نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

[atmega16]

با سلام،
دوستان در خصوص کنترلر PID و اعمال اون به مدار دیمر زیر همفکری میخواستم:



مداری که توی ذهنم هست از 2 بخش تشکیل شده:

بخش اول که همون مدار بالا هست به همراه مدار تشخیص عبور از صفر زیر:



بعبارتی پس از تشخیص هر بار صفر، بیایم و با یک تاخیر 0 تا 10 میلی ثانیه ای ترایاک رو فایر کنیم که با این کار 0 الی 100 درصد توان رو میتونیم روی بار بندازیم. در مورد بخش اول اگه مفهوم رو بد گرفتم لطفا اصلاح کنید چون میخوام مدار رو ببندم.

و اما بخش دوم که راهنمایی میخوام در خصوص چگونگی اعمال سیگنال کنترلر PID به مدار ترایاک بالا هست.

ایده خودم این هست که بیایم و خروجی PID رو scale کنیم روی بازه 0 الی 10 ، و این عدد بشه تاخیر ما، بعبارتی یک "متغیر" برای تاخیر تعریف کنیم و هر بار که zero crossing رخ میده (که این عمل بخاطر فرکانس 50 هرتز شهر، 100 بار در ثانیه اتفاق میفته)، تاخیر رو از توی همون "متغیر" بخونیم و به ترایاک اعمال کنیم.

لطفا چنانچه ایده بهتر و یا اصلاحیه ای دارید دریغ نکنید، سپاسگزارم

[mori64]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

اینکه خروجی شما چی هست ربطی یه pid نداره .

لزومی به برش دهنده هم نیست .
کنترلرهای داخل بازار را ببینید هیچ کدام برش دهنده نیستند .
و به صورت سایکلیک کار میکنند .
10 ثانیه (به عنوان مثال)را به عنوان 100% در نظر دارند .

[atmega16]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

اینکه خروجی شما چی هست ربطی یه pid نداره .

لزومی به برش دهنده هم نیست .
کنترلرهای داخل بازار را ببینید هیچ کدام برش دهنده نیستند .
و به صورت سایکلیک کار میکنند .
10 ثانیه (به عنوان مثال)را به عنوان 100% در نظر دارند .

"اینکه خروجی شما چی هست ربطی یه pid نداره ."
خروجی PID ، اکشن موردنظر رو تعیین میکنه، چجوری میگید ربطی نداره؟!

"لزومی به برش دهنده هم نیست ."
در صورت عدم برش که تمام توان روی بار میفته و کنترل دیگه معنایی نداره!

"کنترلرهای داخل بازار را ببینید هیچ کدام برش دهنده نیستند ."
من متاسفانه نقشه کنترلرهای مورد اشاره شما رو ندارم.

"و به صورت سایکلیک کار میکنند ."
عرض کردم هدف کنترل پیوسته هست، گویا شما با مفهوم هیسترزیس و نگه داشتن دما در یک بازه بالایی و پایینی اشتباه برداشت کردید. هدف کنترل on-off نیست که وقتی دما پایین هست تمام توان روی هیتر بیفته تا به حد بالا برسه، سپس خاموش بشه تا پایین بیاد و حد پایین رو رد کنه و مجددا هیتر روشن بشه.

[mori64]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

"اینکه خروجی شما چی هست ربطی یه pid نداره ."
خروجی PID ، اکشن موردنظر رو تعیین میکنه، چجوری میگید ربطی نداره؟!

"لزومی به برش دهنده هم نیست ."
در صورت عدم برش که تمام توان روی بار میفته و کنترل دیگه معنایی نداره!

"کنترلرهای داخل بازار را ببینید هیچ کدام برش دهنده نیستند ."
من متاسفانه نقشه کنترلرهای مورد اشاره شما رو ندارم.

