Сервопривод..
Спасиба! 😃
Вообще сказали мне тут недавно, что настоящий стервопривод стоит пару килобаксов - чето тут не то… Че скажите?
“Кто нибудь собирал? Работает?”
Пробовал, в принципе прошивка Чена работает. Использовал как базовую, потом дорабатывал, причём схему то же.
Сделал программу настройки сервоконтроллера по СОМ порту, с возможностью снятия характеристик в графическом виде. Тестировал. Результаты неплохие. (см. приложение).
Потенциально прошивка от Miсrochip лучше.
“Вообще сказали мне тут недавно, что настоящий стервопривод стоит пару килобаксов - чето тут не то…”
Почти правильно сказали. Конечно смотря какой привод и какие мощности. Что подразумевают, комплектный привод или только электронику. Приличный электро привод, с защитами, дросселями, и т. д. (даже тиристорный) на киловатный движок порядка 700$ стОит.
“настоящий стервопривод стоит пару килобаксов - чето тут не то…”
Настоящий “взрослый” стервопривод технические характеристики имеет покруче, чем ченовский, и всякий сервис, вплоть до автонастройки на двигатель. Промышленный привод должен быть надёжен, выполнен согласно ГОСТ, иметь защиты, компенсирующие дроссели, конструктивно должен быть прилично сделан, соответствовать требованиям по уровню электромагнитных помех и ЭМС, опять же согласно требований по электробезопасности, испытан на пробойное напряжение, по хорошему должен пройти термотренировку, климатическую камеру и вибростенд.
Хоббийный контроллер на PIC характеристики естественно имеет соответствующие. Цену то же.
Характеристики цифрового привода, необходимые для скоростных станков ЧПУ, достижимы только с использованием DSP.
На PIC несущая частота ШИМ слишком низкая, в 8-битном варианте порядка 15 кГц. Чтобы не свистел, надо 20, > т. е. ещё теряем разрядность.
Частота Fast PWM для Atmel AVR рассчитывается так: Fpwm=Fosc/(N*(1+TOP)), где N-делитель
частоты, а TOP-макс. значение.
Посчитаем для Fosc=10 МГц-
Fpwmmax16=10000000/65536=152 Гц
Fpwmmax10=10000000/1024=9765 Гц
Fpwmmax8=10000000/256=39062 Гц
Для режима Phase Correct PWM все еще хуже - частоты меньше в два раза.
Время обработки сервоцикла приводом на PIC порядка 200 микросекунд. Для серьёзного станка требуется не более 5 микросекунд, высокоскоростные привода работают в сотнях наносекунд. Соответственно цена выше на порядок.
Есть мысль часть обработки сервы вынести в быструю FPGA. Они нынче дешевые.
Пока я придумал вынести фильтр для енкодеров и 32-битные счетчики енкодеров, то есть сделать что-то типа HCTL2020, но сразу например 5 каналов. VHDL код написан и отлажен.
Что бы еще вынести? Места в ней много, хоть спецпроцессор зашивай 😃.
Можно например освободить центральный МК от прерываний вообще - завести все STEP и DIR туда же, поставить счетчики на них, добавить схему сравнения со счетчиками енкодеров, соответственно можно вычислять как разность позиций, так и скорости. И все это с любой частотой, хоть 100мГц.
Также на борту мы имеем возможность сделать любой ШИМ… В общем любой конечный автомат практически любых размеров.
Есть какие мысли? Тема интересная, я готов реально реализовывать.
Есть какие мысли? Тема интересная, я готов реально реализовывать.
У тебя мало тем для реализации? :=)
…
На PIC несущая частота ШИМ слишком низкая, в 8-битном варианте порядка 15 кГц. Чтобы не свистел, надо 20, > т. е. ещё теряем разрядность.Время обработки сервоцикла приводом на PIC порядка 200 микросекунд. Для серьёзного станка требуется не более 5 микросекунд, высокоскоростные привода работают в сотнях наносекунд. Соответственно цена выше на порядок.
