POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

KATEDRA MECHATRONIKI

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Przedmiot:

Mechatronika

Symbol ćwiczenia:

M3

Tytuł ćwiczenia:

Sterowanie czasooptymalne silnikiem VCM
przy pomocy karty dSpace

SPIS TREŚCI

1.

Cele ćwiczenia

2

2.

Wyposażenie stanowiska

3

3.

Podstawowe wiadomości

3

4.

Implementacja sterowania czasooptymalnego

3

5.

Linking z programem Control Desk

4

6.

Program ćwiczenia – wykaz zadań do realizacji

7

7.

Raport

7

8.

Pytania

7

Literatura

7

MECHATRONIKA

Sterowanie czasooptymalne silnikiem VCM…

2

1. CELE ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest:

 sformułowanie modelu matematycznego sterowania czasooptymalnego silnika VCM

(z ang. Voice Coil Motor) w programie Matlab/Simulink,

 przygotowanie i przystosowanie napisanego programu do symulacji w czasie

rzeczywistym na karcie dSpace,

 przygotowanie stanowiska do współpracy z kartą dSpace,
 wykonanie badań właściwości sterowania czasooptymalnego.

2. WYPOSAŻENIE STANOWISKA

W skład stanowiska wchodzą:

 komputer klasy PC z systemem operacyjnym Windows Vista, programami

Matlab/Simulink/RTI, Control Desk,

 karta procesorów sygnałowych dSpace DS 1104 z kluczem sprzętowym na porcie

USB,

 głowica laserowa LKG 152,
 przetwornik głowicy laserowej LK GD500 (uwaga: zasilanie 24 V !!),
 zasilacz regulowany napięcia stałego,
 zestaw uruchomieniowy z modułem APS1701,
 silnik VCM oraz ramię systemu pozycjonowania dysku twardego zamocowane na

podstawie z towrzywa sztucznego.

3. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI

Sterowanie czasooptymalne stosowane jest w pamięciach masowych między innymi w
dyskach twardych do przemieszczanie ramienia serwomechanizmu w fazie tzw.
wyszukiwania ścieżek. Jak nazwa wskazuje, sterowanie to zapewnia największą szybkość
działania serwomechanizmu (często przy spełnieniu innych ograniczeń, przykładowo
dopuszczalnej wartości prądu sterowanego silnika) [1], [2].

4. IMPLEMENTACJA STEROWANIA CZASOOPTYMALNEGO

Na rys.1 przedstawiono schemat blokowy, który powinien być wykonany w
Matlabie/Simulinku. Schemat blokowy nie zawiera modelu matematycznego silnika,
rzeczywisty silnik będzie zasilany poprzez zewnętrzny przekształtnik, który to będzie
sterowany poprzez sygnały przekazywane przez blok „Subsystem” prezentowany na rys.1.
Obszary zaznaczone elipsami (linie przerywane) zawierają bloki dostępne w bibliotece RTI.
W sterowaniu tym możemy wyróżnić pętlę sprzężenia zwrotnego od pozycji kątowej silnika
VCM, realizowanej z użyciem laserowego miernika odległości, którego sygnały zmierzonej
odległości

doprowadzone

są

przez

blok

przetwornika

analogowo-cyfrowego

DS1104ADC_C5 (rys.1).

MECHATRONIKA

Sterowanie czasooptymalne silnikiem VCM…

3

Rys. 1. Schemat blokowy sterowania czasooptymalnego

5. LINKING Z PROGRAMEM CONTROL DESK

Poprzez pole Start systemu operacyjnego uruchomiamy program Control Desk, tak jak
prezentuje to rys.2.

Rys. 2. Uruchomienie programu Control Desk

MECHATRONIKA

Sterowanie czasooptymalne silnikiem VCM…

4

Następnie otwieramy przy pomocy karty „File Selector” wcześniej zaimplementowany model
sterowania, poprzez złapanie go myszką i przyciągnięcie do okna Simulink (znajdującego się
w górnym lewym rogu PI uruchomionej aplikacji Control Desk) – patrz rys.3.

Rys. 3. Otwieramy zaimplementowany wcześniej (w Matlabie) plik z modelem sterowania czasooptymalnego

Upewniamy się czy zaimplementowany i otwarty model ma prawidłowo wpisane ustawienia
konfiguracyjne, czyli takie jak prezentuje to rys.4.

MECHATRONIKA

Sterowanie czasooptymalne silnikiem VCM…

5

Rys. 4. Dane konfiguracyjne nakładki RTI które muszą być wpisane w konfiguratorze nakładki Simulink (dla

analizowanego modelu sterowania)

Blok „Fcn1” modelu sterowania czasooptymalnego powinien zawierać funkcję wpisaną w
polu „Expression”, jak przedstawiono to na rys.5.

Rys. 5.

Aby wygodnie zmieniać wielkości zadawane (np. przemieszczenie kątowe) do napisanego
programu należy przygotować panel operatorski, który może wyglądać tak jak przedstawia to
rys.6.

Rys.6

6. PROGRAM ĆWICZENIA – WYKAZ ZADAŃ DO REALIZACJI

 Implementuj model sterowania czasooptymalnego,

 Uruchom model sterowania czasooptymalnego na oprogramowania Control Desk,
 Skonfiguruj uruchomione programy – jeśli jest to konieczne,

 Sporządź panel kontrolny dla twojego oprogramowania, umożliwiający zmianę wielkości

zadanych,

 Zarejestruj, przy pomocy oscyloskopu, przebiegi przemieszczenia chwilowego ramienia

systemu pozycjonowania.

7. RAPORT

Raport z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego powinien zawierać:

 opis sposobu/ czynności podczas implementacji układu sterowania czasooptymalnego

silnikiem VCM,

 schematy blokowe zrealizowanego układu sterowania, obejmujące oprogramowanie oraz

obiekty rzeczywiste,

 przebiegi czasowe przemieszczeń ramienia dla kilkunastu różnych nastaw parametrów

wielkości zadanych oraz wzmocnień,

 podsumowanie i wnioski.

8. PYTANIA

 Na czym polega sterowanie czasooptymalne?

 W jaki sposób można wprowadzić sygnały potrzebne do realizacji algorytmu sterowania

do karty dSpace?

 Do czego służą bloki ADC, DAC?

 Jak utworzyć Leyout i do czego on służy?

LITERATURA

[1]. V. Venkataramanan, Ben M. Chen, Tong H. Leea, Guoxiao Guo: A new approach to the

design of mode switching control in hard disk drive servo systems, Control Engineering
Practice 10, p.925–939, 2002,

[2]. G. Guo, R. Chen, T.S. Low, Y. Wang: Optimal control design for hard disk drive

servosystems, IEE Proc.-Control Theory Appl., El. 149. No. 3, p.237-242, May 2002

Opracowanie: Tomasz Trawiński