Sintonización de un PID para un regulador lineal de tensión

[Picuino]

Otro problema frecuente en las fuentes de alimentación de este tipo consiste en que no son estables debido a las inductancias de entrada y de salida.
La entrada debe estar muy filtrada, de manera que el condensador de tensión de entrada debe colocarse lo más cercano posible al transistor de potencia y con cables lo más cortos posible.
Si la tensión antes del transistor mosfet oscila, eso es lo primero que hay que solucionar.

Una vez resuelto eso hay que pasar a controlar la oscilación de salida con el ajuste del PID.

Un saludo.

[micro_pepe]

Charly, estamos calculando la sintonización de un regulador PID, como indica el título. Ese es el objetivo de este hilo.

Esa es la idea, aprender a calcular un PID.

En cuanto a la fuente, micro_pepe la ha montado y ha visto que tiene una oscilación que quiere eliminar.
Yo creo que esa oscilación se debe a la fuente y no a la tensión de entrada, pero pueden sacarnos de dudas.

Micro_pepe. ¿Podrías poner una gráfica de la fuente original con la tensión de entrada y la tensión de salida con una carga constante de 2 bombillas?
Gracias.

Este es el resultado, amarillo entrada y azul salida:

pic_244_1.gif
(29.32 kB, 800x480 - visto 521 veces)

ampliando el eje x:

pic_244_2.gif
(20.1 kB, 800x480 - visto 495 veces)

Otro problema frecuente en las fuentes de alimentación de este tipo consiste en que no son estables debido a las inductancias de entrada y de salida.
La entrada debe estar muy filtrada, de manera que el condensador de tensión de entrada debe colocarse lo más cercano posible al transistor de potencia y con cables lo más cortos posible.
Si la tensión antes del transistor mosfet oscila, eso es lo primero que hay que solucionar.

Una vez resuelto eso hay que pasar a controlar la oscilación de salida con el ajuste del PID.

Un saludo.

Creo que ese es el problema, voy a ponerle el condensador de entrada más cerca.

Saludos!!!

[micro_pepe]

Creo que ese es el problema, voy a ponerle el condensador de entrada más cerca.

Pues con eso se reduce el rizado de entrada, pero en la salida aparece lo mismo, no sé como hice la medida original, pero ahora con el esquema original (sin PID's ni resistencias añadidas) en la salida aparece una oscilación como la del post anterior en la salida.

He probado a cambiar el operacional y el transistor, solo queda por cambiar el mosfet...

[Picuino]

Imagino que la ganancia y el tiempo críticos siguen siendo los mismos.
A partir de aquí puedes añadir las resistencias y los condensadores del PID a ver que obtienes.

Un saludo.

[Chaly29]

Hola micro_pepe, tu fuente es del tipo conmutada? Porque claramente pueden observarse las variaciones de la red (la de 100 Hz) y la de la propia fuente de alimentación que estás usando (25/30 KHz aproximadamente).

Las variaciones de la red, o sea los 100Hz son eliminados completamente con el circuito posteado, pero la de la fuente conmutada ya es mucho más difícil de hacer y no solo para este, si no que para cualquier circuito regulado usando mosfet por la poca velocidad de este.

Igual, se supone que si es un regulador, pues no tiene conectado delante de el otro regulador y menos conmutado, ya que sería lo lógico bajarle la tensión al primero y descartar el regulador lineal.

Te recomiendo amplia bobina y grueso condensador para tratar de filtrar la fuente que estás usando para alimentar el regulador bajo prueba. Otro problema posible es que esa fuente que usas para alimentar, pues no sea completamente aislada de los 220/110 Vca de entrada y esté haciendo alguna "jugarreta"  en conjunto con la fuente del propio osciloscópio (o en este estás usando transformador de aislación).

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[micro_pepe]

He usado en primer lugar una conmutada, y despues para descartar el problema del rizado, una lineal, y ocurre lo mismo (una oscilación de casi 2Vpp).

El osciloscopio lo tengo conectado directo a la red con toma de tierra, y la fuente que alimenta el regulador bajo prueba, con un trafo aislador de red.

El PID no hace nada.

Saludos!!!

[Picuino]

Lo del PID me extraña. Vamos por pasos.

Compensación proporcional, sin añadir integral ni derivativo:
Comprueba que ganancia crítica es de 21.4.
A continuación pon una ganancia que valga el 50% del valor obtenido (10.7 en el caso anterior) debería oscilar muy poco.
Si es así, continuamos luego con el derivativo.

Un saludo.