"و به صورت سایکلیک کار میکنند ."
عرض کردم هدف کنترل پیوسته هست، گویا شما با مفهوم هیسترزیس و نگه داشتن دما در یک بازه بالایی و پایینی اشتباه برداشت کردید. هدف کنترل on-off نیست که وقتی دما پایین هست تمام توان روی هیتر بیفته تا به حد بالا برسه، سپس خاموش بشه تا پایین بیاد و حد پایین رو رد کنه و مجددا هیتر روشن بشه.

بار شما لامپ هست ؟

[2012rostami]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

فرض می کنیم که شما مدار رو درست می بندید و تشخیص عبور از صفر بدون تأخیر انجام می شه و فرمان آتش به درستی اِعمال می شه. شما می تونید 0 تا 100% ولتاژ AC رو بندازید روی بار، فقط با تغییر زاویه آتش ترایاک.
پس سیگنال کنترلیِ شما می شه زاویه آتش (0 تا 100%) و خروجی هم می شه توان، ولتاژ، جریان، یا هر چیز دیگری که دارید اندازه گیری می کنیدش (حتماً باید یه نمونه ای از خروجی رو اندازه گیری بکنید وگرنه کنترل حلقه بسته نیست).

PID یه فرمول ساده داره. برای شروع، شما فقط با P کار کنید. یعنی خطا (err) رو ضرب در یک عدد به اسم Kp کنید و به محدوده 0 تا 100% تبدیلش کنید که میشه فرمان کنترل (یا Uc). خطا هم می شه اختلاف خروجی با مقدار مطلوب. یعنی: Uc=Kp*err
البته تو مورد ترایاک و زاویه آتش ممکنه یه علامت منفی هم در نتیجه ضرب بشه.
مثال:
خروجی مطلوب (Vd): ولتاژ rms برابر 100 ولت دو سر بار.
نحوه اندازه گیری خروجی (Vout): نمونه برداری ولتاژ و محاسبه rms توسط یک مدار مبدل rms به dc.
اندازه گیری خطا (err): توسط یک پ امپ یا تقویت کننده تفاضلی که err=Vd-Vout
فرمان کنترلی (Uc): توسط یک تقویت کننده معکوس گر با پ امپ Uc=-Kp*err
تأخیر زاویه آتش: از 0 تا 100% توسط یک مدارِ نمی دونم چی چی! که فعلاً نمی دونم چیه و فقط تأخیر ایجاد می کنه

کلاً بهتره از میکروکنترلر استفاده کنی که همه این کارا رو به صورت دیجیتال انجام بدی.

[atmega16]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

فرض می کنیم که شما مدار رو درست می بندید و تشخیص عبور از صفر بدون تأخیر انجام می شه و فرمان آتش به درستی اِعمال می شه. شما می تونید 0 تا 100% ولتاژ AC رو بندازید روی بار، فقط با تغییر زاویه آتش ترایاک.
پس سیگنال کنترلیِ شما می شه زاویه آتش (0 تا 100%) و خروجی هم می شه توان، ولتاژ، جریان، یا هر چیز دیگری که دارید اندازه گیری می کنیدش (حتماً باید یه نمونه ای از خروجی رو اندازه گیری بکنید وگرنه کنترل حلقه بسته نیست).

PID یه فرمول ساده داره. برای شروع، شما فقط با P کار کنید. یعنی خطا (err) رو ضرب در یک عدد به اسم Kp کنید و به محدوده 0 تا 100% تبدیلش کنید که میشه فرمان کنترل (یا Uc). خطا هم می شه اختلاف خروجی با مقدار مطلوب. یعنی: Uc=Kp*err
البته تو مورد ترایاک و زاویه آتش ممکنه یه علامت منفی هم در نتیجه ضرب بشه.
مثال:
خروجی مطلوب (Vd): ولتاژ rms برابر 100 ولت دو سر بار.
نحوه اندازه گیری خروجی (Vout): نمونه برداری ولتاژ و محاسبه rms توسط یک مدار مبدل rms به dc.
اندازه گیری خطا (err): توسط یک پ امپ یا تقویت کننده تفاضلی که err=Vd-Vout
فرمان کنترلی (Uc): توسط یک تقویت کننده معکوس گر با پ امپ Uc=-Kp*err
تأخیر زاویه آتش: از 0 تا 100% توسط یک مدارِ نمی دونم چی چی! که فعلاً نمی دونم چیه و فقط تأخیر ایجاد می کنه

کلاً بهتره از میکروکنترلر استفاده کنی که همه این کارا رو به صورت دیجیتال انجام بدی.