Не все так грустно с PIC - возьмем, к примеру, PIC18F6520 - 5 каналов ШИМ, 10-ти битное разрешение на частоте 39 кГц, т.е. никакого свиста не будет.
А зачем такие малые времена - “сотни наносекунд”? И откуда они взяты? IMHO, двигатель - система очень инерционная, поэтому микросекунды и сотни наносекунд притянуты за уши.
Прикинем на пальцах? Пусть частота вращения 12000 об./мин. = 200 об./сек., что соответствует времени оборота 5 мс - достаточно большое время, на 4 порядка больше упомянутых сотен наносекунд.
Если энкодер выдает 500 импульсов на оборот, то импульсы следуют через 10 мкс.
При тактовой 40 МГц, время выполнения команды в PIC18 будет 100 нс, т.е. на один импульс энкодера можно потратить до 100 команд его обработки. По-моему вполне достаточно.
Не все так грустно с PIC - возьмем, к примеру, PIC18F6520 - 5 каналов ШИМ, 10-ти битное разрешение на частоте 39 кГц, т.е. никакого свиста не будет.
А зачем такие малые времена - “сотни наносекунд”? И откуда они взяты? IMHO, двигатель - система очень инерционная, поэтому микросекунды и сотни наносекунд притянуты за уши.
Прикинем на пальцах? Пусть частота вращения 12000 об./мин. = 200 об./сек., что соответствует времени оборота 5 мс - достаточно большое время, на 4 порядка больше упомянутых сотен наносекунд.
Если энкодер выдает 500 импульсов на оборот, то импульсы следуют через 10 мкс.
При тактовой 40 МГц, время выполнения команды в PIC18 будет 100 нс, т.е. на один импульс энкодера можно потратить до 100 команд его обработки. По-моему вполне достаточно.
Нет, не все так просто. Хоть двигатель и инерционен, но инерция портала в деятки раз выше. А там, на инструменте, частенько возникают различные критические нагрузки. Да и при простом передвижении не все так гладко, как представляется.
Обсчет целой кучи параметров занимает совсем не 100 команд, а разы больше. Кстати, в ПИКе есть аппаратное умножение (я не в курсе) ? Кстати, если вы внимательно прочитаете пост чуть выше, вы можете заметить, что время обработки сервоцикла на ПИК около 200мксек, или всего 5кГц. А “правильный” моторчик может разогнаться до 50об/сек за 50мсек. Вот и считайте, сколько шагов он пробежит, пока софт отреагирует.
Енкодер на 500CPR (циклов на оборот) даёт 2000 мипульсов. И это простой енкодер, обычно ставят поболее, например 2000CPR. И совсем не просто так.
Можно, кстати, отметить, что любой CNC-софт позволяет задавать ускорение, скорость по координате, то есть перемещение по конкретной оси будет относительно плавным. Но переходные процессы, расчет скольжения, тривиальная соринка, из-за которой на 20мксек необходимо срегулировать ШИМ на 500% - вот это требует больших скоростей.
Начав свою разработку сервы для коллекторника, буквально за пару дней были получены потрясающие результаты на отдельно лежащем на столе двигателе. После установки его на ось все круто изменилось - появились пробежки до 50 лишних шагов, бешеный джиттер, неконтролируемое плавание тока…
Так что не зря таки ставят DSP…
Нет, не все так просто. Хоть двигатель и инерционен, но инерция портала в деятки раз выше. А там, на инструменте, частенько возникают различные критические нагрузки. Да и при простом передвижении не все так гладко, как представляется.
Обсчет целой кучи параметров занимает совсем не 100 команд, а разы больше. Кстати, в ПИКе есть аппаратное умножение (я не в курсе) ? Кстати, если вы внимательно прочитаете пост чуть выше, вы можете заметить, что время обработки сервоцикла на ПИК около 200мксек, или всего 5кГц. А “правильный” моторчик может разогнаться до 50об/сек за 50мсек. Вот и считайте, сколько шагов он пробежит, пока софт отреагирует.
