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



Samankaltaiset tiedostot
DEE Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt. Tasavirtakäyttö

Tasavirtakäyttö. 1 Esiselostus. TEL-1400 Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt

Oikosulkumoottorikäyttö

SaSun VK1-tenttikysymyksiä 2019 Enso Ikonen, Älykkäät koneet ja järjestelmät (IMS),

PID-sa a timen viritta minen Matlabilla ja simulinkilla

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

Tehtävä 1. TEL-1360 Sähkömoottorikäytöt Laskuharjoitus 4/2011

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Tehtävä 1. Vaihtoehtotehtävät.

Hyvyyskriteerit. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

VIM RM1 VAL / SKC VIBRATION MONITOR RMS-MITTAUSJÄRJESTELMÄLLE KÄSIKIRJA. VIM-RM1 FI.docx / BL 1(5)

H(s) + + _. Ymit(s) Laplace-tason esitykseksi on saatu (katso jälleen kalvot):

TEKNILLINEN KORKEAKOULU Systeemianalyysin laboratorio. Mat Systeemien Identifiointi. 4. harjoitus

TASONSIIRTOJEN ja VAHVISTUKSEN SUUNNITTELU OPERAATIOVAHVISTINKYTKENNÖISSÄ

Osatentti

Oikosulkumoottorikäyttö

MATLAB harjoituksia RST-säädöstä (5h)

Säätöjen peruskäsitteet ja periaatteet parempaan hallintaan. BAFF-seminaari Olli Jalonen EVTEK 1

Aikatason vaste vs. siirtofunktio Tehtävä

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

Tiedonkeruu ja analysointi

3. kierros. 1. Lähipäivä

TM lineaarimoottori ja Unidrive M700 käyttöönotto-ohje V /TIl

Osatentti

SMITH-PREDICTOR Kompensaattori PI-Säätimellä. Funktiolohko Siemens PLC. SoftControl Oy

Tiedonkeruu ja analysointi

Lämpötilan säätö. S Elektroniset mittaukset Mikko Puranen Luennon sisältö

Agenda. Johdanto Säätäjiä. Mittaaminen. P-, I-,D-, PI-, PD-, ja PID-säätäjä Säätäjän valinta ja virittäminen

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

Harjoitus (15min) Prosessia P säädetään yksikkötakaisinkytkennässä säätimellä C (s+1)(s+0.02) 50s+1

SÄÄTÖJÄRJESTELMIEN SUUNNITTELU

Analogiapiirit III. Keskiviikko , klo , TS127. Jatkuva-aikaiset IC-suodattimet ja PLL-rakenteet

ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 8: Säädetyn järjestelmän hyvyys aika- ja taajuustasossa, suunnittelu taajuustasossa, kompensaattorit

Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu. Vinkit 1 a

ELEC-C1230 Säätötekniikka

ELEC-C1230 Säätötekniikka

Kon Hydraulijärjestelmät

Vcc. Vee. Von. Vip. Vop. Vin

3. kierros. 2. Lähipäivä

Mitä on pätö-, näennäis-, lois-, keskimääräinen ja suora teho sekä tehokerroin? Alla hieman perustietoa koskien 3-vaihe tehomittauksia.

Ilmanvaihto Säätimet 7/2016

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

Elektroniikka, kierros 3

DC-moottorin pyörimisnopeuden mittaaminen back-emf-menetelmällä

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

Tilaesityksen hallinta ja tilasäätö. ELEC-C1230 Säätötekniikka. Luku 6: Tilasäätö, tilaestimointi, saavutettavuus ja tarkkailtavuus

ELEC-C6001 Sähköenergiatekniikka, laskuharjoitukset oppikirjan lukuun 10 liittyen.

Savolainen. Pienvoimalaitoksen käyttötekniikka

Missä mennään. systeemi. identifiointi. mallikandidaatti. validointi. malli. (fysikaalinen) mallintaminen. mallin mallin käyttötarkoitus, reunaehdot

VLT 6000 HVAC vakiopaineen säädössä ja paine-erosäädössä. (MBS 3000, 0-10V)

Tehtävänä on määrittää fysikaalisen heilurin hitausmomentti heilahdusajan avulla.