ابتدا تشکر میکنم بابت وقتی که صرف کردید و انتقال دانش دادید.
فعلا در مرحله ایتدایی، بار یک عدد هیتر هست و خروجی دما میباشد که توسط RTD و یا ترموکوپل اندازه گیری خواهد شد.
از انجائیکه که کاربرد صنعتی و تعداد کانال های بالا مد نظر است (منظور چندین Loop و کنترلر کاملا مستقل از هم، بعبارتی چندین هیتر جداگانه که هر کدام سنسور دمای خاص خود را دارند و مدارات ترایاک انها مجزاست)، بنا بر آن گذاشته شده که توسط DAQ مقادیر خروجی وارد کامپیوتر شده و PID هر یک درون نرم افزار محاسبه شود.
مشکل اصلی، مدار رابط (بقول شما نمیدونم چی چی) است که از طرفی باید ماژولار بوده و بتواند چندین کانال را بصورت مجزا کنترل و آتش کند، و از طرفی مدار تشخیص عبور از صفر است که آن هم هر 10 میلی ثانیه باید به نرم افزار کامپیوتر اعلان موجودیت کند. بنظر میرسد پیاده سازی نرم افزاری موارد مطروحه (بخصوص وقفه های 10 میلی ثانیه ای)، به شدت ویندوز را کند کرده و پروسه صنعتی با مشکل عدم قابلیت اطمینان مواجه شود.

[2012rostami]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

ابتدا تشکر میکنم بابت وقتی که صرف کردید و انتقال دانش دادید.
فعلا در مرحله ایتدایی، بار یک عدد هیتر هست و خروجی دما میباشد که توسط RTD و یا ترموکوپل اندازه گیری خواهد شد.
از انجائیکه که کاربرد صنعتی و تعداد کانال های بالا مد نظر است (منظور چندین Loop و کنترلر کاملا مستقل از هم، بعبارتی چندین هیتر جداگانه که هر کدام سنسور دمای خاص خود را دارند و مدارات ترایاک انها مجزاست)، بنا بر آن گذاشته شده که توسط DAQ مقادیر خروجی وارد کامپیوتر شده و PID هر یک درون نرم افزار محاسبه شود.
مشکل اصلی، مدار رابط (بقول شما نمیدونم چی چی) است که از طرفی باید ماژولار بوده و بتواند چندین کانال را بصورت مجزا کنترل و آتش کند، و از طرفی مدار تشخیص عبور از صفر است که آن هم هر 10 میلی ثانیه باید به نرم افزار کامپیوتر اعلان موجودیت کند. بنظر میرسد پیاده سازی نرم افزاری موارد مطروحه (بخصوص وقفه های 10 میلی ثانیه ای)، به شدت ویندوز را کند کرده و پروسه صنعتی با مشکل عدم قابلیت اطمینان مواجه شود.

