cnc.info.pl - FORUM CNC

Poniższa instrukcja ma charakter poradnika, jak skonfigurować regulator obrotów wrzeciona w LinuxCNC poprzez sterowanie PWM. Jeśli komuś się nie przyda, to pewnie przyda się mi za jakiś czas, bo pewnie zapomnę jak się to robiło, a pamięć mam krótką.
Dokumentacja LinuxCNC jest obszerna i wiele wyjaśnia, jednak raczej nikt, kto buduje maszynę CNC, nie poświęci wielu godzin na jej przestudiowanie. A nawet gdyby, to pewne zagadnienia nie są łatwe do „ogarnięcia” ot tak po przeczytaniu. Czasami to nawet nie wiadomo czego szukać i pod jakim hasłem.
Lista osób, które można zaliczyć do grona tych, którzy „znają się” na LinuxCNC jest zapewne bardzo krótka i nawet nie można oczekiwać, że każdy kto buduje maszynę, musi się na LinuxCNC „znać” bardziej, niż to niezbędne. Ja dopiero raczkuję, więc pewne kwestie w niniejszym poradniku mogą być nieprecyzyjne, jeśli ktoś coś takiego zauważy, warto od razu to zgłosić.

Potrzeba regulowania prędkością wrzeciona nie jest oczywista w każdej maszynie. Jeśli wrzeciono ma się po prostu kręcić z określoną prędkością i nie ma znaczenia, czy nieco przysiądzie oraz czy rzeczywista prędkości różni się od zadanej , regulator taki nie ma sensu. Ale np. w tokarce CNC uważam, że jest niezbędny, szczególnie, jeśli pracuje się z szerokim zakresem obrotów i potrzeba zachować stałą prędkość nawet przy bardzo niskich obrotach.

Zacząłem szukać jak to skonfigurować, ale tak naprawdę, albo jest mało informacji na ten temat, albo źle szukałem. Szukając pod hasłem „Closed loop spindle control”, w zasadzie jedyny użyteczny materiał jaki znalazłem, to ten:
http://wiki.linuxcnc.org/cgi-bin/wiki.p ... ed_Control
Ale to nie jest tak prosto, że przekopiujesz fragmenty konfiguracji hal i już zadziała w każdej innej.
Dlatego korzystając z tego przykładu zrobiłem to nieco po swojemu.

Ja tworząc konfigurację, przez stepconf wizard, podłączyłem już enkoder do pomiaru prędkości i ustawiłem wyjście LPT do sterowania PWM. Niestety proces konfiguracji u każdego przebiega nieco inaczej i ciężko podać tutaj uniwersalną instrukcję.
Na temat sterowania wrzecionem i podłączenia enkodera można znaleźć wiele informacj.
https://linuxcnc.org/docs/html/examples/spindle.html
dlatego przyjmuję, że enkoder i wyjście pwm jest już skonfigurowane i są odpowiednie zapisy w pliku .hal

Noto zaczynamy.
Do sterowania prędkością wrzeciona potrzebny będzie regulator.
HAL udostępnia różnego rodzaju komponenty, między innymi regulator PID.
Aby użyć regulator, trzeba dodać i skonfigurować komponent PID, w tym celu należy dodać kod do pliku .hal Kod ten ładuje jeden kanał regulatora, uruchamia go w procesie servo-thread (czyli domyślnie z częstotliwością 1ms chyba, że zostało to zmienione w pliku .ini)
Pgain, Igain i Dgain to nastawy regulatora. Na początek zerujemy nastawy poza nastawą proporcjonalną.
maxoutput to maksymalna wartość wyjścia regulatora. Ustawiamy ją np. na 100, będzie to odpowiadać 100% wypełnienia PWM.
MaxerrorI to maksymalna wartość nacałkowania błędu – parametr istotny, aby nie powodować długotrwałemu całkowaniu błędu, w przypadku gdy napęd nie może osiągnąć prędkości zadanej.
MaxerrorI powinien być regulowany równocześnie z nastawą Igain i powinien wynosić nie więcej niż maxoutput/ Igain
Następnie trzeba ustawić, aby komponent PID włączał się wraz z łączeniem wrzeciona.
A więc do linii, która załącza pwmgen wraz z uruchomieniem wrzeciona: dopisałem podłączenie tego sygnału również do sygnału załączającego PID Następnie trzeba podłączyć do regulatora odpowiednie dane:
-Prędkość zadaną
-prędkość aktualną
-wyjście regulatora

W celu odnalezienia prędkości zadanej, sprawdziłem w pliku i zweryfikowałem w pomiarze HAL który sygnał temu odpowiada – jest to sygnał spindle.0.speed-out

