长时间延迟后如何考虑快速的输入值变化
我正在尝试在Arduino Leonardo上实现基本的PID算法,以使用伺服控制阀将冷热水混合。目的是使温度尽可能接近设定值。尤其重要的是防止输出温度超过设定值,以保护用户免遭灼伤。其次重要的是尽快使温度接近设定点。 对于较小的温度变化,PID算法的标准实现似乎可以正常工作。但是我不知道如何解决在等待热水到达阀门时可能出现的长时间延迟,因为这些延迟比更改阀门位置后的标准延迟长得多。 显然,取决于热水管线的长度和自上次使用热水以来的时间,热水到达阀门需要花费数十秒的时间,因此在此期间,水温在低温下保持相当恒定热水阀很快就会打开100%。积分分量开始累积较大的误差值。 当热水最终到达阀门时,检测到的温度会迅速上升到最高热水温度。由于较大的积分误差,温度超过设定值后,由于等待积分值降低到正常水平,热水阀长时间保持在100%。因此,结果是几秒钟(数十秒)的最高温度水。 我不确定如何解决这种可能的长时间延迟。在这种情况下,为了限制最大响应时间,在积分误差值上设置一个上限(和下限)是否明智?这似乎无法达到积分部分的目的,并且在达到设定值后仍会出现一定的滞后。 还是有更好的方法来处理长时间的延迟后快速的输入变化? 感谢您的任何建议!

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如何实现自调节类PID控制器
我正在尝试编写一个用于控制具有以下特征的系统中的温度的微控制器程序: 输出只能是开或关,具有固定的循环频率(每小时约2-10) 工厂的响应速度很慢(可测量的温度变化需要10分钟以上的长时间)。 该工厂会根据环境条件降低温度。 设定点可以根据用户需求大步变化。 我正在编写一个控制器,旨在最大程度地减少错误,并坚持提供作为输入的循环速率。 使用PI控制器可以轻松完成此操作,并将其输出转换为占空比。问题在于程序需要自动调整并选择正确的Kp,Ki常数,并适应变化的环境条件和加热能力的变化。因此,预先调整PI控制器不是很有用。 不需要使用实际的PI或PID。如果有帮助,我愿意使用Fuzzy-Logic,也可以在芯片上使用机器学习算法来对系统响应和热损耗(线性近似)建模,该算法可提供有关所测阶跃响应的信息。只是不知道该怎么办。 有几篇文章建议我可以使用建模数据来在线调整PI,还可以通过实验室查看手册来建议我可以使用Fuzzy-Logic来调整PI。 我的问题是,对于这种情况(例如PID,模糊PID,卷积等),最好的方法是什么?我将如何在软件/实践中实际实现它? 我不是EE,因此不胜感激。

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如何调整直流台式电源的输出电容器的尺寸?
我正在设计直流台式电源,现在已经选择了输出电容器。我已经确定了许多相关的设计标准,但是当我尝试将这些顺序排列到合理的设计过程中时,我的推理仍然有些混乱。 这是工作原理图,可让您了解将要进行的工作。恒流电路未示出。 到目前为止,我了解以下注意事项/关系: 在快速加载步骤,缓和了输出电压的变化下冲/过冲)在区间所需的控制环响应。通常,较大的电容器产生较小的下冲/过冲。CØ ü ŤCØüŤC_{out} 参与了控制回路的频率响应。它通过与负载电阻的相互作用产生一个极点,而通过与它自己的有效串联电阻(ESR)的相互作用产生一个零点。CØ ü ŤCØüŤC_{out} 通常,更快(更高带宽)的控制环路会降低实现给定下冲所需的输出电容。 下/通过的ESR过冲产生的所述部分不能由更快的控制环路被减小(在垂直位就在步骤)。它的大小纯粹是电流(步长)和ESR的函数。CØ ü ŤCØüŤC_{out} 由电源驱动的电路可以而且经常会贡献额外的电容,例如,连接电路中电源旁路电容的总和。该电容出现在平行。这些值可能等于或超过C o u t的值,导致C o u t极点向下移动一个八度音阶或更多,这并非不可想象。在这种情况下,电源的性能应适当降低,例如,不要陷入振荡。CØ ü ŤCØüŤC_{out}CØ ü ŤCØüŤC_{out}CØ ü ŤCØüŤC_{out} 存储在输出电容中的能量不在电源电流限制电路的控制范围之内。虽然使用大输出电容器可能会掩盖控制回路设计中的某些缺陷,但会使连接的电路面临不受控制的电流浪涌的危险。 当降低电压设定点时,即使没有负载,输出电容器也必须足够快地放电,以符合下编程速度规范。必须存在与输出电容和指定的向下编程速度成比例的放电路径。在某些情况下,输出电压采样电路(电阻分压器)可能足够;在其他情况下,可能需要并联电阻或其他电路功能。 所以我的问题是:“如何为直流台式电源设计选择输出电容器?” 我最好的猜测是: 从谦虚开始 价值,说100μF在这种情况下。CØ ü ŤCØüŤC_{out} 对于最大负载电压(0-300mA),在最大输出电压(30V)时从下冲规格(例如,最大50mV,首选25mv)进行反向工作,并考虑可用电容器的ESR,看看我需要哪种带宽将下冲保持在规格范围内。 移至较大的值要么以减少所需的交叉频率或降低ESR值。CØ ü ŤCØüŤC_{out} 我在正确的轨道上吗?非常感谢经验丰富的从业人员提供的任何指导:)

