Influence of filters for numerical differentiation on parameter tuning of PI speed controllers

• Autorzy: Brock S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2018.05.10

Warianty tytułu

PL

Wpływ cyfrowego różniczkowania z filtracją na nastawy regulatora PI prędkości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main purpose of this study was to describe a parameter tuning of PI speed controller when the speed is determined by differentiating the position. In the first part three methods of speed calculation was selected: moving average, low pass filter, and smooth derivative with FIR filter. Dynamic and static properties of presented methods were compared through simulation studies. The results can be helpful in choosing method for estimation the speed of the direct drive, especially for very low speeds. In the second part the relationship between the degree of smooth filter and controller setting is analysed. Simulation results show that the proposed control approach can provide good dynamic of the drive.

PL

W pracy przedstawiono dobór parametrów regulatora prędkości typu PI w uk ładzie sterowania, w którym sygnał prędkości jest wyznaczany poprzez różniczkowanie sygnału położenia. W pierwszej części wybrano trzy metody wyznaczania sygnału prędkości: ruchoma średnia, filtr dolno-przepustowy, oraz gładka metoda różniczkowania z filtrem FIR. Na drodze badań symulacyjnych porównano właściwości dynamiczne i statyczne zaprezentowanych metod. Zaprezentowane wyniki mogą być pomocą w wyborze metody wyznaczania prędkości, szczególnie w zakresie bardzo niskich prędkości obrotowych. W drugiej części pracy przeanalizowano zależność nastaw regulatora prędkości od stopnia filtru wygładzającego. Wyniki badań symulacyjnych wskazują, że zaproponowane podejście zapewnia uzyskanie dobrych właściwości dynamicznych napędu.

Słowa kluczowe

EN

low speed; speed measurement; PI controller; speed control; motion control

PL

mała prędkość obrotowa; pomiar prędkości; regulator PI; regulator prędkości; sterowanie ruchem

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 94, nr 5
• Strony: 60--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Brock S.

• Poznan University of Technology, Institute of Control, Robotics and Information Engineering, ul. Piotrowo 3a, 60-965 Poznań, POLAND

Bibliografia

• [1] Zhang S., He F., Yao Y., Wu J., Li L., Low-speed performance analysis and design of velocity servo control system,in Control Conference (CCC), 2014 33rd Chinese, 2014, pp. 8000–8005.
• [2] Su Y. X., Zheng C. H., Mueller P. C., Duan B. Y., A simple improved velocity estimation for low-speed regions based on position measurements only, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 14, no. 5, pp. 937–942, Sep. 2006.
• [3] Brock S., Zawirski K., Speed measurement method for digital control system, in 9th European Conference on Power Electronics and Applications, Graz-Austria, 2001, pp. 1–6.
• [4] Groundbreaking absolute linear encoder and rotary (angle) encoder is BiSS® protocol compatible. [Online]. Available: http://www.renishaw.pl/pl/groundbreaking-absolute-linearencoder-and-rotary-angle-encoder-is-biss-protocol-compatible-11110.
• [5] Bellini A., Bifaretti S., A digital filter for speed noise reduction in drives using an electromagnetic resolver, Mathematics and Computers in Simulation, vol. 71, no. 4–6, pp. 476–486, Jun. 2006.
• [6] Sakata K., Fujimoto H., Proposal of long sampling short cycle observer for quantization error reduction, in Industrial Electronics (ISIE), 2010 IEEE International Symposium on, 2010, pp. 1919–1924.
• [7] Kubus D., Bianco C. G. L., Wahl F. M., A sensor fusion approach to improve joint angle and angular rate signals in articulated robots, in Intelligent Robots and Systems (IROS), 2012 IEEE/RSJ International Conference on, 2012, pp. 2736– 2741.
• [8] Janiszewski D., Kielczewski M. Kalman Filter Sensor Fusion for Multi-Head Position Encoder, in: EPE'17 ECCE Europe Conference, Warsaw, September 11-14, 2017.
• [9] Valiviita S., Vainio O., Delayless differentiation algorithm and its efficient implementation for motion control applications, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 48, no. 5, pp. 967–971, Oct. 1999.
• [10] Yoshida T., Aikawa N., The low delay low-pass FIR digital differentiators having flat passband and equiripple stopband, in Nordic Circuits and Systems Conference (NORCAS): NORCHIP International Symposium on System-on-Chip (SoC), 2015, 2015, pp. 1–4.
• [11] Smooth noise-robust differentiators. [Online]. Available: http://www.holoborodko.com/ pavel/numericalmethods/numerical-derivative/smooth-low-noise-differentiators/.
• [12] Brock S., Hybrid P–PI sliding mode position and speed controller for variable inertia drive, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), vol. 90, no. 5, pp. 29–34, 2014.
• [13] Convert model from continuous to discrete time - MATLAB c2d. [Online]. Available: http://www.mathworks.com/help/control/ref/c2d.html?s_tid=srch title.
• [14] Pajchrowski T., Zawirski K., Nowopolski K., Neural Speed Controller Trained Online by Means of Modified RPROP Algorithm, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 11, no. 2, pp. 560–568, Apr. 2015.
• [15] Brock S., Robust Integral Sliding Mode Tracking Control of a Servo Drives with Reference Trajectory Generator, in Analysis and Simulation of Electrical and Computer Systems, vol. 324, L. Gołębiowski and D. Mazur, Eds. Springer International Publishing, 2015, pp. 305–313.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).