[Chaly29]

micro_pepe, ahora si que me desconcertaste!!! Nunca me a pasado algo así, esta bien que en realidad mosfet para esta aplicación e usado en solo contadas ocasiones, mayoritariamente siempre e usado BJT.

Veremos que pasa.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[micro_pepe]

Bueno, el nuevo Kc=14.2 y Tc=19.2us; la medida de esto es un poco relativa, pues llega un momento que empieza a oscilar un poco, yo tomo la medida cuando la oscilación es más o menos igual en todo el tramo.

Medida con Kc=14.2:

Kc.gif
(21.88 kB, 800x480 - visto 481 veces)

Ampliando el eje X:

Kc_detalle.gif
(17.32 kB, 800x480 - visto 469 veces)

Con Kc/2 (=7.1):

media_Kc.gif
(18 kB, 800x480 - visto 584 veces)

Saludos!!!

PD: La fuente empleada es lineal.

[Picuino]

Bien. Ahora hay que añadir el condensador derivativo.

El tiempo derivativo es:

  Td = Tc/8 = 19.2 / 8 = 2.4us

El condensador derivativo es:

  Cd = Td / R5 = 2.4us / 33k = 72 pF

Ese condensador hay que ponerle en paralelo con la resistencia de 33k.

Ahora debería oscilar menos aùn.

Luego nos ocuparemos del error en forma de escalón.

Un saludo.

[micro_pepe]

Entiendo que le tengo que poner la Kp:

Kp = 0.59·Kc = 0.59·14.2 = 8.4

R2 = 100k

R1 = R2 / Kp = 12k

El resultado es este:

pic_252_1.gif
(18.53 kB, 800x480 - visto 587 veces)

Si elimino la parte proporcional, solo con la derivativa, obtengo esto:

pic_251_1.gif
(25.19 kB, 800x480 - visto 476 veces)

Saludos!!!

[Picuino]

Vamos por pasos.
La ganancia proporcional en realidad prefería que la dejases igual.
De esa forma se puede ver el efecto de añadir sólo control derivativo (sin tocar nada más).
Además un control proporcional más bajo, da como resultado una salida más estable (que a este circuito le viene muy bien)

El resultado me extraña un poco, porque el control derivativo no puede reducir el error (los escalones):

   Antes del control derivativo:
   

   Después de añadir control derivativo:
   

   En estas gráficas parece que has aumentado el control proporcional, sin que el derivativo actúe.

El control derivativo sólo reduce la velocidad de respuesta y la hace más suave, con menos oscilaciones, sin alterar el error.
¿Puedes comprobar otra vez qué ocurre al poner o quitar el condensador derivativo, para ver si es así en tu circuito?


En la última gráfica no has eliminado el control proporcional, lo has hecho infinito retirando la resistencia de 100k. Por eso se disparan las oscilaciones.

Un saludo.

[Picuino]

Esto es lo que pasa en un sistema cuando se va aumentando poco a poco el control derivativo:

[juaperser1]

El control derivativo sólo reduce la velocidad de respuesta y la hace más suave, con menos oscilaciones, sin alterar el error.
¿Puedes comprobar otra vez qué ocurre al poner o quitar el condensador derivativo, para ver si es así en tu circuito?

perdona picuino, pero me puedes explicar esto, tenia entendido que el derivativo aumenta la velocidad del sistema, y es el termino mas complicado de manejar ya que puedes llegar al momento en que las oscilaciones se mantengan.

una derivada puede dar un valor enorme y actua rapidamente ante un cambio.

¿no es así?

creo que el derivativo se deberia dejar para el final y comenzar con un PI, para eliminar el error en regimen permanente y que el valor de salida tienda a su valor por el proporcional. creo que de momento seria mejor centrarse en un PI y olvidarse de momento del PID.

si no es así, ¿me lo puedes explicar?

edito he hablado al mismo tiempo.

en esas gráficas se ve como el sistema actua mas rapido para obtener el "GOAL" , pero ¿por que no olvidarse de las primeras oscilaciones y ver que esta pasando con el regimen permanente?

[micro_pepe]

Vamos por pasos.
La ganancia proporcional en realidad prefería que la dejases igual.
De esa forma se puede ver el efecto de añadir sólo control derivativo (sin tocar nada más).

Bien, esto es el resultado con Kc = 14.2 y derivativo

El control derivativo sólo reduce la velocidad de respuesta y la hace más suave, con menos oscilaciones, sin alterar el error.
¿Puedes comprobar otra vez qué ocurre al poner o quitar el condensador derivativo, para ver si es así en tu circuito?

Y este otro resultado es con el control proporcional (Kp=8.4) y eliminando el derivativo:




Saludos!!!