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PLC Forum


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birkof

Approfondimento sui PID

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birkof

Ciao a tutti,

ho una serie di domande...

-Qualcuno potrebbe dirmi (se e' vero...) per quale motivo i controllori PID digitali richiedono frequenze di campionamento, nel caso di sistemi meccanici (f proprie di 40-50 Hz), molto elevate per esempio 8-10 KHz?

-Esistono altre strategie di controllo realmente utilizzabili oltre a quelle che impiegano i PID?

-Esiste una teoria o strategia empirica "sicura" per il calcolo dei guadagni proporzionale, integrale, derivativo, che eviti una taratura del controllo "sul campo"?

Grazie

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Igor

Ciao birkof, prima di provare a fare il programmatore di PLC (mi ci sono trovato, è stato un caso) ho lavorato nell'U.T. meccanico di una azienda di medie dimensioni dove si costruivano macchine utensili.

Dopo tre mesi si presentava la possibilità di usare un SW FEM per l'analisi di strutture meccaniche, io sono stato incaricato di provarlo e ne sono rimasto favorevolmente colpito, il SW è stato acquistato e ho iniziato ad usarlo e a testare i risultati.

Per le rigidità non c'erano grossi scostamenti rispetto al modello matematico, ma le frequenze proprie dell'oggetto a volte variavano in maniera consistente, dipendeva molto dal fornitore della carpenteria!

Concludendo: non penso che una taratura individuale dei guadagni dei PID sia in qualche modo evitabile, gli 'elettronici' dell'azienda la facevano sempre o comunque controllavano se tutto andava bene macchina per macchina.

Ciao.

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Federico Milan

Non conosco le prblematiche meccaniche, però a occhio e croce una struttura meccanica può avere dei modi di vibrare a frequenze dell'ordine dei KHz ... quindi ... se il PID in questione è sviluppato per strutture meccaniche, sicuramente non svolge solo l'azione tipica di PID, ma anche un filtraggio per evitare di cadere in trappole, andando magari ad analizzare dei modi ... particolari (il modo per i meccanici, se non erro, è la frequenza di risonanza di noi elettronici :D , o meglio dove gli autovalori della matrice struturale si annullano ... o qualcosa di simile ... <_< )

Del resto sovracampionare, in teoria, non da problemi, se poi il PID è standard, di regola si impone una frequenza di campionamento relativamente alta per riuscire a entrare in diverse categorie.

Strategie empiriche per il controllo dei guadagni esistono, e se cerchi con google PID paramiter ... dovresti trovare tabelle per trovare i guadagni ...

fuori dal campo, dovresti conoscere a perfezione come risponde il tuo sistema quindi simularlo, o comunque calcolarti i coefficenti, cosa sempre fattibile se conosci la FdT (funzione di trasferimeto) del tuo sistema (meccanico, elettrico, fisico, chimico, ...)

oltre ai PID, dipende da che controllo intendi effettuare, in teoria e credo in pratica si, anche se bene o male i controllo tradizionali sono molto vicini al funzionamento del PID ... per intenderci ...

il tuo sistema ha una FdT F(s) (F(z) nel discreto o digitale che dir si voglia) ... bene per controllarlo in reazione devi costruirci un controllore che modifichi in modo opportuno la tua FdT ... bene, qui si applicano alcune tecniche conoscute credo come analisi diretta (fatta quando hai una sola variabile e pochi integratori)

o con tecniche moderne dove si entra nello spazio di stato ... bene trovata la funzione del controllore sei a posto ... almeno su carta ... quindi

Si esistona altre tecniche di controllo oltre al pid ... uscendo dal campo prettamente lineare ... esistono tecniche FUZZY e a logica neuronale, poi a volte gli algoritmi PID hanno funzioni predittive ...

ciao

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Livio Orsini

Ciao Birkof,

non ho ben capito a cosa ti riferisci come frequenze proprie di 40-50Hz.

Se interpreto bene significa che il sistema meccanico a cui ti riferisci ha una frequnza di taglio di 40-50Hz. Se è così il controllo deve avere una frequenza di taglio ALMENO dieci volte maggiore (regola empirica). Da cui il campionamneto per il PID con tempi <2ms. 8-10 kHz mi sembrano tanti anche perchè il PID sarebbe lanciato con perido pari a 10microsecondi e, ammesso che l'elaboratore non svolga altri compiti, tutto il loop deve essere risolto in meno di 10 microsecondi! Siamo a livelli di DSP!

