Sintonización de un PID para un regulador lineal de tensión

[Picuino]

Normalmente hay que ir aumentando poco a poco la ganancia hasta que comience a oscilar.
Manten la ganancia por debajo de la crítica para poder buscar el problema. (Las oscilaciones se tienen que apagar poco a poco)

Con la masa del osciloscopio conectada a la masa del operacional, habría que repasar para comprobar que todo está ok:

1. ¿Oscila la tensión de referencia?  Mejor mirarlo en AC con varias ganancias. No debería oscilar.
2. ¿Oscila la tensión de entrada, en C2?  Mejor mirarlo en AC con varias ganancias. Debería oscilar muy poco.
3. ¿Qué señal hay entre las masas de todos los componentes? Si estas utilizando protoboard en potencia, será relativamente grande. Debería ser cero.


Ahora te puedes meter en el problema de la realimentación:

4. ¿Cuánto oscila la señal del divisor de tensión? (entre R11 y R12)
5. ¿Cuanto oscila la salida del operacional?
6. ¿Cuanto oscila el emisor del transistor bipolar?
7. ¿Qué desfase hay entre ellas? En total debería haber casi 180 grados de desfase (unos 9us)
El desfase se mide comparando las dos señales, midiendo el tiempo que hay entre las crestas de las dos señales.

Un saludo.

[micro_pepe]

Bueno, en la tensión de referencia hay mucho rizado, el problema es el condensador de 100nF que hay en paralelo con el TL431, sin el desaparece.

Oscilación en la entrada es muy baja, si tiene una pequeña caida en los momentos que la carga está activa (al conmutar la carga a 1khz, aparece una señal cuadrada de esa frecuencia), pero con oscilación muy leve.

El divisor de tensión tiene una oscilación de unos 100mVpp.

La salida del operacional unos 300mVpp.

El emisor del transistor 150mVpp.

Desfase entre salida del operacional y emisor, es de 0º.

Desfase entre divisor y las anteriores 90º.

El valor de Kc = 8.7;  y el de Tc = 4.8us;

[micro_pepe]

Calculando el PID:

El valor de Kc = 8.7;  y el de Tc = 4.8us;

- Kp = 0.59 · Kc = 5.13

- Ti = 0.5 · Tc = 2.4us

- Td = 0.125 · Tc = 0.6us

R6 = R7 · Kp = 10k · 5.13 = 47K (redondeo a valor comercial)

Ci = Ti / R6 = 2.4u / 47k = 47pF (redondeo a valor comercial)

Cd = Td / R8 = 0.6u / 1k = 560pF (redondeo a valor comercial)

Y el resultado de todo esto, midiendo en la salida en AC:

sin_c_100n_Vref.gif
(18.34 kB, 800x480 - visto 639 veces)

Creo que ha mejorado mucho la respuesta 

El esquema montado es el siguiente:

Reg LDO 001.gif
(72.83 kB, 868x603 - visto 584 veces)

Saludos!!!

[Picuino]

Esto ya parece otra cosa. Va mucho mejor.

Sólo un tema a comentar. El derivativo no está haciendo gran cosa.
La constante de tiempo es tan pequeña que en la práctica no funciona porque el Amplificador operacional es demasiado lento.
Si quitas el condensador, probablemente no se note mucho.

Se me ocurre una forma de añadir derivativo directamente sin pasar por el operacional.
Si unes directamente la salida con el emisor del transistor bipolar mediante un condensador, la respuesta derivativa será más efectiva.
Lo que ahora no sé decirte es qué valor debe tener el condensador. Prueba con valores pequeños (en torno a 200pF) y auméntalo poco a poco a ver si mejora la salida.


Un saludo.

[micro_pepe]

Se me ocurre una forma de añadir derivativo directamente sin pasar por el operacional.
Si unes directamente la salida con el emisor del transistor bipolar mediante un condensador, la respuesta derivativa será más efectiva.
Lo que ahora no sé decirte es qué valor debe tener el condensador. Prueba con valores pequeños (en torno a 200pF) y auméntalo poco a poco a ver si mejora la salida.

Te refieres a la salida del regulador ¿no?

Saludos!!!

[Picuino]

Patilla uno conectada al emisor de Q1
Patilla dos conectada al positivo de C3

A ver que tal va.

Un saludo.

[micro_pepe]

Efectivamente el condensador Cd no hace nada tal y como estaba puesto en paralelo con R8, al quitarlo la respuesta ni se inmuta a simple vista.

Patilla uno conectada al emisor de Q1
Patilla dos conectada al positivo de C3

A ver que tal va.

Un saludo.

Bueno, con un condensador de 470nF, despues de probar con valores inferiores, el resultado es el siguiente:

Cd_470n.gif
(20.83 kB, 800x480 - visto 525 veces)

Mejora mucho más que la respuesta anterior.

También he probado a medir el voltaje de salida con el multimetro, en vacio, y con carga, y no se altera la medida.

