Testaufbau für Positionsregelung von DC-Getriebemotoren

[Peter(TOO)]

Hallo Geistesblitz,

Durch die Versorgungsspannung ist die maximale Geschwindigkeit des Motors nämlich nach oben begrenzt. Das führt dazu, dass die PWM bei einer sprungförmigen Änderung des Sollwerts anfangs voll an den Anschlag geht, bis der Motor so langsam in die Nähe der Sollposition gekommen ist. Leider hat der Integratoranteil bis dahin meist schon so viel aufintegriert, dass die Variable übergelaufen ist. Das ließ sich lösen, indem der Integrator immer dann abgeschaltet wird, wenn die PWM auf Maximum steht.

Das Überlaufen kann man leicht verhindern, indem man zuerst den Wert der Variablen testet und nur inkrementiert, wenn die einen gewissen Wert nicht überschreitet.

Ein anderes Problem ist die Anlaufspannung des Motors, unter welcher er sich gar nicht bewegt. Das lässt sich damit lösen, dass man auf die Stellgröße einen Versatz raufrechnet, sodass die Motorspannung immer irgendwo in der Nähe der Anlaufspannung bleibt.

Hier ist der Standard-Trick beim Anlauf einen kurzen Impuls auf den Motor zu geben. Der Motor bekommt z.B. für ein paar MS die volle Betriebsspannung, danach wird der Stell ausgegeben,

Ansonsten habe ich den Differentialanteil begrenzt, da so der Überschwinger ein wenig kleiner wird. Die Istwerte vom Sensor hab ich mittels einer laufenden gewichteten Mittelwertbildung geglättet.

Ist normal.

Dabei sieht man leider auch das schwierigste ungelöste Problem, mit dem ich zu kämpfen habe: Das Getriebespiel. Die Sprungantwort sieht ja an sich richtig hübsch aus, allerdings sieht man danach, wie der Regler mit dem Getriebespiel kämpft und um die Sollposition wackelt. Lustigerweise wird es besser, wenn man den Abtrieb mit den Fingern festhält, denn dann kann es ja nicht mehr frei wackeln

Das ist normal, mit dem Finger dämpfst du das System.
Eine mechanische Möglichkeit wäre es, auf die Abtriebsachse einen dickwandigen Gummischlauch zu schieben, welcher auf der Achse leicht klemmt und aussen festgehalten wird.

Ansonsten ist zukünftig noch geplant, eine Vorsteuerung einzubauen, um die Dynamik noch ein wenig zu verbessern. So eine Vorsteuerung würde vorher berechnen, welche Spannung auf den Motor gegeben werden müsste, um die Sollbahn ohne Regelung abzufahren. Der Regler braucht sich dann nur noch um die Abweichungen zu kümmern.

Das ist dann ein zweiter P-Anteil, aber bezogen auf den Stellwert und nicht die Regelabweichung.

Allerdings muss man dafür die Zeitkonstanten des Motors möglichst genau bestimmen. Eine Stromregelung würde ich eigentlich auch noch gerne einbauen, bin dazu bisher aber noch nicht gekommen.

Die Alternative ist ein adaptiver Regler.
Das Regelverhalten der Regelstrecke wird gemessen und der PID-Regler entsprechend konfiguriert. Das Ganze macht man dann dynamisch. Damit können Laständerungen kompensiert werden. Die Zeitkonstanten verändern sich bei einem Motor mit der Last.

Ansonsten gibt es ja auch die Möglichkeit, den Motor aktiv zu bremsen, indem man beide Halbbrücken gleich schaltet. Ich könnte wetten, dass sich das gegen das Getriebespiel einsetzen ließe, allerdings weiß ich noch nicht so recht, wie.

Kurzschliessen, dürfte den Motor etwas zu abrupt bremsen.

Das Problem sind die unterschiedlichen Totzeiten.
Bei gebremstem Abtrieb und einem Halt des Motors, kommt es darauf an, wie es weiter geht:
Dreht man in der selben Richtung weiter, bewegt sich der Abtrieb sofort.
Dreht man in die entgegensetzte Richtung, passiert am Abtrieb zuerst einmal nichts, bis sich der Motor soweit gedreht hat, dass das Spiel wieder aufgehoben ist.

Bei ungebremstem Abtrieb, bzw. mit Schwungmasse:
Wenn der Motor schon steht, dreht sich er Abtrieb noch weiter, bis das Spiel aufgehoben ist.
Dies kann man verhindern, indem man mit dem Motor bremst. Man hat dann aber immer noch das Problem, wenn man in die entgegengesetzte Richtung anläuft.

Dieses Problem ist auch die Hauptursache für das Wackeln.

MfG Peter(TOO)