Katedra Napędów Elektrycznych

Politechnika Lubelska

Laboratorium

Elementów Automatyki Napędowej

Ćwiczenie nr 3

Badanie elementów struktury automatycznej

regulacji układów napędowych ze sterowaniem

mikroprocesorowym.

Wykonali:

Jacek Olszewski

Andrzej Paluch ED 8,7 98.03.04.

Adam Zabijak

W ćwiczeniu tym należało zapoznać się z zastosowaniem mikroprocesorowego układu (mikrokontrolera 8-bitowego 80C535) w układzie napędowym składającym się z obcowzbudnego silnika prądu stałego o mocy 1,5 kW zasilanego z jednofazowego prostownika sterowanego oraz prądnicy prądu stałego obciążonej rezystorem elektrolitycznym. Zastosowanie mikrokontrolera do sterowania przekształtnikiem mocy umożliwia pełną automatyzację problemu (sterowania), wg zadanego algorytmu realizacji. Można więc uzyskać przez to uniezależnienie struktury i budowy sterownika od realizowanych zadań oraz dowolnie zmieniać algorytmy realizacji bez fizycznej ingerencji w obiekt.

W ćwiczeniu zastosowano dodatkowo komputer PC połączony ze sterownikiem za pomocą łącza szeregowego w celu poprawienia komfortu pracy (sterowanie bezpośrednio z komputera, możliwość zapisu danych na dysku).

Schemat układu laboratoryjnego:

Sprzęg sterujący MS jest układem pośredniczącym pomiędzy przetwornikiem C/A na płytce mikrokontrolera a wejściem napięcia sterującego przekształtnika mocy. Zadaniem tego układu jest przetworzenie napięć wyjściowych przetwornika zmieniających się w zakresie 0...-10 V na zakres 2,2 ... 4,7 V wymagany przez sterownik przekształtnika. Podanie na wyjście sterujące mikrokontrolera wartości 0 napięcie wyjściowe będzie równe 2,2 V, a po wysłaniu na ten port liczby 255 napięcie będzie równe ok. 4,7 V.

W skład sprzęgu pomiarowego wchodzą trzy moduły: do pomiaru prędkości obrotowej (wykorzystujący przetwornik A/C zawarty w mikrokontrolerze), do pomiaru prądu twornika (zbudowany na bazie przekładnika prądowego LA-25NP.), do pomiaru napięcia wyjściowego prostownika (zbudowany na bazie przekładnika napięciowego LV-25P).

Emulator pamięci ESIM jest stosowany ze względu na uproszczenie struktury, ponieważ trudno byłoby za każdym razem programować kość pamięci i następnie montować ją w obwodzie.

Oprogramowanie dla PC napisane jest w języku C, tak więc po zaprogramowaniu symulatora ESIM, można po kompilacji i uruchomieniu odpowiedniego pliku (STER.CPP) sterować całym układem. Odbywa się to z pod poziomu menu, w którym można znaleźć:

• Skokowa zmiana Us

• Liniowe narastanie Us

• Dwupołożeniowy

• Proporcjonalny prędkości

• PI prędkości

Do badania konkretnej charakterystyki można wybrać tylko jedną z tych opcji .

Na początek wybraliśmy pierwszą opcję -„skokowa zmiana Us” o wartości 100.

Badanie odbywa się w ten sposób, że dla każdego obciążenia przeprowadzane są pomiary od 0 wartości napięcia do 255, przy czym pobierane są w tym w czasie wartości prądu twornika i liczba obrotów. Przy wartości napięcia 255 układ jest wyłączany i można zmienić obciążenie (ręcznie opornikiem elektrolitycznym).

Charakterystyki dla kolejnych 7 pomiarów, przy stopniowej zmianie obciążenia.

Następnie dzięki dostępnej opcji można te wyniki przekonwertować dla różnych wartości Us.

Poniżej przedstawione są wyniki konwertacji dla różnych Us (przy małych wartościach Us wartości i oraz n były zerowe).

Us	i	n	Us	i	n	Us	i	n
150	0,693	228,820	200	1,089	390,340	250	1,386	565,320
150	0,990	174,980	200	1,485	309,580	250	1,980	403,800
150	1,089	148,060	200	1,683	255,740	250	2,277	390,340
150	1,188	134,600	200	1,980	228,820	250	2,673	323,040
150	1,287	121,140	200	2,178	174,980	250	3,069	242,280
150	1,485	94,220	200	2,376	161,520	250	3,267	242,280
150	1,485	94,220	200	2,475	148,060	250	3,564	215,360

Us	i	n	Us	i	n
175	0,891	323,040	100	0,396	80,760
175	1,188	228,820	100	0,495	53,840
175	1,386	188,440	100	0,594	67,300
175	1,584	161,520	100	0,594	67,300
175	1,683	134,600	100	0,693	26,920
175	1,881	121,140	100	0,693	26,920
175	1,980	121,140	100	0,792	13,460

Niestety z braku czasu nie udało nam się przeprowadzić analogicznych badań dla innych opcji (wyznaczenia charakterystyki n=f(I)). Pozostałe dostępne opcje sprawdziliśmy jedynie czy „działają”, podając pewne wartości i obserwując przebiegi prądu, napięcia i obrotów w funkcji czasu na ekranie monitora. Dołączone są one na dodatkowej kartce.

Wnioski.

Zastosowanie mikroprocesorowego sterownika jest bardzo wygodnym rozwiązaniem. Pozwala w bardzo elastyczny sposób sterować układem napędowym. Jest bardzo pomocniczy tam, gdzie wymagane jest obliczanie skomplikowanych problemów regulacji adaptacyjnej (gdzie techniki analogowe są nie wystarczające). Ważną cechą jest uniwersalność mikrokontrolerów, które można konfigurować na wiele sposobów - zależnie od stawianych wymagań. Praktycznie sprowadza się to do napisania odpowiedniego oprogramowania i właściwego zaprogramowania kości np. EEPROM. Ważną rzeczą są również układy przetwarzające sygnały przychodzące i wychodzące z mikrokontrolera, a więc przetworniki A/C i C/A (pełniące rolę sprzęgów pomiarowych i sterujących). W tym konkretnym ćwiczeniu zastosowany mikrokontroler 80C535 pełnił funkcję cyfrowego regulatora pracującego w pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, stabilizującego prędkość obrotową sterowanego napędu oraz ograniczającego prąd twornika. Wpływ na te wielkości uzyskujemy spod poziomu oprogramowania (procedury obsługi konkretnych problemów, np. zadawanie napięcia sterującego, prędkości obrotowej).

---