W moim pliku hal, sygnał spindle.0.speed-out jest już połączony ze zmienną spindle-cmd-rpm a ta z kolei podłączona jest do sygnału pwmgen.0.value który odpowiada za wartość pwm generowaną na wyjściu.
Pwmgen to komponent służący do generowania sygnałów pwm i jest on już ustawiony w mojej konfiguracji przez stepconf wizard.
Ponieważ chcemy, aby to regulator PID sterował wartością PWM, trzeba odłączyć sygnał spindle.0.speed-out od sygnału pwmgen.0.value w tym celu trzeba usunąć następujące linie (lub zakomentować) Następnie sygnał spindle.0.speed-out (czyli wartość zadana prędkości) trzeba podłączyć na wejście regulatora PID który został utworzony: A wyjście regulatora PID podłączyć do sygnału pwmgen.0.value Trzeba jeszcze sprawdzić konfigurację pwmgen. Ponieważ wartość 100% wypełnienia to wartość 1, dla pwmgen trzeba ustawić odpowiednią skalę. Ponieważ maksymalne wyjście regulatora PID zostało ustawione na 100, teraz należy ustawić skalę pwmgen również na 100, aby w efekcie maksymalne wyjście regulatora odpowiadało 100% wypełnieniu czyli wartości 1 dla pwmgen.
Pwmgen ma kilka ustawień istotnych: Częstotliwość według uznania, offset na 0.

Pozostało jeszcze podłączyć prędkość aktualną wrzeciona (czyli sprzężenie zwrotne tego regulatora) na wejście feedback regulatora PID.
Należy pamiętać, aby na wejście regulatora podawać rzeczywistą wartość prędkości a nie jakieś uśrednienia.
Ponieważ LinuxCNC steruje wartością prędkości bez znaku (zadajemy wartość prędkości oraz kierunek), pomiar prędkości wrzeciona musi być także bez znaku.

Odszukałem sygnał, który odpowiada aktualnej prędkości wrzeciona
encoder.0.velocity-rpm
jednak jest to sygnał prędkości ze znakiem.
Aby uzyskać wartość bezwzględna prędkości, trzeba użyć moduł abs
W mojej konfiguracji jest już ładowanie jednej „instancji” modułu abs więc po prostu zmieniłem, aby załadowane były 2 kanały modułu i drugi moduł również uruchomiony z wątkiem servo-thread Następnie wartość prędkości wrzeciona podłączam na wejście modułu abs a wyjście modułu ABS podłączam na wejście feedback regulatora PID Noi teoretycznie to wszystko.
W praktyce, trzeba jeszcze ustawić regulator PID.

Strojenie wymaga wielokrotnych zmian nastaw regulatora, dlatego wpisywanie ich w pliku hal i każdorazowe uruchomienie od nowa linuxcnc zajmuje sporo czasu.
Stworzyłem sobie zatem panel pyvcp, który pozwoli na zmianę „na żywo” nastaw regulatora.
Jak dodać panel, można poczytać:
http://linuxcnc.org/docs/2.4/html/hal_pyvcp.html
Ja panel mam dodany z kreatora (wyświetlanie prędkości wrzeciona), oraz dodatkowy do Linumeric-LPT V3, więc po prostu go edytuję. Do strojenia i tak trzeba dodać sobie odczyt aktualnej prędkości, więc panel odczytu prędkości i tak będzie potrzebny.
https://linuxcnc.org/docs/devel/html/gui/pyvcp.html
Otwieram plik custompanel.xml w edytorze tekstu i dodaję 2 Spinbox-y do wprowadzania nastaw: oraz w pliku pyvcp_options.hal dodajemy połączenia:
W ten sposób po uruchomieniu LinuxCNC, pojawi się panel w którym można na żywo wprowadzać nastawy regulatora i po ich dobraniu, wprowadzić je na sztywno do pliku hal, a panel usunąć.


Jeśli ktoś ma ambicję, może poustawiać nieco więcej:
http://linuxcnc.org/docs/html/man/man9/pid.9.html

Witam
Na pewno niedługo mi się przyda,
teraz jeszcze pozycjonowanie wrzeciona by się przydało ,
to jest właśnie największy ból Linuxa,
posiada ogromne możliwości , niestety dostępne dla bardziej zaawansowanych użytkowników
a przecież dało by się w stepconf umieścić kilka prostych i przydatnych rzeczy ,
np: jak twoja , prostego MPG , sterownia falownikiem po protokołach sieciowych itp
tak żeby każdy z osobna nie musiał z tym walczyć
pozdrawiam

kszumek pisze: ↑

02 lis 2023, 08:10

teraz jeszcze pozycjonowanie wrzeciona by się przydało ,

To nie powinno być trudne. Regulatory w sterownikach łączy się kaskadowo.
Wyjście pozycyjnego na wejście prędkościowego. Wyjście prędkościowego na wejście prądowego.
Tutaj niestety nie ma prądowego i nie bardzo w sumie jest jak.