خواهش می کنم.
در مورد وقفه های تایمر ویندوز می دونم که دوشواری های زیادی داره (خودم تجربه ش رو دارم). ولی به نظرم حلقه کنترل دما اونقدرا سرعت زیاد نیاز نداره ها! من قبلاً برای یه مورد مخزن آب خنک کننده این کار رو با سرعت 10 نمونه در ثانیه انجام دادم خیلی هم خوب و خنک داره کار می کنه
خوب، من به شما یه راه حل پیشنهاد میدم که شدنیه و پیچیدگی نداره:
اول اینکه، کلاً بیخیال مدارات آنالوگ بشید و با دیجیتال و مخصوصاً میکروکنترلر کار کنید. هر میکروکنترلری که دوست دارید می تونه AVR، PIC، dsPIC، ARM، DSP باشه.
دوم اینکه، تعداد کانال ها رو محدود فرض کنید. مثلاً 8 کانال برای شروع.
سوم، فرض می کنیم مدارات آنالوگ برای تقویت کننده دما به صورت ماجولار آماده ست و فعلاً دمای مورد نظر رو در بازه مناسب برای A/D میکروکنترلر فراهم می کنه. این مدارات با پ امپ های معمولی قابل پیاده سازی هستند و نگرانی ندارند. پس یه ولتاژ 0 تا 5 ولت در بازه دمایی مورد نظر برای هر کانال داریم.
چهارم، برای فرمان آتش و عبور از صفر هم مدارات مشابه و مجزا داریم که ورودی/خروجی دیجیتال برای میکروکنترلر هستند. عبور از صفر می تونه به وقفه های میکروکنترلر وصل بشه. اگه خیلی نگرانی بابت زمانبندی های دقیق فرامین گیت و تشخیص عبور از صفر وجود داره، می تونید از یه FPGA یا حتی یه CPLD ساده، یا ترکیب چند تا گیت منطقی برای این کار استفاده کنید و مطمئن باشید که این مدارات خیلی خوب و دقیق کارتون رو راه می ندازن. این بخش مجزا می تونه با یه واسط ساده به میکروکنترلر وصل بشه و باهاش تبادل اطلاعات کنه.
پنجم، یه برد کنترل مرکزی داریم که همون میکروکنترلر خودمون روشه و این تقویت کننده ها بهش وصل می شن و توسط مالتی پلکسر آنالوگ به A/D داخلی فرستاده می شه و خونده می شن. نرخ نمونه برداری برای کنترل حلقه دمای هیتر می تونه 10 نمونه در ثانیه باشه. پس 8 تا کانال هر کدوم 10 نمونه در ثانیه میشه 80 نمونه در ثانیه که اصلاً رقم زیادی نیست
ششم، 8 تا نقطه کار مشخص برای هر هیتر داریم که توسط یک نرم افزار مانیتورینگ به میکروکنترلر اعلام می شه و میکروکنترلر 8 تا حلقه کنترلی دیجیتال (P، PI، PID) رو اجرا می کنه و در نهایت فرمان می ده به ترایاک ها.
هفتم، نرم افزار مانیتورینگ با یه پورت سریال (با هر واسط فیزیکی دلخواه) می تونه باشه که دماها رو از برد کنترل می خونه و نمایش میده و نقاط کار رو از اپراتور یا مسئول فنی می گیره ذخیره می کنه و 24 ساعته کار می کنه. این نرم افزار خیلی سبکه و فقط برای مانیتورینگ استفاده میشه.
آخرشم اینکه، با افزایش تعداد کانال ها و ماجول ها یکمی پیچیدگی سیستم بیشتر می شه و ممکنه یه میکروکنترلر معمولی جوابگو نباشه. ولی به هر حال امکان توسعه این سیستم وجود داره.
میکروکنترلر اسمش همینه! مختصِ همین کارهاست. کافیه یکم دید مهندسی و برنامه نویسی برای اینجور کارها داشته باشید به راحتی می تونید 800 تا حلقه کنترلی درست کنید! 8 تا کانال که چیزی نیست

هر بخشی رو ابهام دارید بپرسید تا بیشتر وارد جزئیاتش بشیم.