Dynaamisten systeemien identifiointi 1/2

Harjoitus 6: Simulink - Säätöteoria. Syksy Mat Sovelletun matematiikan tietokonetyöt 1

8. kierros. 1. Lähipäivä

KIERTOHEILURI JA HITAUSMOMENTTI

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

Pienjännitejohtoa voidaan kuvata resistanssin ja induktiivisen reaktanssin sarjakytkennällä.

XCRANE OMINAISUUDET KUUSI KULJETTAJA-PROFIILIA VENTTIILIEN SÄÄDÖT

Säätötekniikan matematiikan verkkokurssi, Matlab tehtäviä ja vastauksia

IMPEDANSSIMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

FYSA220/K2 (FYS222/K2) Vaimeneva värähtely

Muuntajan toiminnasta löytyy tietoja tämän työohjeen teoriaselostuksen lisäksi esimerkiksi viitteistä [1] - [4].

MIKROAALTOMITTAUKSET 1

VOIMALAITOSTEKNIIKKA MAMK YAMK Tuomo Pimiä

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan. cos sin.

Luento 13: Periodinen liike

8. kierros. 2. Lähipäivä

Pehmeäkäynnistin. Mitä haittoja arvelet staattorijännitteen leikkaamisesta olevan momentin pienenemisen lisäksi (Vihje: mieti, onko virta sinimäistä)?

SERVOKÄYTÖN NOPEUSSÄÄDÖN AUTOMAATTINEN VIRITYS

b = KÄYTTÖÖNOTTO RTS-kaukosäätimen ohjelmointi

s /BA 1(8) taajuusmuuttajalla

Tilayhtälötekniikasta

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

SMG-4500 Tuulivoima. Viidennen luennon aihepiirit YLEISTÄ ASIAA GENERAATTOREISTA

S Piirianalyysi 1 2. välikoe

HARJOITUS 7 SEISOVAT AALLOT TAVOITE

Parametrit voimansiirtolinja. Johdanto. SDP3:n päällirakentajien versio

Säätötekniikkaa. Säätöongelma: Hae (mahdollisesti ulostulon avulla) ohjaus, joka saa systeemin toimimaan halutulla tavalla

VLT HVAC Drive FC-102 Pikaohje ulkopuoliselle ohjaukselle

EA Sähköiset ilmanlämmittimet

Oikosulkumoottorin vääntömomenttikäyrä. s = 0 n = n s

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:



Luentokalvot lämpötilasäätimistä Elektroniset mittaukset-kurssiin

Projekti 5 Systeemifunktiot ja kaksiportit. Kukin ryhmistä tarkastelee piiriä eri taajuuksilla. Ryhmäni taajuus on

ELEC-C1230 Säätötekniikka 10. laskuharjoitus Taajuustason tekniikat: Boden ja Nyquistin diagrammit, kompensaattorien suunnittelu


Servojärjestelmän viritys

PIKAOHJE. -Hz valo palaa näytöllä näkyy taajuus. -A valo palaa näytöllä näkyy moottorivirta-arvo. RUN valo palaa pumppu pyörii

PIKAOHJE UUDIS- TAI PERUSPARANNUSKOHDE, JOHON SISÄLTYY TASAPAINOTUS

Taajuusmuuttaja FC101 (pikaopas)

LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET

AW Lämminvesikäyttöiset ilmanlämmittimet

Säätötekniikan perusteet. Merja Mäkelä KyAMK

Transkriptio:

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

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... +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,45 0-6 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

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.

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 40. 3.3 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

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?

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 2000 2500 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. 4.2. Ohjearvovasteen määrittäminen setetaan PI-säätäjän parametreiksi kohdassa 4.2 määritetyt vahvistus ja aikavakio. ytketään päälle PI-säätö. uodostetaan kanttiaaltoreferenssisignaali välille 2300 2700 rpm jaksonajan ollessa 5 s. loita mittaus, mittausaika 5 s. 4.2.2 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.

6 4.3. 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 4.2.2 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 95-672-270-9. 2. ura Lauri, Tonteri ntti J. Sähkömiehen käsikirja 2, Sähkökoneet. WSOY. Porvoo, 986. ISBN 95-0-3479-.