kszumek pisze: ↑

02 lis 2023, 08:10

to jest właśnie największy ból Linuxa,
posiada ogromne możliwości , niestety dostępne dla bardziej zaawansowanych użytkowników
a przecież dało by się w stepconf umieścić kilka prostych i przydatnych rzeczy ,

Niby tak, ale z drugiej strony dodanie wszystkiego do wizarda spowodowałoby, że stałby się kombajnem do konfiguracji w którym ciężko by się połapać. Problem jest w tym, że sposobów konfiguracji jest nieskończenie wiele, więc nie da się tego zawrzeć w wizardzie. Co by tam nie dodać, zawsze czegoś zabraknie.
Konfigurowanie z poziomu pliku tekstowego nie jest tak bardzo trudne, jednak mocno nieoczywiste. Trzeba poświęcić odrobinę czasu, na poczytanie co i jak.

drzasiek90 pisze: ↑

01 lis 2023, 20:03

Trzeba jeszcze sprawdzić konfigurację pwmgen. Ponieważ wartość 100% wypełnienia to wartość 1, dla pwmgen trzeba ustawić odpowiednią skalę. Ponieważ maksymalne wyjście regulatora PID zostało ustawione na 100, teraz należy ustawić skalę pwmgen również na 100, aby w efekcie maksymalne wyjście regulatora odpowiadało 100% wypełnieniu czyli wartości 1 dla pwmgen.
Pwmgen ma kilka ustawień istotnych:

Kod: Zaznacz cały

setp pwmgen.0.pwm-freq 100.0
setp pwmgen.0.scale 100.0
setp pwmgen.0.offset 0.0

Częstotliwość według uznania, offset na 0.

Tak jeszcze się odniosę to tego, co tu napisałem.
Częstotliwość PWM nie do końca według uznania, no ale trzeba dopasować do swojej konfiguracji.
PWM generowany jest programowo przez linuxcnc przez stepgen, z okresem BASE_PERIOD.
Regulator prędkości wykonywany jest z okresem SERVO_PERIOD.
I teraz, trzeba dojść do kompromisu, pomiędzy częstotliwościa a rozdzielczością.
Jeśli założymy, że BASE_PERIOD mamy 30us, a SERVO_PERIOD mamy 1ms:
Nie powinno się wykonywać regulatora nadrzędnego częściej niż podrzędnego.
Czyli bez sensu jest regulować prędkością z częstotliwością 1ms, jeśli częstotliwość PWM mamy 100 Hz czyli 10ms.
Jeśli ustawimy częstotliwość PWM 1 kHz (1ms) to przy BASE_PERIOD 30us zostanie nam 3% rozdzielczość PWM.
I z tym się trzeba pogodzić.

Aktualizacja.
2 rzeczy, które wcześniej pominąłem.
Pierwsza, to fakt, że regulator w przypadku, gdy prędkość aktualna przekroczy zadaną, wypracuje wyjście ujemne, a to niestety nie spowoduje wyhamowania napędu w tak zorganizowanym sterowniku, a nawet może spowodować jego rozpędzenie do maksymalnej wartości. Generalnie w taki sposób zorganizowany regulator nie jest idealnym podejściem, ale jest na to rozwiązanie. Po przekroczeniu wartości zadanej, trzeba zadać PWM równe zero, tak aby wrzeciono własną bezwładnością zwolniło do oczekiwanej. Komponent PID ma możliwość ograniczania maksymalnej wartości wyjścia, ale nie ma możliwości ograniczania minimalnej wartości. Dlatego Do tego celu użyję komponentu limit1, który ograniczy tą wartość z góry i z dołu według ustawionego progu.

Druga sprawa to taka, że przyjąłem nieprawidłowe założenie. Uznałem, że skoro z g-kodu zadajemy zawsze wartość dodatniej prędkości, to taka też będzie wchodzić na sterowanie w sygnale spindle.0.speed-out.
Otóż nie. Jeśli włączymy obroty CW, np. M03 S1000 to wartość sygnału spindle.0.speed-out wyniesie 1000, natomiast jeśli włączymy obroty CCW M04 S1000 to wartość sygnału spindle.0.speed-out wyniesie -1000.
Dlatego sygnał spindle.0.speed-out nie powinien być podawany na wejście regulatora przez komponent abs, ale trzeba zadbać o poprawne ustawienie kierunku enkodera (sygnały A i B).
Jeśli natomiast enkoder nie ma podłączonych obydwu sygnałów A i B albo czasami tylko sam Z, nie będzie odczytu kierunku prędkości, wtedy należy zarówno sygnał prędkości enkodera (encoder.0.velocity-rpm) jak i sygnał wartości zadanej prędkości (spindle.0.speed-out) podłączyć poprzez moduł abs do regulatora PID.

