Politechnika Rzeszowska

Im. Ignacego Łukasiewicza

Katedra Awioniki i Sterowania

Podstawy Elektroniki - Laboratorium

Sprawozdanie nr 2

Temat: Metody sterowania silnikami elektrycznymi.

Wykonali:

Sośnicka Monika

Syryło Mateusz

Stefański Michał

1. Wstęp teoretyczny:

PWM to skrót od angielskiego - Pulse Width Modulation, co oznacza modulację szerokości impulsu. Jest to najbardziej popularna metoda sterowania silnikami elektrycznymi. Polega ona na regulacji sygnału napięciowego lub prądowego poprzez zmianę szerokości impulsu o stałej amplitudzie.

PWM jest typowym przykładem sterowania dwupołożeniowego (dwuwartościowego), gdzie obiektem steruje się za pomocą dwóch stanów logicznych (0 i 1), odpowiadających wartości napięć.

Gdy na silnik zostaje podane stałe napięcie U=const., silnik rozpocznie pracę i po pewnym czasie osiągnie prędkość obrotową n_max, maksymalną dla danego napięcia zasilającego. Przy utrzymaniu danego napięcie, silnik będzie utrzymywał stałą prędkość obrotową. Im wyższe napięcie, tym wyższa prędkość obrotowa silnika.

W przypadku sterowania PWM nie mamy do czynienia ze stałym napięciem, ponieważ podane napięcie ma charakter przebiegu prostokątnego o stałej amplitudzie.

Prędkość obrotowa silnika zależy od:
- amplitudy napięcia wejściowego,
- okresu T,
- stałej czasowej obiektu τ,
- procentu wypełnienia D.

Aby silnik pracował poprawnie, okres przebiegu prostokątnego napięcia powinien być dużo mniejszy od stałej czasowej obiektu: T<< τ.

Dla silników elektrycznych jako dobre rozwiązanie przyjmuje się:

T 1/10 τ

T 2,5ms

Wówczas częstotliwość: f=400Hz
Przy sterowaniu PWM jako dobrą częstotliwość przyjmujemy 400Hz

Wypełnienie D jest to stosunek szerokości impulsu b do okresu T. Wypełnienie podawane jest w procentach

D=
100% [%]

Napięcie średnie jest innym parametrem charakteryzującym sterowanie układami PWM. Z matematycznego punktu widzenia jest ono równe:

U_śr=A

Mierzymy je z pomocą multimetru, ponieważ ma on charakter całkujący- oblicza całkę (pole powierzchni), aby następnie odnieść ją do okresu T

2. Cel ćwiczenia:

• Pierwszy etap ćwiczenia polegał na pomiarze prądu, napięcia oraz czasu przejścia robota dla zadanego napięcia zasilania:

Nr pomiaru	I [A]	U[V]	Czas [s]
1	0,08	1,0	3,79
2	0,09	1,6	2,8
3	0,09	2,0	1,69
4	0,09	2,3	1,3
5	0,09	2,6	1,18
6	0,09	3,0	1,08
7	0,12	0,5	“stoi”
8	0,10	4	“ślizga się”

• Drugi etap ćwiczenia był pomiarem prądu, napięcia i czasu przejścia robota dla sterowania PWM. Czynność wykonywana była dwukrotnie: raz dla napięcia 4,2[V], zaś drugi dla napięcia 5[V].
  

POMIARY nr 1
Sterowanie PWM przy U= 4,2 [V] f = 50 Hz

Sterowanie PWM przy U=4,2 [V]
Nr pomiaru	Wypelnienie D [%]	I [A]	Uśr [V]	czas przejścia [s]
1	43	0,10	0,043	“stoi”
2	71	0,09	0,064	19,1
3	77	0,09	0,07	11,6
4	166	0,09	0,16	13,0
5	200	0,09	0,19	9,04
6	240	0,09	0,21	“ślizga się”
7	240	0,08	0,19	1,4
8	280	0,10	0,28	1,3

POMIARY nr 2

Sterowanie PWM przy U=5 [V] f = 50 Hz

Sterowanie PWM przy U=4,2 [V]
Nr pomiaru	Wypelnienie D [%]	I [A]	Uśr [V]	czas przejścia [s]
1	5	0,07	0,003	“stoi”
2	10	0,15	0,015	“stoi”
3	22	0,09	0,019	1,44
4	25	0,08	0,02	1,35
5	31	0,09	0,03	1,2
6	70	0,1	0,07	“ślizga się”
7	38	0,1	0,04	“ślizga się”
8	55	0,1	0,055	“ślizga się”

3. Wykresy:

Wykres zależności przejścia robota do zadanego napięcia:

Wykres zależności czasu przejścia od wypełnienia - do pomiarów nr 1.

Wykres zależności czasu przejścia od wypełnienia - do pomiarów nr 2.

Charakter przebiegów prostokątnych dla dwóch różnych procentów wypełnienia.

4. Wnioski:

Inne wnioski

Wraz ze wzrostem wypełnienia (przy stałym napięciu) rośnie też natężenie prądu, natomiast skróceniu ulega czas przejścia robota przez wyznaczoną trasę. Dla wypełnienia malejącego mamy do czynienia z sytuacją odwrotną.

Wypełnienie jest tym większy, im wyższe jest napięcie U. Wiąże się z tym także prędkość- tak więc nasz robot potrzebował mniej czasu na przebycie tej samej drogi.

Sprawa komplikuje się przy drugim pomiarze- ponieważ charakter przebiegu nie jest już do końca prostokątny(delikatnie faluje).

---