Енкодер на 500CPR (циклов на оборот) даёт 2000 мипульсов. И это простой енкодер, обычно ставят поболее, например 2000CPR. И совсем не просто так.
Можно, кстати, отметить, что любой CNC-софт позволяет задавать ускорение, скорость по координате, то есть перемещение по конкретной оси будет относительно плавным. Но переходные процессы, расчет скольжения, тривиальная соринка, из-за которой на 20мксек необходимо срегулировать ШИМ на 500% - вот это требует больших скоростей.
Начав свою разработку сервы для коллекторника, буквально за пару дней были получены потрясающие результаты на отдельно лежащем на столе двигателе. После установки его на ось все круто изменилось - появились пробежки до 50 лишних шагов, бешеный джиттер, неконтролируемое плавание тока…
Так что не зря таки ставят DSP…
Я не буду спорить, поскольку нет предмета спора - Художник привел абстрактные числа, я привел прикидку на пальцах, в Вашем рассуждении тоже все оторвано от конкретики.
Например, почему “время обработки сервоцикла на ПИК около 200мксек”? На каком PIC, какая частота, по какому алгоритму, на каком языке написана программа?
Аппаратное умножение появилось еще в PIC17, есть в PIC18, в PIC24 (он 16 битный) есть и умножение и деление, в dsPIC30 есть еще и DSP. Так что дело просто в адекватном выборе контроллера.
Можно, к примеру, вообще отказаться от PIC или AVR и перейти на ARM7 - Филипс делает неплохие микросхемы, по цене сравнимые с PIC, но они уже 32 битные при большей частоте, т.е. точность и скорость вычислений гораздо выше.
Ваш пример с практическими опытами над двигателем говорит только об одном - неправильно заданы параметры регулятора.
На эту тему есть хорошая статья у Microchip: AN964 “Softwre PID control of an inverted pendulum using the PIC16F684” - программный ПИД регулятор для перевернутого маятника.
Суть в том, что к вращающейся вокруг оси тележке с приводом от двигателя постоянного тока прикреплен перевернутый маятник, период свободных колебаний которого можно менять перемещая грузики. Параметры ПИД регулятора задаются переменными резисторами. Микроконтроллер должен поддерживать маятник в вертикальном положении управляя направлением и скоростью вращения двигателя. Т.е. задача близка к тому, что Вы решали, однако все обходится без DSP, при этом частота не запредельная - встроенный генератор, который может дать максимум 8 Мгц, а PIC 8 битный.
А зачем такие малые времена - “сотни наносекунд”? И откуда они взяты? …Прикинем на пальцах? …При тактовой 40 МГц, время выполнения команды в PIC18 будет …на один импульс энкодера можно потратить до 100 команд его обработки. По-моему вполне достаточно.
Зачем такие малые времена, maxvovk правильно объяснил. Взяты они из практики и характеристик реальных приводов и ЧПУ.
На пальцах Вы прикинули неверно, либо вопросом не владеете, либо ошибаетесь, либо техническая софистика. Софистика в технике не проходит. Опять же maxvovk правильно показал, как примерно надо прикидывать.
PIC контроллеры с тактовой частотой 40 МГц не работают. Один такт процессора одной команде не соответствует.
100 команд для написания PID регулятора недостаточно.
почему “время обработки сервоцикла на ПИК около 200мксек”? На каком PIC, какая частота, по какому алгоритму, на каком языке написана программа?
Посты внимательно читайте. Обсуждался контроллер Чена, прикладывался файл AN532 с прошивкой от Microchip.
Можно, к примеру, вообще отказаться от PIC или AVR и перейти на ARM7 - Филипс делает неплохие микросхемы, по цене сравнимые с PIC, но они уже 32 битные при большей частоте, т.е. точность и скорость вычислений гораздо выше.
Так и Вам про то же. Есть вообще специальные DSP управления движением. Например от Техас инструментс. А есть ещё готовые PMAC от DeltaTau…
Ваш пример с практическими опытами над двигателем говорит только об одном - неправильно заданы параметры регулятора.
