LTY/SÄTE Säätötekniikan laboratorio Sa Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi. Servokäyttö (0,9 op)

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "LTY/SÄTE Säätötekniikan laboratorio Sa2730600 Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi. Servokäyttö (0,9 op)"

Matti Aro
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 LTY/SÄTE Säätötekniikan laboratorio Sa Säätötekniikan ja signaalinkäsittelyn työkurssi Servokäyttö (0,9 op)

2 JOHDNTO Työssä tarkastellaan kestomagnetoitua tasavirtamoottoria. oneelle viritetään PI-säätäjä kolmella eri menetelmällä ja tutkitaan eri menetelmien toimivuutta asetusarvon seurantasäädössä ja häiriönkompensoinnissa. 2 LITTEISTON UVUS Servokäyttö koostuu kuvan mukaisesti kahdesta kestomagnetoidusta tasavirtakoneesta, joista toista käytetään moottorina ja toista generaattorina eli kuormana. oneet on kytketty jäykästi toisiinsa kytkimen välityksellä. uva. Servokäytön koneikko. umpaakin tasavirtakonetta ohjataan servovahvistimella (virtasäädin), joiden tulojännitealue on -0, ,0 V. oottorina käytettävän koneen virtasäätimen vahvistus on 0,4 /V ja virtasäätösilmukan käyttäytymistä voidaan kuvata. kertaluvun siirtofunktiolla, jonka aikavakio T i on 5 tai 30 ms. Haluttu aikavakio voidaan valita toimilaitteen etupaneelista. Generaattorina käytettävällä koneella virtasäädintä voidaan kuvata pelkällä vahvistuksella 0,237 /V. Taulukko. Servokäytön tekniset tiedot. oottori, generaattori Takogeneraattori Nimellisjännite 24 V Lähtöjännite 5 mv/rpm Nimellisvirta 2 Hitausmomentti 0,6 0-6 kgm 2 Nimellisteho 30 W Nimellispyörimisnopeus 3000 rpm Enkooderi Nimellinen vääntömomentti 0,096 Nm Resoluutio 4096 pulssia/kierros Hitausmomentti 7,7 0-6 kgm 2 Hitausmomentti, kgm 2 Jännitevakio 6,27 mv/rmp Vääntömomenttivakio 0,06 Nm/ ytkin nkkuripiirin kokonaisresistanssi 3,3 Ω Hitausmomentti 33,0 0-6 kgm 2 nkkuripiirin induktanssi 3 mh

2 LITTEISTON UVUS Servokäyttö koostuu kuvan mukaisesti kahdesta kestomagnetoidusta tasavirtakoneesta, joista toista käytetään moottorina ja toista generaattorina eli kuormana.

3 L L 2 3 IRJLLISUUSTYÖ 3. Nopeussäätimen vahvistuksen valinta vaihevaran avulla Johda servomoottorin kulmanopeudelle ankkurijännitteestä U ja kuorman vääntömomentista L riippuva yhtälö T s + ω () s = U () s + 2 L () s () 2 2 T T s + T s + T T s + T s + ja määritä sen perusteella systeemin mekaaninen aikavakio T. T = L /R on ankkuripiirin aikavakio. äytä apunasi kuvan 2 lohkokaavioesitystä moottorista. U R st + I sj tot ω CΦ uva 2. oottorin lohkokaavioesitys.j tot on koneikon kokonaishitausmomentti ja CΦ on koneen jännitevakio. Pyörimisnopeuden säätämiseen käytetään kuvan 3 mukaista kaskadisäätörakennetta, jossa sekä sisempi virtasäädin että ulompi nopeussäädin ovat PI-tyyppisiä. Yksinkertaista järjestelmän malli kuvan 4 mukaiseksi lohkokaaviomuunnoksilla. Liikejännitteen muutoksen vaikutus virtasäätöön voidaan olettaa merkityksettömäksi, koska T >> T. uormitusvääntömomentti L voidaan olettaa tässä tarkastelussa nollaksi. Laske virtasäädön mallin kokonaisvahvistus i. ω ref ω- säädin I,ref Virtasäädin U E R st + I CΦ sj tot ω T Tako uva 3. Pyörimisnopeuden kaskadisäätörakenne.

