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  • 热度 3
    2022-5-10 20:25
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    工程中经常会用到的控制算法想必就是PID了,现代控制理论为何陷入了迷思呢? 不去尝试,永远不知道新理论和算法能不能用。本文希望能给出一些控制算法研究中的工程哲学供大家参考。 先进控制算法为何给大家感觉不如PID呢? 一种可能,别人用上了,效果好,自己用不上,乃至说不知道怎么用,只能用PID,这说明自己落后。 另外一种可能,有很多所谓先进的理论和算法确实很难在实际中用,根本就是为了发论文而做的。 还有一种可能,大家都在用PID,但控制效果远不能令人满足,只是暂时找不到/发现不了更好的方法。 另外有个值得注意的,底层是PID,看中上层是不是PID。即虽然是PID,但是是结合比如自适应、模糊、容错等等。而且PID的调参是否用了比如频域分析、鲁棒等等。 如何区分这几者,是很重要的。 控制算法要能处理known known,known unknown,unknown known,unknown unknown。 只此一件的控制系统,在较为确定的环境里工作,参数可以专门针对硬件,调到很好。但也会跟温室一样,系统乃至环境的很多东西有明确的规定,甚至细到某个螺丝要拧几圈半,外界的干扰要可忽略,等等。如此的系统,有时可以应用上较为复杂的控制算法,也就没有什么好稀奇的:known known知道,unknown known能通过对系统不断加深理解变成known known,known unknown、unknown unknown则可以通过对系统和环境的控制减少到可忽略。 但商业化产品中的控制系统,上量之后件件之间有差距,加上使用环境不确定的话,known unknown、unknown unknown都会大,而控制算法要能鲁棒(不仅限于传统鲁棒控制中的鲁棒)到可以处理到这些,即使known known、unknown known处理到最好。 比如一个信号,近似等于个高斯白噪声,用过去数据,估算出均值与方差,是known known。但肯定不准的,因为现实中就不存在标准的高斯白噪声,于是做出一个误差区间,有各种做法,算是known unknown。但known known跟known unknown加起来,也还是与实际有差距,是unknown unknown,是there is nothing you can do about it的了。但常被忽视的是unknown known,比如这个信号里面,可以分离出一个周期信号(不一定是正弦),是一个干扰。知道之后,unknown known变成known known。如此等等。前面说了,可以从不同层面考虑,比如信号分成确定部分和随机部分,确定部分是known known。但确定部分与实际的确定部分有差别,是unknown known。随机部分,知道分布的话,是known unknown。随机部分也与实际的随机部分有差别,是unknown unknown。如是如是,不一而足。从这个层面分析,不如上一段中的分析对实际有指导意义。 当然还有系统。比如一个系统,有输入输出数据,建模、辨识出一个LTI模型,有参数,是known known。但这个模型肯定不是完全吻合数据,所以要给一定的不确定性,比如在参数上,可能有个区间,是known unknown。即使加上这个区间,也还是与实际有差别,是谓unknown unknown。但如果一分析,发现这个模型其实可以分离成一个LTI模型,加上一个比如Wiener模型,就是unknown known被发现了。 当然也可以在不同的层面分析。参数很多,花时间调,总能调出个鼻子乱舞的大象,特别是在仿真中更是如此。但物理学的历史告诉我们,这个时候,应该是存在更有结构化的理论框架。当然,这样的理论框架,如PID,如Kalman滤波,等等,也还是留有一定的参数让在实际中调,因为known unknown与unknown unknown,是另一个层面的问题了。
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    2016-4-29 18:06
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    工业机器人息息相关的三个部委工业和信息化部、国家发改委、财政部联合发布《机器人产业发展规划(2016-2020年)》,提出了一个对于工业机器人朋友很重要的目标:要力争实现机器人关键零部件和高端产品的重大突破。到2020年,实现我国自主品牌工业机器人年产量达到10万台,六轴及以上工业机器人年产量达到5万台以上。 那这10万台对于我国工业机器人格局是个什么概念呢?根据网上的数据显示,2014年中国市场工业机器人销售量约5.7万台,增长55%,约占全球总销量四分之一,但重头戏在于,其中自主品牌工业机器人销量只有区区1.7万台,如果按2014年的全球总销量,由1.7万台,到10万台就是由占占全球总销量7.4%跃升到占全球总销量的43.8%,这样的变化简直可以用翻天覆地来形容了。 距离2020还有5年,10万台的数字看起来也不是那么不无可能,但关键的问题是,这个数字的前缀“自主品牌”工业机器人年产量达到10万台,这其中的自主品牌机器人就是个难题。 虽然数字上说得很好听,但自主品牌太难定义了,就像一些公司一直说卖的是自主研发的机器人,其实很多是买的是别人的东西组装集成,自己再根据具体应用改改程序就行。 