Io francamente, per applicazioni inustriali normali, non ho mai visti di così veloci. Si va a queste velocità quando il sistema da controlloare risponde ad almeno 500-600 Hz.

Per quanto riguarda le startegie di controllo ne esistono diverse: dipende molto dall'applicazione. Oggi vista la disponibilità di elementi "intelligenti" con grande capacità di calcolo a costi accessibili, si ricorre sempre più spesso a regolatori basati su modelli matematici. In altre parole se conosci il sistema di equazioni che descrive il sistema da controllare, basta implementare un algoritmo che lo risolva e controlli il tuo sistema. L'algoritmo può essere autoapprendente ed autotarante. Questo in parole povere. A titolo di esempio i controlli vettoriali dei motori AC si basano su questa strategia.

Per quanto riguarda il PID e la sua taratura da scrivania si ritorna alla conoscenza del sistema da controllare: se conosci le eaquazioni che lo governano puoi effettuare una pre taratura teorica con un buon grado di approssimazione. Comunque la taratura fine devi sempre aggiustarla sul campo.

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birkof
birkof+Oct 9 2002, 07:04 PM-->
CITAZIONE(birkof @ Oct 9 2002, 07:04 PM)

Sono sempre Birkof,

ringrazio tutti per le informazioni!

Io ho realizzato una tesi in cui ho preso in considerazione la creazione di algoritmi di controllo per macchina utensile (una fresa a tre assi FIDIA).

Nel mio lavoro ho dimostrato come sia possibile creare un algoritmo di controllo NON PID che utilizza le informazioni ottenute da un modello semplificato della realta' fisica dell'impianto, corrette via via da una rete di reazione che fa uso di un "osservatore" , di un controllo in catena aperta e di un generatore dei riferimenti (tutto questo lavorando nello spazio degli stati in tempo discreto).

In piu' ho inserito anche un modello di "disturbo prevedibile" che mi permette di prevedere il 90% del valore di un disturbo (errori di modello, forze esterne, errori di misura ecc.) e delegare al controllo in catena chiusa solo il recupero degli errori imprevedibili.

Questo sistema e' impiegato dall'azienda di Torino presso la quale ho realizzato la tesi.

Grazie a questo sistema si riesce a mettere a punto il controllo semplicemente al calcolatore. Una volta che si "monta" il tutto sulla macchina non c'e' bisogno di un'ulteriore fase di messa a punto, il tutto con una frequenza di campionamento di soli 500 Hz.

C'e' qualcuno che usa un approccio al controllo di questo genere?

Scusate se sono stato un po' sintetico ma sono disponibile per dei chiarimenti.

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Livio Orsini

Il tuo controllo è canonico per questo tipo di applicazioni. Ne sono stati descritti, ciclicamene, anche sulla rivista Automazione e Strumentazione.

Visto che sei di Torino dovresti sapere che nella tua città ci sono alcune aziende che fanno uso, per i loro controlli, di tecniche simili. C'è, in particolare, un grossa azienda di sistemi di misura (è fra i leader mondiali)

Che queste tecniche le usa da più di dieci anni.

Personalmente devo aggiungere che il tuo approccio non mi è piaciuto!

Inizi ponendo le domande come persona con scarse conoscenze, poi precisi che hai fatto una tesi così e cosà. Cosa vuoi ottenere?

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birkof

Mi scuso con Livio per il mio approccio "poco chiaro", non era mia intenzione. Ma in effetti non so nulla dei sistemi PID. Ho sempre affrontato i problemi del controllo con il sistema "canonico" che ho descritto in precedenza e volevo solamente sapere se esistevano altri sistemi effettivamente realizzabili per ottenere delle regolazioni (credevo che il mio sistema fosse un po' troppo teorico...).

Visto che molti hanno risposto alla mia domanda ho pensato di aggiungere anche qualcosa di mio. Speravo semplicemente di trovare altre persone che affrontano il controllo col metodo usato da me. In effetti, girando un po' in internet, facendo qualche colloquio di lavoro in aziende di Torino e Cuneo, mi e' sembrato che l'approccio piu' usato sia sempre quello del sistema PID tarato sul campo: diciamo che mi sentivo un po' solo con la mia idea! :-)

Per LIvio: hai parlato di un'azienda di strumenti di misura di Torino, mi potresti dare piu' informazioni a riguardo? (io sono di Cuneo e non conosco molto bene le aziende di Torino). Io ho svolto la tesi presso la EICAS Automazione di Torino e pensavo fosse l'unica che si occupava di controlli non PID.

Grazie ancora e mi scuso del malinteso

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