T T s + T s + T T s + T s + ja määritä sen perusteella systeemin mekaaninen aikavakio T. T = L /R on ankkuripiirin aikavakio. äytä apunasi kuvan 2 lohkokaavioesitystä moottorista.

4 3 i ω ref ω- säädin ' i st + i Virtasäätösilmukka R CΦ st ω T Tako uva 4. Nopeussäädön yksinkertaistettu lohkokaavioesitys. i on virtasäädön mallin kokonaisvahvistus. Piirrä nopeussäädön avoimen piirin Bode-diagrammi ja määritä nopeussäätimen vahvistus R, kun vaihevaraksi halutaan 40. Nopeussäätimen aikavakioksi valitaan T = 3 T ja virtasäätösilmukan aikavakiona käytetään arvoa T i = 30 ms. äytä PI-säätimelle hieman totutusta poikkeavaa muotoa G PI () s ( st + ) R R = (2) s R 3.2 Nopeussäätimen vahvistus, kun mukana mittaussignaalin suodatus Lisää malliin ensimmäisen asteen suodatin vähentämään takosignaalin värettä. Suodattimen aikavakio on T s = 5 ms. Piirrä uudelleen järjestelmän avoimen piirin siirtofunktion Bodediagrammi ja määritä nopeussäätimen vahvistus R, kun vaihevaraksi halutaan Nopeussäätimen viritys itseisarvo-optimin avulla Selvitä, miten säätimen parametrit ( R ja T R ) viritetään itseisarvo-optimin avulla. Tällöin säädettävä prosessi täytyy kuitenkin esittää muodossa G( s) (3) = n ( st i + ) i= joten lisää kuvan 4 mekaniikkamalliin negatiivinen takaisinkytkentä kuvaamaan pyörimisnopeuteen verrannollista kitkavääntömomenttia. äytä verrannollisuuskertoimelle merkintää fric. Osoita, että nopeussäädettävälle prosessille saadaan siirtofunktio () s tod G =, (4) ( Ttods + )( Ti s + )( Ts s + ) missä tod ja

Nopeussäätimen aikavakioksi valitaan T = 3 T ja virtasäätösilmukan aikavakiona käytetään arvoa T i = 30 ms. äytä PI-säätimelle hieman totutusta poikkeavaa muotoa G PI () s ( st + ) R R = (2) s R 3.

5 T i fric i 4 T T tod = (5) tod = ovat systeemin todellinen kokonaisvahvistus ja mekaaninen aikavakio, jotka määritetään kokeellisesti. (ks. kappale 4.). (Vihje: Sisällytä kokonaisvahvistus i mekaniikkamalliin samalla kun lisäät kitkatakaisinkytkennän pyörimisnopeudesta.) itä hyviä ominaisuuksia viritysmenetelmällä saavutetaan aikatasossa tarkasteltuna (esim. askelvasteessa)? Onko menetelmällä huonoja puolia? 3.4 Nopeussäätimen viritys symmetrisen optimin avulla Selvitä, miten säätimen parametrit viritetään symmetrisen optimin avulla yhtälön (3) muotoa olevalle prosessille. itä hyviä ominaisuuksia viritysmenetelmällä saavutetaan aikatasossa tarkasteltuna? Onko menetelmällä huonoja puolia?

4 Nopeussäätimen viritys symmetrisen optimin avulla Selvitä, miten säätimen parametrit viritetään symmetrisen optimin avulla yhtälön (3) muotoa olevalle prosessille.

