Akademia Górniczo - Hutnicza w Krakowie					Krzysztof Szot Rafał Fijał gr.5.2
Laboratorium Teorii Sterowania I Techniki Regulacji
Wydział: EAIiE	Rok akademicki: 2008/2009		Rok studiów: II		Kierunek: Elektrotechnika
Temat ćwiczenia: Serwomechanizm działający w układzie regulacji automatycznej					Nr ćwiczenia: C13
Data wykonania: 14.05.2004		Data zaliczenia:		Ocena:

1. Wstęp teoretyczny

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z układem serwomechanizmu cyfrowego, budową, zasadami działania oraz sterowania. Serwomechanizm jest układem regulacji automatycznej, w którym mamy kątowy i liniowy charakter wielkość regulowanej. Na zajęciach laboratoryjnych były realizowane dwa tryby pacy układy: tryb prędkościowy (Speed Mode) regulacji prędkości obrotowej wału oraz tryb pozycyjny (Position Mode) - regulacja położenia wału.

Serwomechanizm cyfrowy jest zaawansowanym technologicznie układem sterowania układów napędowych wykorzystujący mikroprocesory i procesory sygnałowe dzięki czemu układ ten jest dużo szybszy i sprawniejszy od innych serwomechanizmów. Prezentowany układ automatyki to bardzo szybki serwonapęd zaliczany do grup napędów falownikowych, którego sterownik umożliwia uzyskanie kontroli układu w czasie rzeczywistym oraz jego współpracę z oprogramowaniem komputerowym, pozwalającym na bezpośrednie zadawanie i zmianę

parametrów układu oraz na bieżącą kontrolę jego stanu.

Układ serwomechanizmu składa się z serwonapędu, komputera PC z oprogramowanie firmowym WinAXV oraz sterownikiem AXV.

2. Część opisowa.

1. Ramp=0 - przycisk opisany na konsolecie panelu sterowania „Ramp=0” jest odpowiedzialny za wywołanie funkcji poprzez którą silnik zatrzymuje się z uwzględnionym wcześniej programowo współczynnikiem hamowania. Gdy wał silnika został zupełnie zatrzymany, działa na niego dalej prąd stały, który utrzymuje go w jednym położeniu. Siła pola w silniku, wytworzona przez maksymalny prąd równy 6A jest tak duża, że poprzez działanie mechaniczne praktycznie nie można zmienić położenia wału.

Fast/stop - w przeciwieństwie do funkcji Ramp=0, po zadziałaniu Fast/stop zostaje odcięty dopływ prądu. Aby ponownie uruchomić napęd należy załączyć zasilanie.

Funkcja ta wywoływana jest poprzez brak napięcia (jest to funkcja alarmowa). Po uruchomieniu tej funkcji napęd zostaje natychmiast zatrzymany, praktycznie bez opóźnienia.

Pod wpływem bardzo dużej siły, wywołanej zadziałaniem funkcji cały napęd (jego obudowa) gwałtownie się zatrząsł.

Reference=0 - Działanie funkcji podobne jest do funkcji Fast/stop z tą różnicą, że zasilanie nie jest odłączane, wał jest ciągle blokowany w jednej pozycji poprzez wytwarzane pole oraz po zatrzymaniu nie trzeba odłączać zasilania aby uruchomić ponownie silnik (jest to funkcja półalarmowa). Po zadziałaniu funkcji silnik zatrzymuje się natychmiast.

2. Symulację przeciążenia uzyskano poprzez ustawienie małego prądu pobieranego przez silnik (0,1A), przy postawieniu dla niego dużych wymagań pracy. Przy zastosowanej metodzie zatrzymanie odbyło się poprzez funkcję Reference=0. Przy tak niskim prądzie, siła była zbyt mała aby skutecznie zahamować silnik, czego konsekwencją było pojawienie się oscylacji wału oraz tłumionych wahań prądu, aż do osiągnięcia ostatecznej pozycji. Tak więc silnik został wyhamowany z opóźnieniem.

Innym możliwym sposobem było przy obecnym prądzie (maksymalnym) postawienie jeszcze większych wymagań dla silnika - poprzez, np. umocowanie na wale znacznego obciążenia.