[atmega16]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

خواهش می کنم.
در مورد وقفه های تایمر ویندوز می دونم که دوشواری های زیادی داره (خودم تجربه ش رو دارم). ولی به نظرم حلقه کنترل دما اونقدرا سرعت زیاد نیاز نداره ها! من قبلاً برای یه مورد مخزن آب خنک کننده این کار رو با سرعت 10 نمونه در ثانیه انجام دادم خیلی هم خوب و خنک داره کار می کنه
خوب، من به شما یه راه حل پیشنهاد میدم که شدنیه و پیچیدگی نداره:
اول اینکه، کلاً بیخیال مدارات آنالوگ بشید و با دیجیتال و مخصوصاً میکروکنترلر کار کنید. هر میکروکنترلری که دوست دارید می تونه AVR، PIC، dsPIC، ARM، DSP باشه.
دوم اینکه، تعداد کانال ها رو محدود فرض کنید. مثلاً 8 کانال برای شروع.
سوم، فرض می کنیم مدارات آنالوگ برای تقویت کننده دما به صورت ماجولار آماده ست و فعلاً دمای مورد نظر رو در بازه مناسب برای A/D میکروکنترلر فراهم می کنه. این مدارات با پ امپ های معمولی قابل پیاده سازی هستند و نگرانی ندارند. پس یه ولتاژ 0 تا 5 ولت در بازه دمایی مورد نظر برای هر کانال داریم.
چهارم، برای فرمان آتش و عبور از صفر هم مدارات مشابه و مجزا داریم که ورودی/خروجی دیجیتال برای میکروکنترلر هستند. عبور از صفر می تونه به وقفه های میکروکنترلر وصل بشه. اگه خیلی نگرانی بابت زمانبندی های دقیق فرامین گیت و تشخیص عبور از صفر وجود داره، می تونید از یه FPGA یا حتی یه CPLD ساده، یا ترکیب چند تا گیت منطقی برای این کار استفاده کنید و مطمئن باشید که این مدارات خیلی خوب و دقیق کارتون رو راه می ندازن. این بخش مجزا می تونه با یه واسط ساده به میکروکنترلر وصل بشه و باهاش تبادل اطلاعات کنه.
پنجم، یه برد کنترل مرکزی داریم که همون میکروکنترلر خودمون روشه و این تقویت کننده ها بهش وصل می شن و توسط مالتی پلکسر آنالوگ به A/D داخلی فرستاده می شه و خونده می شن. نرخ نمونه برداری برای کنترل حلقه دمای هیتر می تونه 10 نمونه در ثانیه باشه. پس 8 تا کانال هر کدوم 10 نمونه در ثانیه میشه 80 نمونه در ثانیه که اصلاً رقم زیادی نیست
ششم، 8 تا نقطه کار مشخص برای هر هیتر داریم که توسط یک نرم افزار مانیتورینگ به میکروکنترلر اعلام می شه و میکروکنترلر 8 تا حلقه کنترلی دیجیتال (P، PI، PID) رو اجرا می کنه و در نهایت فرمان می ده به ترایاک ها.
هفتم، نرم افزار مانیتورینگ با یه پورت سریال (با هر واسط فیزیکی دلخواه) می تونه باشه که دماها رو از برد کنترل می خونه و نمایش میده و نقاط کار رو از اپراتور یا مسئول فنی می گیره ذخیره می کنه و 24 ساعته کار می کنه. این نرم افزار خیلی سبکه و فقط برای مانیتورینگ استفاده میشه.
آخرشم اینکه، با افزایش تعداد کانال ها و ماجول ها یکمی پیچیدگی سیستم بیشتر می شه و ممکنه یه میکروکنترلر معمولی جوابگو نباشه. ولی به هر حال امکان توسعه این سیستم وجود داره.
میکروکنترلر اسمش همینه! مختصِ همین کارهاست. کافیه یکم دید مهندسی و برنامه نویسی برای اینجور کارها داشته باشید به راحتی می تونید 800 تا حلقه کنترلی درست کنید! 8 تا کانال که چیزی نیست

هر بخشی رو ابهام دارید بپرسید تا بیشتر وارد جزئیاتش بشیم.

