[Леонид Иванович 0]

Задача тривиальная - стабилизировать скорость вращения электродвигателя с помощью ФАПЧ. В качестве генератора опорного сигнала выступает таймер (потом будет NCO, но это сути не меняет), импульсы с таходатчика производят захват мгновенного значения таймера, эта величина сразу дает текущую ошибку фазы. Проблема состоит в том, что у такого фазового детектора передаточная характеристика пилообразная. Будут захватываться сигналы кратной частоты, чего допустить нельзя. Нужен частотно-фазовый детектор, у которого при больших ошибках передаточная характеристика должна быть горизонтальной. Вроде, это называется phase unwrapping. Как ни странно, не удалось найти вменяемых примеров, как это красиво делается. Придумывается только какая-то громоздкая машина состояний, состояния которой должны меняться в прерываниях по захвату и переполнению, и решение принимается на основе анализа нескольких периодов. Как это обычно делают?

[FatRobot 0]

вы можете пояснить, что значит 'допустить нельзя'? если двигатель вращается с кратной скоростью, то что должен делать стабилизатор частоты? я предположу, что он должен продолжать попытки стабилизировать.

есть комбинированные схемы чапч-фапч: большие уходы по частоте фиксируются чд и в этом случае работает грубая и быстрая чапч, а когда ошибка на выходе чд мала, то петля чапч размыкается, и работает фапч. 

эти переходы надо аккуратно моделировать. 

чд в вашем случае - разность двух последовательных значений таймера, которые вы захватываете.

[Леонид Иванович 0]

Если скорость двигателя выше номинальной, частотно-фазовый детектор должен выдавать максимальное положительное значение ошибки. Если ниже - максимальное отрицательное.

Разность двух последовательных значений таймера ничего не даст, например, в случае вдвое более низкой скорости двигателя получим номинальное значение.

Не хотелось бы детектор разбивать отдельно на частотный и фазовый. Лучше, если фазовый детектор будет иметь зоны насыщения при больших ошибках. Аналогично детекторам микросхем синтезаторов частоты.

[µ₀N² 0]

1 час назад, Леонид Иванович сказал:

Лучше, если фазовый детектор будет иметь зоны насыщения при больших ошибках. Аналогично детекторам микросхем синтезаторов частоты.

почему не подходит ЧФД на двух триггерах с выходом типа "зарядовый насос"  ?

[_pv 52]

копите абсолютную фазу (ну или отдельно ещё количество полных оборотов) без переполнения через 180 градусов, и её и стабилизируйте.

phase += enc - enc_prev;

if (enc - enc_prev < 0) phase +=360;

ну а чтобы убрать перерегулирование (накопленную ошибку за время разгона например), целое количество оборотов из фазы можно периодически вычитать, если частота стала близкой к заданной.

[Леонид Иванович 0]

> почему не подходит ЧФД на двух триггерах с выходом типа "зарядовый насос"  ?

Потому что он увеличивает количество компонентов в устройстве. Требуется полностью цифровое решение, которое будет реализовано внутри микроконтроллера.

> копите абсолютную фазу

По сравнению с этим мои костыли выглядят менее страшными:

//Состояния частотно-фазового детектора:

//NCO OVF: _|_____|_____|_____|_____|_____|_
//SENSOR: _____|_____|_____|_____|_____|____
//FDET:     0  1  0  1  0  1  0  1  0  1  0
//FREQ OK               OK (1->0)

//NCO OVF: _|_____|_____|_____|_____|_____|_
//SENSOR:  _____|____|_|___|||____|_____|____
//FDET:     0  1  0 1 2 0 123 0  1  0  1  0
//FREQ HI               H     H(2->0, 3->0, etc)

//NCO OVF: _|_____|_____|_____|_____|_____|_
//SENSOR:  _____|___________|_____|_____|____
//FDET:     0  1  0     0  1  0  1  0  1  0
//FREQ LO               L (0->0)

Самое близкое, что находил по теме, это реализация частотно-фазового детектора на FPGA, но и там нет "честного" насыщения, коды при отклонении частоты дергаются.

 

A FPGA Implementation of a PLL.pdf

[Леонид Иванович 0]

Файл нашелся чуть по другой ссылке: http://homepages.cae.wisc.edu/~brodskye/mr/phaseunwrap/unwrap.c

Только в данном случае не вижу от него пользы. Хотелось бы увидеть пример, как реализуют управление электродвигателями на микроконтроллере не спомощью PID, а с помощью PLL. Вроде, распространенная задача, а ничего найти почему-то не удалось.