Было бы всё так просто… Станок ЧПУ это же не перевёрнутый маятник 😃
На пальцах Вы прикинули неверно, либо вопросом не владеете, либо ошибаетесь, либо техническая софистика. Софистика в технике не проходит. Опять же maxvovk правильно показал, как примерно надо прикидывать.
PIC контроллеры с тактовой частотой 40 МГц не работают. Один такт процессора одной команде не соответствует.
Я не буду с Вами спорить: как говорил Жванецкий, “…спорить о вкусе устриц лучше с тем, кто их ел.”
Отмечу только, что в PIC18 и более поздних контроллерах реализовано внутреннее умножение частоты на 4, поэтому при кварце 10 Мгц внутренний генератор как раз работает на 40 МГц, и команды выполняются за 100 нс.
ATLab,
Да уж нахавался этих устриц, по самые не хочу.
А то что, при такте 10, на 40 работаете, это Вы вместе со Жванецким, своей бабушке рассказывайте.
Давайте ближе к теме мужики.
Раз степы идут через LPT давайте плясать от него - сколько степов на одну секунду приходться?
ATLab,
А то что, при такте 10, на 40 работаете, это Вы вместе со Жванецким, своей бабушке рассказывайте.
Не для Художника, а тем, кто может поверить его некомпетентной болтовне, цитата
из Datasheet на PIC18F6520 DS39609B page 23 (впрочем, аналогичные пункты есть и для других контроллеров):
2.5 HS/PLL
A Phase Locked Loop circuit (PLL} is provided as a programmable option for users that want to multiply the frequency of the incoming crystal oscillator signal by 4. For an input clock frequency of 10 MHz, the internal clock frequency will be multiplied to 40 MHz. This is useful for customers who are concerned with EMI due to high-frequency crystals.
The PLL is one of the modes of the FOSC<2:0> configuration bits. The oscillator mode is specified during device programming.
И прошу прощения за offtop.
Но ведь он на что-то опирался когда так высказывался - я думаю он пояснит.
Конкретно по прошивке Чена, я использовал Mega8, тактовая 16 МГц, в определённом диапазоне частот работает с неплохой точностью. Пока тесты не закончил, максимальные частоты и точные значения рассогласования сказать не могу. Но рассогласование уже есть, подрезает деталь при незапредельных частотах. Пока тестирую на машине с редукторами. Тесты на машине с прямым приводом проведу позже.
По поводу тактовой частоты, на сколько я в курсе, на четыре такта одна команда выполняется.
А ещё яблоки вверх не падают, Ньютона снизу по лбу не бьют, и процессоры быстее, чем они могут, не считают. Физика наука, блин, такая… упрямая.
Насчёт компетентности и болтовни, для всяких пургоносов специально скрин шот программы приаттачил. (см. выше)
Но ведь он на что-то опирался когда так высказывался - я думаю он пояснит.
Поясню конечно. Восемнадцатая серия микрочиповских ПИКов действительно начала работать на один такт – одна команда. То есть, так, как положено 😃 К старым версиям PIC это не относится. У старых микрочипов на четыре такта одна команда. И то, что выше английскими словами написано, сиречь это и означает. Кстати, Микрочип двадцать четвёртую серию замутил, шестнадцатиразрядная будет.
Но к приводу Чена это отношения не имеет. У него вообще на AT 90S2313 собрано.
Раз степы идут через LPT давайте плясать от него - сколько степов на одну секунду приходится?
Вопрос не понятный. Во первых, не обязательно через LPT. Может, со стойки ЧПУ выдали. Во вторых, сколько выдали, столько и приходится…
…Поясню конечно. Восемнадцатая серия микрочиповских ПИКов действительно начала работать на один такт – одна команда. То есть, так, как положено 😃 К старым версиям PIC это не относится. У старых микрочипов на четыре такта одна команда. И то, что выше английскими словами написано, сиречь это и означает.