سپاس مجدد از توجه شما،
در خصوص نرخ نمونه برداری حق با شماست ولی منظور من وقفه های مدار عبور از صفر بود و بحثی از سرعت sampling خروجی به میون نیومد.
همونطور که شما فرمودین دید کاملا ماژولار هست. در مورد وقفه های ویندوز تصمیم گرفتم بدین صورت عمل کنم:
ترنسمیترها که ماژول هستند و کمیتی که بر عهدشون گذاشته شده رو اندازه گیری کرده و توسط یک سیگنال استاندارد ولتاژی و یا جریانی تحویل کامپیوتر میدن (دقت کنید کنترل مرکزی رو کامپیوتر انتخاب کردم چون امکان HMI مدنظر هست و دوم اینکه صرفا هدف PID نیست و قراره کنترلر جنرال باشه و کاربر کاملا روی اون مانور داشته باشه از cascade گرفته تا feedforward و ...). پس تا اینجا سیگنال فیدبک وارد کامپیوتر شد.
سپس کنترلر بصورت نرم افزاری و بصورت بلوکی پیاده سازی و محاسبه و نهایتا خروجی تولید میشه.
در سمتی دیگر ما برای هر خروجی موردنظر (بعنوان مثال هیتر)، یک ماژول داریم که از میکرو و مدار ترایاک تشکیل شده. مدار عبور از صفر رو هم روی همین ماژول پیش بینی خواهیم کرد و بعنوان وقفه به میکرو خواهیم داد. نکته کلیدی اینجاست که این ماژول و در واقع میکروی روی اون، پس از هر بار وقوع صفر، مقدار تاخیر مورد نیاز برای آتش گیت رو از خروجی کامپیوتر خواهد خواند و در اصل این کامپیوتر هست که dalay اتش رو تعیین میکند. اینکه این خروجی (تاخیر محاسبه شده)، چطور و از طریق چه بستری تحویل میکرو شود احتمالا Modbus باشد. بهرحال در حال حاضر معضل اصلی محاسبات عددی و نحوه scale خطا به بازه 0 الی 100 (تاخیر موردنیاز آتش گیتها) است، چرا که خروجی کنترلر کننده در واقع باید scale شود و این مقدار خروجی میتواند هر عددی گردد (با توجه به ترم های انتگرال گیر و مشتق گیر). بنظر میرسد روی این خروجی باید saturation تعریف کرد (یعنی برای خروجی هایی فراتر و یا کمتر از حدود خاصی، تاخیر حداقل مقدار لحاظ شود بگونه ای که تمامی توان روی هیتر بیفتد) و شاید هم با تبدیل غیر خطی این کار را انجام داد.
باز هم تشکر از دقت نظر و راهنمایی شما

پی نوشت: راستی من چطور میتونم در این پستی که گذاشتم عضو بشم؟ یعنی اینکه هر وقت دوستان پاسخی میدن از طریق ایمیل متوجه بشم و بتونم سایت رو چک کنم.

[2012rostami]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

راستی من چطور میتونم در این پستی که گذاشتم عضو بشم؟ یعنی اینکه هر وقت دوستان پاسخی میدن از طریق ایمیل متوجه بشم و بتونم سایت رو چک کنم.

گزینه <<دیدن پاسخ های جدید به ارسالهای شما>> بالای صفحه را بزنید...

[hamedtaran]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

میتونید از قسمت قدرت مدار دیمر دیجیتال استفاده کنید. یه سرچ توی انجمن avr بزنید مطلب خیلیه.

[atmega16]

پاسخ : نیاز به راهنمایی در مورد اعمال خروجی کنترلر PID به مدار ترایاک

میتونید از قسمت قدرت مدار دیمر دیجیتال استفاده کنید. یه سرچ توی انجمن avr بزنید مطلب خیلیه.

متشکرم، بنده هم همین کار رو کردم و همونطور که ملاحظه میکنید در عکسهایی که در ابتدای این پست گذاشتم دقیقا از مدارات مذکور استفاده شده است.