[FatRobot 0]

если ваша измерительная схема не может разрешить неопределенность, вызванную кратными частотами, то дальше городить огород нет смысла. увеличивайте разрядность таймера.

успехов

[Леонид Иванович 0]

При чем тут разрядность таймера? Она влияет только на точность измерения ошибки фазы.

 

[Shamil 2]

25 минут назад, Леонид Иванович сказал:

При чем тут разрядность таймера? Она влияет только на точность измерения ошибки фазы.

 

Имелось в виду, что период счета таймера должен быть больше максимального периода импульсов с таходатчика !

По каждому прерыванию (по импульсу с таходатчика) берете текущий отсчет таймера, вычитаете из него значение отсчета таймера из предыдущего прерывания (по модулю равному периоду счета таймера), и получаете период оборотов вашего двигателя. Вычитая из него требуемое значение периода, получаете величину отклонения, которую подаете на петлевой фильтр.

[Леонид Иванович 0]

Период таймера - это опорный сигнал, он всегда равен номинальному периоду сигнала таходатчика. То, что Вы описали дальше, это АПЧ, а не ФАПЧ.

 

[Rst7 5]

19 hours ago, Леонид Иванович said:

Как это обычно делают?

Очень просто.

У Вас два прерывания - по захвату (Capture) и по сбросу опорного таймера (Compare)

	uint cnt;
	uint result;
	void Compare(void)
	{
	 cnt--;
	 if (cnt==0)
	 {
	  result=CaptureVal;
	 }
	 else
	 {
	  if (cnt>0) result=180; else result=-180;
	  cnt=0;
	 }
	}
	 
	void Capture(void)
	{
	 cnt++;
	}
	

Вот и все. Какие тут сложности?

 

[FatRobot 0]

3 hours ago, Леонид Иванович said:

При чем тут разрядность таймера? Она влияет только на точность измерения ошибки фазы.

 

разрядность нужно увеличивать со стороны msb, чтобы убрать неопределенность в оценке периода или частоты вращения, и, как следствие, иметь возможность определять и регулировать частоту во всем диапазоне  возможных значений

я так понимаю, пока у вас вопросы из категории 'как запрограммировать', но, поверьте, работоспособная фапч с широкой полосой захвата - это трудная штука, требующая большого объема моделирования. тем более, если речь идет о каком-то силовом устройстве с двигателем.

[Леонид Иванович 0]

Делал примерно так же. Несколькими постами выше я приводил диаграммы состояний частотно-фазового детектора, значения FDET там - это и есть значения cnt. Только у меня не было cnt-- и сравнение делал с 1. Получается, что именно так и делают, вопрос можно считать закрытым. А не попадался ли какой-нибудь готовый проект или appnote на тему ФАПЧ управления двигателями?

 

Quote

разрядность нужно увеличивать со стороны msb, чтобы убрать неопределенность в оценке периода или частоты вращения, и, как следствие, иметь возможность определять и регулировать частоту во всем диапазоне  возможных значений

Еще раз - разрядность таймера влияет только на точность представления фазы. Полный диапазон кодов таймера - это угол от 0 до 360 градусов. На каждый импульс таходатчика всегда приходится одно переполнение таймера. Меняется частота вращения - меняется и частота переполнений таймера (фактически там будет NCO, а не таймер, я об этом писал).

 

Изменено 17 января, 2019 пользователем Леонид Иванович

[Rst7 5]

1 hour ago, Леонид Иванович said:

Только у меня не было cnt-- и сравнение делал с 1.

Да, это можно опустить. Сделано исключительно для удобства понимания. Более того, обычно в Capture есть как флаг того, что он сработал, так и флаг того, что произошло переполнение (сработал несколько раз, а значение не вычитано из регистров). Тогда вообще все еще проще:

	void Compare(void)
	{
	 if (CaptureFlag)
	 {
	  if (CaptureOvf) result=180; else result=CaptureVal;
	 }
	 else
	  result=-180;
	}
	

Прерывание Capture не используется вообще.

Но, понятное дело в такой простоте есть тонкости. Связаны они с тем, что импульс может прийти ровно в момент Compare и немного дрожать, и там возможны варианты типа дребезга +180..-180. За этим надо следить. Более точно поведение надо обсуждать с учетом выбранного микроконтроллера и его периферии.