Опять неправда, в PIC18, как и в предыдущих PIC16, короткая команда выполняется за 4 такта генератора. А прведенная выше цитата означает, что внутри PIC18 есть генератор с фазовой автоподстройкой частоты (PLL), который умножает частоту кварца на 4. Это приводит к тому, что при чатоте кварца 10 МГц внутренне тактирование выполняется на 40 МГц, м, соответственно, короткие команды выполняются за 100 нс (1/(40000000/4)).
Удивляюсь я непробиваемому апломбу в вопросах, с которыми знаком очень поверхностно.
Чето помоему маленько не в те дебри полезли, на данном то этапе развития хобийного серво привода…
Ктонибудь может внятно обьяснить принцип его работы - тоесть что реально должен делать проц когда пришел step или в режиме удержания, отвечает ли проц за скорость разгона/остановки или это софтом делают и тд и тп…
Согласен с AZi
давайте уже ближе к теме.
PIC18Fxx31 создан для привода - PWM - 6 каналов
Encoder Interface - и прочее
Давайте от него отрываться.
Теперь по принципу работы - так как на входе у нас step
то каждый импульс увеличивает ошибку PID регулятора - и он в свою очередь пытается ее исправить меняя PWM.
Кончились импульсы и ошибка стала = 0. приехали.
Таким образом от PC зависит как мы разгонялись, ехали и тормозили.
Задача PIC’а успевать достигнуть отсчета до следующего импульса.
…Я не буду спорить, поскольку нет предмета спора…
Аналогично. Но в тему МК для привода - я переползаю на ARM - AT91SAM7 и при этом не отказываюсь от применения FPGA. Коллекторник - это только первый шаг, следующий - BrushLess моторы. Благо есть с чем экспериментировать - по случаю урвал три Симменса с 2048 енкодерами.
Если вы хотите ваять привод на Пике - это ваше решение, но я бы этого делать не стал. Я делал на Меге, разогнанной с 20 до 24мГц, она почти в 3 раза быстрее Пика. И скорости мне не хватает, при написании кода на ассемблере и неплохой его оптимизации.
Вообще, спор немного бессистемный. Я подтверждаю, чно хоть на Пике, хоть на Меге, хоть на 8080 можно сделать сервопривод. У каждого будет (при прочих равных) своя _МАКСИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ РАБОТЫ С НЕОБХОДИМОЙ ПОГРЕШНОСТЬЮ. То есть например с это 600, 1200 и 200 об/мин с вышеуказанными процами. И хоть вы разбейтесь, при более высоких скоростях у вас начнет гулять траектория. (Цифры придумано, но возможно и правильные).
И не надо говорить
Ваш пример с практическими опытами над двигателем говорит только об одном - неправильно заданы параметры регулятора.
За пол-года я прочитал кучу литературы, так что софт написан грамотно. С параметрами все просто. Я вообще хотел (и хочу) сделать полное автоопределение параметров подключенного движка. Частично это уже реализовано. Также частично реализованы режимы подборки необходимых параметров. Что не реализовано, испытывалось вручную.
Также я гоняю небезызвестную УХУ, думаю, я был первым в России, кто ее купил и сразу стал вживую испытывать. Прекрасный привод. В разы быстрее и точнее (да 😃 )шаговика. Но тоже до определенной границы, которая упирается все в ту же скорость проца.
Так что давайте прекратим этот бесполезный спор. Возможно, у вас есть опыт работы с МК, но с садостоятельно сделанной сервой явно нету.
Давайте лучше обсудим, что запихнуть в FPGA. И вообще можно было бы сделать некий совместный проект по разработке собственной сервы. Моя задача-минимум - почти универсальная серва для коллекторника и бесколлекторника, с гарантированный скоростью 3000об/мин и енкодером на 2000cpr. Почти универсальная потому, что вычислитель работает на одинаковых алгоритмах, с дополнениями в случае 3х фаз. То есть это слаботочная и силовая части на стойках.