leoniv (leoniv) wrote,
leoniv
leoniv

Categories:

Датчик натяжения - пока тупик



Пост дополнен в конце...

Чуть свет а я уж на ногах микрух смотрю причудливый сигнал. Есть древнее поверье, что пока схема не превратится в клубок проводов с торчащими со всех сторон дополнительными деталями, она нормально не заработает. Часто так и получается - чем опрятней выглядит плата, тем меньше у нее шансов сразу запуститься. На данный момент я уже достиг весьма серьезного уровня хаоса, но его по-прежнему не хватает для устранения неполадок. Основная гипотеза для проверки была связана с пульсациями на выходе старого датчика, которые якобы помогают работать АЦП. Самое простое - убрать эти пульсации и посмотреть, нарушится ли работа датчика.



Перед АЦП установлен буферный усилитель на ОУ LM358. Для старых датчиков он работает как инвертирующий усилитель с небольшим усилением. В цепи обратной связи установлен резистор 10 кОм. С подключенным старым датчиком на выходе наблюдаются пилообразные пульсации с частотой работы датчика (порядка 1 МГц) и амплитудой 10 мВ от пика до пика. Если параллельно резистору обратной связи подключить конденсатор 1 нФ, эти пульсации уменьшаются до уровня шумов. Я на всякий случай подключил конденсатор 10 нФ, чтобы точно все пульсации подавить. На графике ниже виден момент подключения этого конденсатора, я это сделал "на ходу":



Датчики натяжения T1 и T2 - зеленая и красная линии, напряжение на двигателях M1 и M2 - оранжевая и синяя линии. Видно, что добавление конденсатора не нарушило нормальной работы датчика. Поэтому предположение о том, что пульсации помогают "сглаживать" коды АЦП, несостоятельно. Пробовал ставить даже 100 нФ, все по-прежнему работает.

Замена датчика T1 новым рушит всю картину. Натяжитель начинает дрожать с небольшой амплитудой и периодом примерно 70 мс. На графике ниже это видно, хотя синусоида дрожания не прорисовывается из-за слишком низкой частоты снятия данных компьютером.



Исследование сигналов осциллографом не выявило ничего особенного. На питании +5 В есть помехи с уровнем примерно 5 мВ, от этого источника ведь питается вся схема БУ вместе с процессором. Разница в том, что старый датчик питается "чистым" "аналоговым" напряжением ±15 В, а новый - "грязным" "цифровым" +5 В. Чтобы исключить этот фактор, добавил для датчика индивидуальный стабилизатор +5 В, питание взял с "аналоговых" +15 В. Питание датчика стало чистым, но картина с возбуждением никак не поменялась. Ниже приведены скриншоты осциллограмм для старого и нового датчиков.





На выходе старого датчика все чисто, есть лишь небольшие помехи размахом в пару милливольт. А на выходе нового датчика видна красивая синусоида с периодом 70 мс и размахом 12 - 14 мВ от пика до пика (при полной шкале датчика 2.56 В). Эти колебания на редкость устойчивые. Можно поменять сглаживающую емкость в датчике в 10 раз вверх или вниз, колебания остаются такими же. Впрочем, это логично - постоянная времени сглаживания лежит очень далеко вверху относительно периода колебаний.

От безысходности начал крутить все подряд и заметил, что амплитуда колебаний уменьшается, когда повышаю усиление датчика. При максимальном усилении паразитные колебания пропадают. Поскольку при этом значение Ref для регулятора остается неизменным, он поддерживает неизменное напряжение на входе АЦП и на выходе датчика. Только натяжитель при этом отклоняется от своего номинального положения. Выставить номинальное натяжение не получается. Если при максимальном усилении датчика меняю Ref, чтобы вернуть натяжитель на место, снова появляются колебания.



Такое впечатление, что вблизи номинального положения натяжителя есть какая-то аномалия, раз в таком положении есть колебания с любой комбинацией усиления и значения Ref. Снял зависимость выходного напряжения от угла отклонения рычага для старого и нового датчика. Ничего особенного, все совпадает с точностью в несколько процентов.

Уменьшая коэффициенты PID, можно добиться срыва колебаний. Но при этом портится переходная характеристика, и все остается шатким - видно, что колебания в переходных режимах возникают, но затем затухают.

Странно и необъяснимо, как новый датчик мог так повлиять на устойчивость. Его усиление по постоянному току отрегулировано как и у старого. Быстродействие тоже установлено таким же, хоть оно и не влияет, менял в широких пределах. Опять мысли кончились. Решил, что плата БУ еще не стала в должной мере безобразной, чтобы хорошо заработать. Кстати, это надо распространить и на программу: только небрежный код с временными вставками и адской смесью закомментированных и рабочих строк может функционировать как надо. А у меня там пока бардака явно недостаточно.

Дополнение: проверил работу нового датчика со старым БУ. Все работает прекрасно, можно устанавливать любое натяжение, нет и намека на генерацию.



Возникают две мысли.

1. Ладно с плохой устойчивостью цифрового варианта PID. Но почему она так по-разному проявляется на разных датчиках, параметры которых, можно сказать, одинаковы? Аналоговый PID не видит никакой разницы в этих датчиках. Для меня это загадка.

2. Цифровой PID, который валится от малейшего дуновения ветра, несколько задолбал. Устал подбирать коэффициенты и вечно бояться, что вот-вот загенерит. Что делать? Расписаться в собственной беспомощности и сделать навесную платку с аналоговым PID, как в старой плате? Но тоже не так все просто, надо многое менять в управлении, добавлять мультиплексор входных сигналов, понадобятся ноги процессора, которых нет. В теории, процессор тоже должен с этим справляться, процессы здесь медленные. Но мне не удалось получить ничего даже близко похожего по устойчивости на аналоговый PID. Коэффициенты аналогового PID я считал по схеме, если задаю точно такие же в цифровом - беспросветная генерация.

Tags: electronics, reel-to-reel, Электроника-004, катушечник, магнитофон, облом
Subscribe

  • Измеритель уровня V0.1

    Сделал первую версию прошивки нового измерителя уровня для магнитофона "Электроника-004". Все еще очень-очень сырое, но уже полоски как-то…

  • Sharp GF-777

    Попал тут ко мне Sharp GF-777. Без преувеличения можно сказать, что это легенда. Обладать таким аппаратом могли лишь избранные. Стоил он когда-то…

  • JVC TD-V662

    Когда просят посмотреть кассетную деку, говорят удивительные вещи. Что не могут найти мастера, который за это бы взялся. Но ведь аналоговая…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 112 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

  • Измеритель уровня V0.1

    Сделал первую версию прошивки нового измерителя уровня для магнитофона "Электроника-004". Все еще очень-очень сырое, но уже полоски как-то…

  • Sharp GF-777

    Попал тут ко мне Sharp GF-777. Без преувеличения можно сказать, что это легенда. Обладать таким аппаратом могли лишь избранные. Стоил он когда-то…

  • JVC TD-V662

    Когда просят посмотреть кассетную деку, говорят удивительные вещи. Что не могут найти мастера, который за это бы взялся. Но ведь аналоговая…