Podstawy Mechatroniki
POLITECHNIKA
Wydział: Inżynierii Kierunek:
POZNAC
SKA
Zarządzania Inżynieria Bezpieczeństwa
Grupa laboratoryjna nr 4 Rok studiów: III Semestr: V
Data wykonania:
Grupa w składzie:
14.10.2014r.
Piotr Kowalski, Mariusz Lipiński,
Grupa:
Aleksander Marszałkiewicz,
IB2a
Temat: Podstawy wiedzy o silnikach krokowych
1. Cel ćwiczenia:
Zasadniczym celem wykonania ćwiczenia jest zaznajomienie studentów ze sposobem
działania urządzeń mechatronicznych, jakimi są silniki krokowe, w szczególności z ich
budową, zasadą działania, cechami charakterystycznymi i sposobami sterowania. Dodatkowo
ćwiczenie pozwala poznać sposób wyznaczania maksymalnej prędkości obrotowej silnika,
przy której nie występuje zjawisko gubienia kroków.
2. Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie opiera się na wielokrotnych pomiarach odległości przesunięcia silnika
krokowego po prowadnicy wraz z obserwacją jej zmian przy różnych częstotliwościach
wysyłania impulsów sterujących.
Pomiary wykonywane były przy 4 różnych obciążeniach. Obciążenia przymocowane
zostały do obudowy silnika za pomocą dwóch śrub w sposób jak najbardziej ograniczający
ruch ciężarków względem silnika.
Wprowadzanie parametrów roboczych silnika odbywało się za pomocą panelu
cyfrowego i skorygowanego z nim pilota na podczerwień. Sygnał wysyłany miał za każdym
razem stałą wartość 50 kroków. Silnik wykonywał ruch o pomierzoną wartość równą 9,42cm
wzdłuż prowadnicy w jedynym możliwym kierunku, a następnie był cofany sygnałem o tej
samej liczbie impulsów do pozycji początkowej. Częstotliwość wysyłania impulsów do silnika
była zwiększana co 100Hz, aż do zaobserwowania zmian w odległości przesunięcia silnika, co
równe jest z wystąpieniem zjawiska gubienia kroków. By uniknąć błędów przy domniemanym
parametrze granicznym badanie było powtarzane co najmniej trzykrotnie. W dalszej
kolejności zmierzono częstotliwość o 100Hz i ponownie szukano częstotliwości granicznej,
tym razem z dokładnością do 10Hz. Tu również wynik wymagał trzykrotnego potwierdzenia.
3. Schemat stanowiska:
Rysunek 1. Schemat stanowiska
4. Metody pomiaru
Pomiary długości przesuwu i rozmiarów ciężarków wykonywane były za pomocą
suwmiarki, mierzącej z dokładnością do 0,1mm.
5. Wyniki pomiarów:
Tabela 1. Obciążenie
Obciążenie I II III
a [m] 0,0117 0,1021 -
b [m] 0,0838 0,0171 -
c [m] 0,042 0,0403 -
V [m3] *10-5 4,117932 7,036017 11,153949
m [kg] 0,32325766200 0,55232735805 0,87558502005
Komentarz: Obciążenie III występuje przypadku zamontowania przy silniku jednocześnie
obciążeń I oraz II. Wymiary ciężarków zostały zidentyfikowane za pomocą suwmiarki. Ich masa
została wyliczona na podstawie uzyskanych wyników i wartości gęstości materiału, z których
zostaÅ‚y wykonane. Parametr ten zostaÅ‚ podany w instrukcji do ćwiczenia, tzn. Á = 7850km/m3.
Zależność częstotliwości granicznej pracy silnika
krokowego od jego obciążenia
1850
Częstotliwość
graniczna
1800
[Hz]
1750
1700
1650
1600
1550
1500
0
0,32 0,55 0,88
Obciążenie [kg]
Rysunek 2. Wykres zależności częstotliwości granicznej pracy silnika krokowego od jego obciążenia
Tabela 2. Tabela zależności częstotliwości granicznej pracy silnika krokowego od jego obciążenia
Częstotliwość
graniczna 1800 1640 1640 1610
[Hz]
Obciążenie
0 0,32 0,55 0,88
[kg]
Komentarz: Zarówno wykres jak i tabela przedstawiają te same dane. Zaobserwować na nich
możemy tendencję do spadku wartości częstotliwości granicznej wraz z wzrostem wartości
obciążenia zewnętrznego działającego na silnik. Wartość ta wyznacza maksymalną częstotliwość
wysyłania impulsów sterujących, przy której to nie wystąpi zjawisko gubienia kroków.
6. Wnioski:
Gubienie kroków jest zjawiskiem niepożądanym w przypadku programowania pracy urządzeń
opierającej się na wykorzystaniu silników krokowych. Uniemożliwia ono precyzyjne ustawienie
oczekiwanych parametrów, a także ogranicza w znaczący sposób szybkość pracy. Nie obciążając
urzÄ…dzenia dodatkowo rejestracjÄ… i przetwarzaniem informacji zwrotnej o wykonanej przed chwilÄ…
pracy możemy wyeliminować gubienie kroków poprzez ograniczenie prędkości pracy silnika. Nie
przekraczając wyznaczonych wyżej wartości częstotliwości, przy ustalonym obciążeniu, nie
powinniśmy tracić oczekiwanej dokładności ruchu aktora.
Ćwiczenie to spełniło założone wcześniej cele i pomogło w rozwinięciu wiedzy o silnikach
krokowych.