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增益裕度和相位裕度物理意义
我一直在试图理解物理概念的增益和相位裕度。 我对此的了解是,在临界点附近进行了相对比较,当转换为幅度和相位形式时,结果显示幅度= 1,相位= -180°。(- 1 ,0 )(−1,0)(-1,0) 同样对于负反馈系统,增益和相位裕度也应为正,即,在以下两种情况下系统不稳定: 当系统/ OLTF相位为-180°但系统幅度。从而使增益裕度为负。我能够将物理意义与该条件相关联,因为这将导致增益的正反馈条件,从而导致无界输出并因此不稳定。> 1> 1>1>1> 1>1>1 当系统幅度=但系统相位 -180°时。我无法对此不稳定情况有实际的了解。> -1个11> ->−>- 我的问题: 毕竟,如何使用阶段来评论闭环系统的不稳定性? 在这种情况下,在考虑了由于负反馈而固有存在的负反馈之后,净相位可能变为正,那么如何使系统不稳定?

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条件稳定性
我正在学习运算放大器和反馈,以及反馈如何影响其稳定性。遇到此问题时,我一直在阅读有关增益和相位裕度及其用途的信息: 考虑到在大约2 kHz的频率下反馈是正的,我不太理解图中所示的系统如何稳定。我以为这会导致2 kHz的频率变得越来越大而不收敛。 为什么这个系统会稳定?

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控制理论如何应用于我的实际处理器控制的升压转换器?
我对控制理论的了解有限。我在学校处理零极点和转移函数。我已经为DC / DC转换器实现了几种基于微处理器的控制方案。这两件事如何相互关联,我还想弄清楚,我很想知道。以反复试验为基础的设计是可行的,但我更希望对自己在做什么以及后果有更深入的了解。 答案应该集中在如何分析系统上,而不是在如何改进它上。就是说,如果您有改进系统的建议,并希望给出分析原因,那就太好了!只要改进是分析的第二要务。 对于这个问题,我的示例系统是: C1:1000uF C2:500uF L1:500 uH 开关频率:4 kHz R1:可变 输入电压:400伏 输出电压目标:500伏 输出电流限制:20安培 我正在尝试调节输出电压,而不超过输出电流限制。我具有电压和电流检测功能,这些电压和电流检测功能经过各个放大阶段,目前还没有进行分析,但确实包含一些滤波功能。随后是直接在A / D转换器上的100欧姆和1000 pF的RC低通滤波器。A / D采样率为12 kHz。该值通过最后64个采样的单极IIR移动平均滤波器。 之后,我有两个PI循环。首先,电压环路。以下是伪代码,其值缩放为伏特,毫安和纳秒。假设边界检查在其他地方正确实现。如果没有积分项,这些循环的结构将根据最大允许下垂定义P,然后定义积分项,以使最大积分器可以准确补偿该下垂。INTEGRAL_SPEED常数确定积分器加速的速度。(在我看来,这是确保P和我的收益始终保持适当平衡的一种合理方法,而不管我如何设置常数,但我愿意接受其他建议。) #DEFINE VOLTAGE_DROOP 25 #DEFINE VOLTAGE_SETPOINT 500 #DEFINE MAX_CURRENT_SETPOINT 20000 voltage_error = VOLTAGE_SETPOINT - VOLTAGE_FEEDBACK current_setpoint = MAX_CURRENT_SETPOINT * voltage_error/VOLTAGE_DROOP #define VOLTAGE_INTEGRAL_SPEED 4 voltage_integral += voltage_error/VOLTAGE_INTEGRAL_SPEED //insert bounds …