3. W momencie uruchomienia silnika przy nastawie parametrów zmuszających go do jak najkrótszego w czasie osiągnięcia zadanej prędkości obrotowej mamy do czynienia ze zjawiskiem znacznego wzrostu prądu, które stanowi potencjalne zagrożenie zarówno dla ludzi obsługujących silnik jak i dla samego silnika. W celu zlikwidowania tego zjawiska, należy podczas rozruchu ograniczyć napięcie oraz ustawić tak przyspieszenie silnika, aby było ono proporcjonalne do wykonywanej przez niego pracy (czyli zapewnić silnikowi więcej czasu na rozpęd)

4. Praca silnika w trybie pozycyjnym umożliwia nam ustawienie, po jakiej ilości obrotów serwomechanizm przestanie pracować i zatrzyma się w wybranym przez nas wcześniej punkcie zatrzymania. Niestety poprzez zmianę momentu obciążenia wału możemy doprowadzić do niepoprawnego funkcjonowania silnika w tym trybie (może dojść do wahań w momencie dotarcia do punktu zatrzymania i dopiero po określonym czasie wał wróci do pierwotnej pozycji). W celu eliminacji tego niepożądanego zjawiska należy dobrać odpowiedni czas rozpędzania się wału (co za tym idzie, jego hamowania i płynnego powrotu do pozycji wyjściowej)

3. Część graficzna.

1. Tryb prędkościowy (Speed Mode) - regulacja prędkości obrotowej wału.

W ćwiczeniu wykorzystany został serwomechanizm cyfrowy ze sterownikiem AXV oraz oprogramowanie WinAXV zainstalowane na komputerze PC ,silnik bezszczotkowy będący serwonapędem oraz zewnętrzny zasilacz napięcia.

Ćwiczenie polegało na regulacji prędkości obrotowej wału poprzez regulowanie ustawień programu WinAXV.

Schemat połączeń elektrycznych na stanowisku.

Wygląd okna graficznego obrazującego natychmiastowy rozruch silnika, gwałtowne hamowanie i zmianę kierunku obracania wału dzięki funkcjom Ramp=0 oraz Inverse.

Opis charakterystyki:

Początkowy stan silnika jest nieruchomy, gdyż utrzymywany jest minimalny prąd zapobiegający obróceniu się wału silnika

1. Wysłany przez sterownik sygnał sterującego doprowadza do natychmiastowego wzrostu prądu silnika, co prowadzi do uruchomienia go.

2. Osiągnięcie zadanej prędkości przez silnik, czyli 2000 obr/min

3. Po naciśnięciu przycisku Inverse silnik gwałtownie hamuje, dzięki zmianie kierunku prądu sterującego silnikiem, a następnie jest rozpędzany w przeciwnym kierunku.

4. Silnik obraca się z prędkością -2000 obr/min, lecz w przeciwnym kierunku - prąd ma stały wartość.

5. Następuje wyłączenie funkcji Inverse, co sprowadza się do tego, że silnik powraca do normalnego kierunku obrotów.

6. Silnik osiąga zadaną prędkość 2000 obr/min

7. Hamowanie silnika przez włączenie funkcji Ramp=0

8. Silnik w pozycji nieruchomej. Utrzymywany jest prąd, który powstrzymuje ruch silnika.

Wygląd okna graficznego obrazującego rozruch silnika, gwałtowne hamowanie i ponowny rozruch za pomocą funkcji Fast/stop oraz ponowne zatrzymanie silnika poprzez naciśnięcie funkcji Reference=0.

Opis charakterystyki:

Początkowy bezruch silnika. Jak widać utrzymywany jest minimalny prąd zapobiegający obróceniu się wału silnika

1. Zadanie sygnału sterującego - wzrasta prąd i silnik zaczyna się obracać.

2. Silnik osiąga zadaną prędkość(1500 obr/min), która jest utrzymywana przez stały prąd

3. Uruchomienie funkcji Fast/stop

4. Natychmiastowe zatrzymanie się silnika. Prąd silnika jest bardzo mały.

5. Zwalniamy funkcję Fast/stop

6. Powrót do obrotów nominalnych (zadanych przez sterownik)

7. Naciskamy funkcję Reference=0

8. Silnik zatrzymuje się. Prąd jednak pozostaje jednak na dużym poziomie, co uniemożliwia nam zmianę położenia wału silnika (np. za pomocą ręki)

2. Tryb prędkościowy z funkcją multispeed i multiramp.

Wygląd okna graficznego obrazującego natychmiastowy rozruch silnika dzięki funkcji Multiramp 1 oraz gwałtowne hamowanie za pomocą funkcji Ramp=0

Opis charakterystyki:

Mamy tu do czynienia z małą wartością współczynnika Ramp, przez co silnik osiąga duże przyspieszenia).