算好的公司,机构自己做的,有些部件也是国产的,还有点自己的技术,很多就整个买别人的重新刷个漆也说是自主品牌,自主品牌我觉得过几年再说吧,或许那时候开始有真正自主研发的公司能靠自己活得下去了。 而对于工业机器人产业目前发展的严重短板——由于核心技术缺乏,我国工业机器人消费严重依赖国外企业,尤其在减速机、伺服电机、控制器等核心零部件上,我国机器人企业受制于人,只能购买高昂的国外设备。 控制器,驱动器搞得定,这个我们就在做,主要是电路,算法,协议等,与IT行业更靠近。只要有企业能够踏踏实实的去做,不是一味的去追求圈钱肯定没问题。电机也有些厂家做得不错了,减速机就够呛了,依赖于基础工业太多了。 当然这只是说产品做好,产品做好后要让别人相信要建立口碑还要很漫长的时间呢。毕竟国外品牌的口碑摆在那里。 没人做减速机?有专门做减速机的,我们很多时候单买回来自己组装,你要买ABB的别人很多都是卖整套机器人给你,你根本就不要考虑这些问题了。 不过比较幸运地是,在自主研发控制器的问题上,国内运动控制技术有了较快的发展。越来越多的机械设备制造厂商开始使用并且逐渐熟悉通用运动控制系统,国产控制器所采用的硬件平台跟国外产品的差距正在越来越小。 回响过去5年天朝人民在芯片行业的“洗心革面”,扑腾这么久了,我们还处在技术欠缺的中国半导体,如何挤入国际竞争舞台的担忧中,并非我们不努力,只是之前基础太弱,后天补课要花点时间。 如果因为习大大的强行号召,工业机器人这个苦活累活真有企业愿意踏踏实实去做,而不是像过去一样害怕投入大、周期长、风险高,而宁愿让给国外也不自己花点力气揽下。 那只剩下减速机这个关键短板的工业机器人,或许可以憧憬下,在剩下的4年内,真正“实现我国自主品牌工业机器人年产量达到10万台”。
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    2012-1-30 09:44
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    2510-AT型自动调谐温度控制源表温度控制环路采用自动调谐方法,而自动调谐算法分别对系统Tau、激光二极管模块、测试夹具分别有一定要求。   系统 Tau 确定初始值 系统 Tau 是系统( 2510 +温度控制+ 夹具+ 器件)能够多么迅速地到达指定温度的度量指标。为了允许自动调谐算法对可能的最宽器件范围进行调谐,必须为系统Tau确定初始值。对于激光二极管模块来说,系统Tau的范围是3~30秒,对于更大型夹具来说,其范围是300秒以上。   激光二极管模块确定 PID 系数 设计 自动调谐算法的目的是 为配备热电制冷器的 激光二极管模块 (LDM) (用于通信目的)确定良好的 PID 系数 。这些激光二极管模块具有很短的Tau,因此,自动调谐可以在5~15分钟内完成任务。   测试夹具设置调试 除了激光二极管模块, 自动调谐算法 还包括允许调谐测试夹具的设置,这些设置拥有更长的 系统 Tau 值 。在调谐测试夹具时,系统Tau必须设置在与实际系统Tau类似的范围。如果实际系统Tau是未知的,就将其设置在“中间值”;如果自动调谐不成功,就使用较长的Tau设置,重新进行自动调谐 。   了解更多信息 如您想了解更多2510-AT型自动温度控制(TEC)源表信息,请点击链接http://www.keithley.com.cn/products/dcac/specialtysystems/tempcontr/?mn=2510-AT ,或登录微博http://weibo.com/keithley 与专家互动。 2510-AT型自动温度控制(TEC)源表 http://www.keithley.com.cn/products/localizedproducts/opto/2510at PID系数http://keithley.com.cn/data?asset=14625 自动调谐算法http://www.keithley.com.cn/products/accessories/adaptercable/?mn=2510-AT 吉时利知识库 http://www.keithley.com.cn/knowledgecenter
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    2012-1-29 13:46
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    概述 许多 热电制冷器 (TEC) 控制器 采用PI或 PID( 比例、积分、微分 ) 环路 实现温度控制。虽然这些环路可以提供精密的温度控制,但却要求适当的P(比例)、I(积分)、D(微分)值。在很多情况下,这些P(比例)、I(积分)、D(微分)值是通过试验和误差来确定的,不仅耗时、有难度,而且所需时间可能比温度设置时间还要长。在生产测试环境中,如果必须在常规基础上对几个温度设定点或几个不同器件进行评估,那么,这将难上加难。   什么是自动调谐算法 ? 2510-AT 型自动调谐温度控制源表 温度控制环路采用自动调谐方法,可以自动确定热电制冷器器件的P(比例)、I(积分)、D(微分)的恰当值。对于每个期望的系统设定点,都将履行一次自动调谐过程。 2510-AT 自动调谐算法 将电压阶跃函数用于热电制冷器或 珀耳帖效应器件 。然后,抽取来自系统温度相应的信息,并用于改进的Ziegler-Nichols调谐技术,提供两个PID系数集合。一个集合是为最小温度超调量而优化,另一个集合为最小设定时间而优化。