I takie rozwiązanie przedstawię.
A więc aktualizacja pierwszego postu:
.
.
.
Do sterowania prędkością wrzeciona potrzebny będzie regulator.
HAL udostępnia różnego rodzaju komponenty, między innymi regulator PID.
Aby użyć regulator, trzeba dodać i skonfigurować komponent PID, w tym celu należy dodać kod do pliku .hal Kod ten ładuje jeden kanał regulatora, uruchamia go w procesie servo-thread (czyli domyślnie z częstotliwością 1ms chyba, że zostało to zmienione w pliku .ini)
Pgain, Igain i Dgain to nastawy regulatora. Na początek zerujemy nastawy poza nastawą proporcjonalną.
maxoutput to maksymalna wartość wyjścia regulatora. Ustawiamy ją np. na 100, będzie to odpowiadać 100% wypełnienia PWM.
MaxerrorI to maksymalna wartość nacałkowania błędu – parametr istotny, aby nie powodować długotrwałemu całkowaniu błędu, w przypadku gdy napęd nie może osiągnąć prędkości zadanej.
MaxerrorI powinien być regulowany równocześnie z nastawą Igain i powinien wynosić nie więcej niż maxoutput/ Igain
Następnie trzeba ustawić, aby komponent PID włączał się wraz z łączeniem wrzeciona.
A więc do linii, która załącza pwmgen wraz z uruchomieniem wrzeciona: dopisałem podłączenie tego sygnału również do sygnału załączającego PID Następnie trzeba podłączyć do regulatora odpowiednie dane:
-Prędkość zadaną
-prędkość aktualną
-wyjście regulatora

W celu odnalezienia prędkości zadanej, sprawdziłem w pliku i zweryfikowałem w pomiarze HAL który sygnał temu odpowiada – jest to sygnał spindle.0.speed-out

W moim pliku hal, sygnał spindle.0.speed-out jest już połączony ze zmienną spindle-cmd-rpm a ta z kolei podłączona jest do sygnału pwmgen.0.value który odpowiada za wartość pwm generowaną na wyjściu.
Pwmgen to komponent służący do generowania sygnałów pwm i jest on już ustawiony w mojej konfiguracji przez stepconf wizard.
Ponieważ chcemy, aby to regulator PID sterował wartością PWM, trzeba odłączyć sygnał spindle.0.speed-out od sygnału pwmgen.0.value w tym celu trzeba usunąć następujące linie (lub zakomentować) Następnie sygnał spindle.0.speed-out (czyli wartość zadana prędkości) trzeba podłączyć na wejście command regulatora PID który został utworzony. Aby uniknąć sytuacji, gdy pomiar prędkości nie posiada znaku (brak podłączenia obydwu sygnałów A i B enkodera), sygnał ten należy podłączyć przez moduł abs, tak aby wa wejście regulatora podana została wartość bezwzględna zadanej prędkości. Tak samo sygnał aktualnej prędkości również musi być podłączony do wejścia feedback regulatora przez komponent abs.
Do tego celu trzeba utworzyć 2 komponenty abs.
W mojej konfiguracji jest już ładowanie jednej „instancji” modułu abs więc po prostu zmieniłem, aby załadowane były dodatkowo 2 kanały modułu i również uruchomione z wątkiem servo-thread Dodatkowo, wyjście regulatora musi zostać ograniczone do wartości powyżej zera. Do tego celu użyty zostanie komponent limit1. Najpierw trzeba go utworzyć: Noi teraz podłączenie powyższych sygnałów.
Sygnał zadanej prędkości (spindle.0.speed-out) przez komponent abs na wejście command regulatora Sygnał aktualnej prędkości z enkodera przez komponent abs na wejście feedback regulatora Oraz wyjście regulatora, przez komponent limit1 na wejście generatora PWM Trzeba jeszcze sprawdzić konfigurację pwmgen. Ponieważ wartość 100% wypełnienia to wartość 1, dla pwmgen trzeba ustawić odpowiednią skalę. Ponieważ maksymalne wyjście regulatora PID zostało ustawione na 100, teraz należy ustawić skalę pwmgen również na 100, aby w efekcie maksymalne wyjście regulatora odpowiadało 100% wypełnieniu czyli wartości 1 dla pwmgen.
Pwmgen ma kilka ustawień istotnych: Częstotliwość zgodna z okresem base_period (czyli dla 1ms jest to 1kHz), offset na 0.
Dalsza część bez zmian.

Tutaj film z testów na moim mini modelu tokarki CNC oraz Linumeric-LPT V3

Niestety wydaje nieprzyjemny dźwięk taki PWM 1 kHz.
Idelanie byłoby wyjść z częstotliwości akustycznych, ale na stepgen się nie da.