1. Silnik znajduje się w spoczynku. Zostaje zadana prędkość z Multispeed'a.

2. Osiągnięcie zadanej prędkości 2000 obr/min w bardzo krótkim czasie, przy dużym skoku prędkości (znaczne przyspieszenie)

3. Włącznie funkcji Ramp=0, co wiąże się z gwałtownym zatrzymaniem silnika.

4. Silnik zatrzymuje się. Prąd jednak pozostaje jednak na dużym poziomie, co uniemożliwia nam zmianę położenia wału silnika (np. za pomocą ręki)

5. Prąd pozostaje na pewnym poziomie aby zapobiec obrotom wału silnika.

Wygląd okna graficznego obrazującego powolny rozruch silnika poprzez zadanie funkcji Multiramp 3 oraz wolne hamowanie za pomocą funkcji Ramp=0.

Opis charakterystyki:

Tym razem współczynnik Ramp ma dużą wartość, przez co przyspieszenie jest mniejsze - prędkość silnika rośnie powoli.

1. Na zatrzymany silnik podajemy pierwszą wartość z multispeed'a - rozpoczyna się powolne narastanie prędkości. Prąd silnika po nagłym skoku utrzymuje się mniej więcej na stałym poziomie.

2. Uzyskanie zadanej wartości 2000 obr/min.

3. Włącznie funkcji Ramp=0 prowadzi do zatrzymanie silnika.

4. Zatrzymanie się silnika i ustalenie się prądu na stałym poziomie aby zapobiec poruszaniu się wału silnika.

3. Tryb pozycyjny (Position Mode) - Regulacja położenia wału

Tryb pozycyjny umożliwia zadanie określonej pozycji wału. Zatem jest to przykład podobny do badanego serwomechanizmu przekaźnikowego. Jednak jak się okaże w przypadku serwomechanizmu uzyskujemy znacznie większą precyzję.

Opis charakterystyki:

W tym przypadku mamy małą wartość współczynnika Ramp , co powoduje osiągnięcie żądanej prędkości w stosunkowo krótkim czasie(duże przyspieszenie)

1. Zostaje zadana pierwsza pozycja - silnik zaczyna przyspieszać

2. Pojawia się zjawisko predykcji momentu osiągnięcia przez napęd żądanej pozycji, co oznacza, że sterownik biorąc pod uwagę aktualną prędkość i pozycję, a także zadany przez użytkownika współczynnik hamowania Ramp, już wcześniej rozpoczyna hamowanie.

3. Gwałtowne zatrzymanie się silnika.

4. Zadanie kolejnej pozycji, która wywołuje ruch silnika lecz w przeciwnym kierunku.

5. Ponownie występuje zjawisko predykcji momentu osiągnięcia żądanej pozycji - sterownik rozpoczyna hamowanie

6. Uzyskanie żądanej pozycji

7. Naciśnięcie przycisku Pos_0_search - silnik powraca do pozycji zero.

Opis charakterystyki:

Sterownik cyfrowy umożliwia programowanie różnych prędkości dla obrotów w lewo i prawo. Przykładem tego jest ten punkt.

1. Rozpoczęcie poszukiwania pierwszej pozycji

2. Uzyskanie żądanej pozycji - silnik zatrzymuje się

3. Zadanie kolejnej pozycji- pozycji odniesienia napędu

4. Uzyskanie pozycji zerowej - silnik zatrzymuje się

4. Wnioski

W ćwiczeniu zapoznaliśmy się z podstawowymi funkcjami i układami pracy serwomechanizmu. Jak się okazało badany serwomechanizm AVX ma bardzo dużą ilość równych funkcji za pomocą których można zrealizować praktycznie każde założenia projektowe.

Poprzez wykonanie ćwiczenia zbadaliśmy działanie silnika pod względem wielu wymagań - a więc ograniczeniem przyspieszenia, ograniczeniem prędkości ,

ograniczeniem prądu, wykonaniem zadania w skończonym (minimalnym) czasie.

Specjalne oprogramowanie oraz konstrukcja serwomechanizmu pozwala nam na określenie wielu rzeczy, od najprostszych jak prędkość obrotów do bardziej skomplikowanych jak np. określenie ilości obrotów i czasu potrzebnego na wykonanie tych obrotów. Ograniczenia, które występują związane są wyłącznie z konstrukcja silnika (np. ograniczenie jego obrotów).

Po przeprowadzeniu badań nad tym mechanizmem, przekonaliśmy się o ogromnych możliwościach tego typu napędów i możliwością wykorzystania go w wielu dziedzinach.

Serwomechanizmy otaczają nas na co dzień. Stosowane są w urządzeniach użytku codziennego, takich jak np. czytnik CD w komputerze, bądź drukarka; w urządzeniach wojskowych - np. wieża obrotowa w czołgu; w przemyśle samochodowym, w różnego rodzaju fabrykach np. taśmy produkcyjne, roboty oraz w wielu innych współczesnych branżach.

9

---