6 5 4 LBORTORIOITTUSET ittausten aikana moduulin Servo motor kytkimen on oltava asennossa Time, jolloin virtasäätäjän aikavakio on noin 30 ms. vataan koneelta ohjelma DR300w32 ja tutustutaan valikoihin. 4. Laitteen kokonaisvahvistuksen määritys ikäli jokin säätö on päällä, kytketään se pois. ytketään päälle avoimen piirin säätö. asvatetaan servovahvistimen tulojännitettä askeleittain, kunnes moottori pyörii nopeudella rpm. un toimintapiste on löytynyt, asetetaan tulojännitteeksi kanttiaaltosignaali, jonka offset on edellä haettu toimintapisteen jännite ja amplitudi huipusta huippuun on 0, V. Valitse kanttiaaltosignaalin taajuus riittävän pieneksi, jotta muutosten jälkeen moottorin nopeus saavuttaa jatkuvuustilan arvon. ittaa pyörimisnopeuden vaste servovahvistimen tulojännitteen askelmaiselle muutokselle ja määritä prosessin todellinen kokonaisvahvistus tod ja mekaniikan todellinen aikavakio T tod. 4.2 Säätimen parametrit itseisarvo-optimin mukaan ääritetään PI-säätäjän parametrit itseisarvo-optimimenetelmällä kirjallisuustyön kohdan 3.3 ja edellisen kohdan 4. mittausten perusteella Ohjearvovasteen määrittäminen setetaan PI-säätäjän parametreiksi kohdassa 4.2 määritetyt vahvistus ja aikavakio. ytketään päälle PI-säätö. uodostetaan kanttiaaltoreferenssisignaali välille rpm jaksonajan ollessa 5 s. loita mittaus, mittausaika 5 s Häiriövasteen määrittäminen setetaan nopeusreferenssiksi 3000 rpm. ytketään kuorma päälle. setetaan kuorman servovahvistimen ohjaussignaali sellaiseksi, että moottorin virta on noin,5. ytke sitten kuormalle toimintapisteen ympärille kanttiaalto-ohje, jonka amplitudi huipusta huippuun on,0 V ja jaksonaika 5 s. ittaa käytön vaste askelmaiselle kuormitusvääntömomentin muutokselle. 4.3 Säätimen parametrit symmetrisen optimin mukaan Laske PI-säätäjän symmetrisen optimin mukaisen parametrit kirjallisuustyön kohdan 3.4 ja kohdan 4. mittaustuloksen perusteella.

asvatetaan servovahvistimen tulojännitettä askeleittain, kunnes moottori pyörii nopeudella 2000 2500 rpm.

7 Ohjearvo- ja häiriövaste setetaan PI-säätäjän parametreiksi kohdassa 4.3 määritetyt vahvistus ja aikavakio ja toistetaan kohtien 4.2. ja 4.2. mukaiset mittaukset. 4.4 Säätimen parametrit vaihevaran mukaan setetaan PI-säätäjän parametrit kirjallisuustyön kappaleessa 3.2 lasketun mukaisiksi ja toistetaan kohtien 4.2. ja mittaukset. 5 LOPPURPORTTI Täydennä kirjallisuustyöraportti laboratoriossa mitatuilla ja lasketuilla tuloksilla. Tee lisäksi seuraavat tarkastelut:. Vertaile kirjallisuustyön kohdassa 3. laskettuja vahvistusta i ja mekaanista aikavakiota T sekä laboratoriossa mitattuja vahvistusta tod ja aikavakiota T tod. 2. Vertaile eri menetelmillä viritettyjen säätöjen ohjearvovasteita. 3. Vertaile eri menetelmillä viritettyjen säätöjen häiriövasteita kuormitusvääntömomentin suhteen IRJLLISUUTT. Niiranen, Jouko. Sähkömoottorikäytön digitaalinen ohjaus. Otatieto. Helsinki, 999. ISBN ura Lauri, Tonteri ntti J. Sähkömiehen käsikirja 2, Sähkökoneet. WSOY. Porvoo, 986. ISBN

Tee lisäksi seuraavat tarkastelut:. Vertaile kirjallisuustyön kohdassa 3. laskettuja vahvistusta i ja mekaanista aikavakiota T sekä laboratoriossa mitattuja vahvistusta tod ja aikavakiota T tod. 2.

Samankaltaiset tiedostot

DEE Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt. Tasavirtakäyttö

DEE Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt. Tasavirtakäyttö Tasavirtakäyttö 1 Esiselostus 1.1 Mitä laitteita kuuluu Leonard-käyttöön, mikä on sen toimintaperiaate ja mihin ja miksi niitä käytetään? Luettele myös Leonard-käytön etuja ja haittoja. Kuva 1.1 Leonard-käyttö.