Aunque no entiendo muy bien porqué esa configuración hace las veces de control derivativo, digamos que el derivativo lo que hace es "adelantarse" a la respuesta del circuito; si Cd va en paralelo a R8, entiendo que ante una bajada de voltaje en la salida la respuesta es más rápida, pues Cd que estaba descargado ofrece una corriente instantanea mayor a la base de Q1, y en consecuencia actua más rápido, pero en la configuración actual no lo veo.

Saludos!!!

[Picuino]

El derivativo es un freno.


Eso es lo único que hay que entender. Si un sistema está frenado, no oscila.


El freno derivativo sólo actúa cuando el sistema se mueve rápido y no actúa cuando el sistema se mueve lento.
Es como meter a un sistema mecánico dentro del agua u otro líquido espeso. Si intentas moverte despacio dentro del agua, no hay problema. Pero si intentas moverte rápido, el água te frena. Los amortiguadores de un automóvil son controles derivativos, evitan que la rueda oscile.

En el caso de un circuito electrónico tienes que conseguir:
   Si la tensión baja rápido, el derivativo lo va a frenar e intentara que suba.
   Si la tensión sube rápido, el derivativo lo va a frenar e intentará que baje.

El condensador que has puesto consigue eso. Al bajar rapidamente la tensión de salida, baja la tensión del emisor de Q1, el transistor Q1 conduce más corriente, la puerta del mosfet tiene más tensión, la corriente de drenador intenta aumentar y la tensión de salida tiende a subir.
Ya está, eso es un control derivativo.

Un saludo.

[Picuino]

Lo del control en "adelanto" y en "atraso" no llegué nunca a entenderlo bien. Pertenece al dominio de la frecuencia y me parece completamente anti-intuitivo. Lo mejor es que olvides que alguna vez lo has aprendido.

Por si te sirve de consuelo, el control avanzado utiliza sobre todo el dominio del tiempo. Cuando los problemas de control se complican de verdad (sistemas MIMO de muchas entradas/salidas, control no lineal, etc) en la mayoría de los casos se definen y resuelven con ecuaciones diferenciales en un espacio de estados en el dominio del tiempo.

A mí siempre me ha resultado más sencillo pensar de forma intuitiva en el dominio del tiempo.

Los PID no llegué a entenderles realmente bien hasta que abandoné de una vez su interpretación en el dominio de la frecuencia.

La única exepción es el diagrama del lugar de las raíces. Ese si me parece muy intuitivo y útil, pero para utilizarle necesitas conocer los polos y ceros del sistema a controlar.

Un saludo.

[micro_pepe]

OK, Picuino, pensando en el dominio del tiempo, y con el concepto de freno, lo entiendo mucho mejor. En la universidad nos hacen un montón de demostraciones matematicas, que está muy bien conocerlas, pero con un ejemplo como el de un sistema mecanico en un fluido cualquiera lo puede entender  en la formación profesional si dan ese tipo de conceptos, pero yo no ví sistemas de control en mi rama de electrónica.

Saludos!!!

[micro_pepe]

Adjunto el esquema final bien dibujadito, por si le sirve a alguien.

Otra cosa, un regulador BUCK que tengo montado tiene unos picos muy altos de subida y bajada coincidiendo con la conmutación del transistor del mismo, estos picos ¿se pueden eliminar en el lazo de control?

Saludos!!!

[RALF2]

Gracias por compartir el circuito micro_pepe 
Pero veo que te falto colocar una tierra en el esquema en el nodo del catodo de D3, segun veo; ademas veo que colocastes el capacitor CD como control derivativo 

[micro_pepe]

Gracias por compartir el circuito micro_pepe 
Pero veo que te falto colocar una tierra en el esquema en el nodo del catodo de D3, segun veo; ademas veo que colocastes el capacitor CD como control derivativo 

Falta poner un simbolo de masa, pero la conexión está echa 

El CD va en ese lugar, es así.

[Picuino]

Este esquema ha servido como base para aprender a afinar un PID, no para hacer una fuente final.
Ahora que el PID parece funcionar bien, hay que mejorar la fuente más.
Yo le veo dos grandes problemas:

1. Mucho ruido
Creo que conectando R9 a la masa de potencia tendría menos ruido.
Habría que buscar otras fuentes de ruido para reducirle.

2. Limitación de corriente.
Para evitar que la fuente se queme con un cortocircuito, habría que añadir un circuito que limite la corriente.

[micro_pepe]

Lo del ruido lo miro en un ratito.

El limite en corriente en principio no pensaba ponerlo, pongamos que se ponga en corto la salida, si tiene limitación en corriente caeria entre Drenador y Surtidor todo el voltaje y circularía la máxima corriente, como está pensado para una pequeña caida de voltaje, el disipador tambien es pequeño y se acabaría quemando igual; lo que si se me ocurre es poner un polyswitch.

Saludos!!!