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PID控制回路具有较大且不可预测的异常
简短的问题 是否存在一种通用方法来处理否则为均匀控制区域内的非常大的异常(数量级)? 背景信息 我正在研究一种控制算法,该算法可在通常均匀的控制区域上驱动电动机。在无负载/无负载的情况下,PID控制效果很好(响应速度快,几乎没有过冲)。我遇到的问题通常是至少有一个高负载位置。该位置由用户在安装过程中确定,因此没有合理的方法让我知道何时/何地可以使用它。 当我调整PID以处理高负载位置时,它会在无负载区域上引起大的过度拍摄(这是我完全预期的)。虽然OK旅行过冲中旬,有在外壳没有机械硬盘停止。缺少硬停止装置意味着任何明显的超调都会/确实会导致控制臂与电动机断开连接(产生死机)。 我正在制作原型的东西 嵌套的PID(在远离目标时非常激进,在靠近目标时很保守) 固定增益,远处为PID,关闭时为PID 保守的PID(无负载工作)+外部控制,寻找PID停止运行并施加额外的能量,直到达到目标或检测到快速变化率(即离开高负载区域)为止 局限性 全程旅行 不能添加硬停止(此时) 错误可能永远不会归零 可以通过小于10%的行程获得高负载(这意味着没有“运行开始”)

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寻找弹簧质量阻尼器系统的传递函数
我一直在阅读绪方现代控制工程书,并通过一些练习来提高对基本控制原理的理解。我遇到了以下示例,正在努力解决。 我需要提出为该振动夹具建模的传递函数。问题如下: 在此示例中,您将分析振动试验台(图1)。该系统由质量表M和质量为m的线圈组成。牢固地附着在地面上的永磁体提供稳定的磁场。线圈𝑦在磁场中的运动会在线圈中感应出一个电压,该电压与其速度𝑦̇成正比,如式(6)所示。1.𝑒= 𝛼𝑦̇ [eq.1] 电流通过线圈时,使线圈承受与方程式中电流成正比的磁力。2.𝐹= 𝛽𝑖 [eq.2] 问题:使用输出𝑥到输入𝑉获得参数传递函数。 我发现很难回答但影响整个TF的一些问题是: 如果K2和B2 压缩了一个距离Z,(当 由于线圈与磁场相互作用而向上移动时)这是否意味着k1和b1 延伸了相同的距离Z? 如果m(线圈)向上移动2cm,M(桌子)是否也向上移动2cm? 我需要做什么: 拿出两个单独的自由机构图,一个用于表的质量M,另一个用于线圈的质量m。 绘制一个包括反电动势的电路图。 转换为s域。 同时解决。 到目前为止,我所做的是: 绘制以分开的自由体图并提取方程式。 绘制电路图并提取方程式。 转换为s域。 使用MATLAB函数,solve我设法获得了2个不同的5阶传递函数(下面我建议的每种方法中的一个),但是,我不确定哪个是正确的,以及为什么。 整体系统: 这是我认为可以建模振动测试夹具(电气部分除外)的示意图。 自由人体图1-表格-向上约定 弹簧k1和k2减振器b1和b2分别建模。由于不能将它们加在一起并视为一个,因此它们的压缩和扩展是分开的。 的向上的力是来自k2和b2被附接至线圈。这些正在经历向上运动。 s域中的方程: Ms^2X + b1sX + k1X = b2s(X-Y) + k2(X-Y) 自由主体图2-线圈-向上约定 线圈承受向上的力,但是弹簧和阻尼器将其保持向后,因此作用方向相反。 s域中的方程: Fem = Ms^2Y + b2s(X-Y) + k2(X-Y) …

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