可以根据测试要求或器件限制,从两个集合中选择使用。如果需要的话,对系统响应进行微调时,还可以把这些数字用作起始点。   2510-AT型自动调谐温度控制源表的自动调谐算法假设:在珀尔帖电压下,系统对阶跃函数的响应是温度以指数形式上升: Tsystem = T initial ,t < t Lag Tsystem = T initial + T step (1–e –(t–t Lag )/Tau ),t≥t Lag   可以绘制成以下图形:     图1  Ziegler-Nichols调谐算法的温阶     在这种情况下,温阶表现为正数,但它可能是一个负的阶跃。对于大部分热电制冷器(珀尔帖) 激光二极管 和夹具来说,指数响应是常见的。不同数学模型的温度响应将对故障(或者不可预知的结果)进行自动调谐。一旦从电压阶跃响应中的采样数据中提取t Lag 和T au 时间,就可以计算出调谐常数。   了解更多信息 如您想了解更多2510-AT型自动温度控制(TEC)源表信息,请点击链接http://www.keithley.com.cn/products/dcac/specialtysystems/tempcontr/?mn=2510-AT ,或登录微博http://weibo.com/keithley 与专家互动。 吉时利知识库 http://www.keithley.com.cn/knowledgecenter 2510-AT型自动温度控制(TEC)源表 http://www.keithley.com.cn/products/localizedproducts/opto/2510at 2510-AT型自动温度控制(TEC)源表 http://www.keithley.com.cn/products/dcac/specialtysystems/tempcontr/?path=2510-AT/Downloads  
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    2012-1-17 13:17
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    首先需要理解信道增益队列背后的概念。 信道 增益队列是板卡上的存储器,它以给定顺序存储信道和增益。例如,用户可以指定信道0/增益-1,信道1/增益-2和信道0/增益-1作为信道增益队列中的三个条目。当开始数据采集的命令被发送给 DriverLINX 时,数模转换器会按照指定的顺序,以指定的增益读取那些信道,然后将数据返回给软件去处理。   用户可以将高速数字读取实现在主板的模拟输入信道 增益队列 中。在这种情况下,请求信道0的同时需要指定一个特别的增益码,以表示需要16位的数字数据,而不是模拟输入的信道0. DriverLINX服务请求的增益属性是16位宽,然而只有较低的几位需要唯一的标识板卡的可用模拟输入范围:与 单极 或 双极 结合的1,2,4和8的增益只会产生8种可能的组合。增益属性的较高位被用于选择 板卡 的特别功能。如果为信道0请求的增益所对应的值第13位被设置为1(8192),这就表明需要16位数字数据,而不是模拟输入信道0。       高速读取有几个值得注意的重要特性:   数字读取执行既不是轮询,也不是中断读取。相反,它们直接通过 PCI 总线和总线控制进行传输,就像在数字输入子系统一样,允许高速流。在3M赫兹时的数据量非常巨大,因此必须分配更多的缓冲区。 这些数字读取是确定的,这些值以一个已知的时间被读取,在最好情况下,每次读取需333纳秒(3M赫兹)。这是一个有节奏的、时钟控制的、带有缓存的读取。   模拟输入子系统内的数字读取背后的真正价值是,它使子系统之间不需要切换。这使模拟和数字数据被读取而无需损失任何切换子系统的时间。因而,用户可以读取模拟信道0,模拟信道1,数字数据,模拟信道2,模拟信道3,然后重复。这些读取是通过直接在信道增益队列上实现来达到这一点的。   以一种类似的方式实现同步的数字写入和模拟读取是可能的。首先,像通常一样选择信道和增益,然后修改增益,将数字数据以及一个与硬件相关的值合并到增益中。重要的是要记住这些数据与模拟输入读取同步,因此它总是以模/数转换器采样的速度被写入,无论这速度是多少。如果模拟输入子系统被设置为250K赫兹,那么数字数据就会以250K赫兹被写入。   了解更多信息 要想了解有关吉时利KPCI-3100系列板卡或者关于数据采集的更多信息,请点击 http://www.keithley.com.cn/products/data/analog 或登录吉时利官方微博 ( http://weibo.com/keithley ) 与专家进行互动 。   信道 :http://www.keithley.com.cn/products/localizedproducts/localizedproducts/2004_china_catalog.pdf 增益队列 :http://keithley.com.cn/products/data/multifunction/pci/?mn=KPCI-3110A 板卡 :http://www.keithley.com.cn/products/localizedproducts/dataacqmodules PCI :http://www.keithley.com.cn/products/data/io/pci
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