Politechnika Świętokrzyska w Kielcach

Projekt:

Projektowanie pakietów elektronicznych

Temat:

Opracować układ elektronicznego sterowania osią manipulatora z siłownikiem

pneumatycznym sterowanym zaworem proporcjonalnym z zastosowaniem wybranych

regulatorów PID i regulatora stanu.

1. Zawór proporcjonalny typu USEB6:

a) Zastosowanie:

Jest przeznaczony do sterowania kierunkiem i szybkością ruchu odbiornika. Wielkość strumienia oleju
hydraulicznego kierowanego do odbiornika regulowana jest poprzez zmianę natężenia prądu zasilającego
cewkę elektromagnesu.

b) Schemat:

c) Charakterystyki:

2. Siłownik Hydrauliczny tłokowy UCJ 1… /UCJ2…:

a) Zastosowanie:

Jednotłoczyskowy siłownik hydrauliczny dwustronnego działania zamienia energię ciśnienia,
zakumulowaną w doprowadzonej do siłownika cieczy roboczej, na energię mechaniczną wprawiającą tłok
w ruch posuwisto-zwrotny.

Ruch roboczy tłoka wymuszany jest poprzez oddziaływanie ciśnienia czynnika roboczego po stronie
tłokowej. Ruch powrotny tłoka wymuszany jest oddziaływaniem ciśnienia czynnika po stronie tłoczyskowej.

b) Schemat Hydrauliczny siłownika pneumatycznego jednostronnego działania pchający :

1.

Elektroniczny regulator proporcjonalno – całkowo - różnicowy (PID)



Regulatory PID nale

ży

do najbardziej uniwersalnych.



Człon P regulatora natychmiast wzmacnia odchyłk

ę

regulacji tworz

ą

c sygnał

steruj

ą

cy.



Człon I zmienia sygnał tak długo, a

ż

odchyłka regulacji wyzeruje si

ę

.



Człon D reaguje na zmiany warto

ś

ci

odchyłki w czasie (dla ustalonej warto

ś

ci

odchyłki człon D nie reaguje).

Regulator PID buduje si

ę

jako układ wzmacniaczy operacyjnych

Odpowiedz regulatora PID na wymuszenie skokowe

Kolor niebieski – sygnał wejściowy
Kolor czarny – sygnał bez poprawnej regulacji
przez PID
Kolor czerwony – sygnał na wyjściu regulatora PID

2.

Proces realizacji projektu w programie Proteus:

a) Schemat rzeczywisty

Dobór wartości elementów wykorzystanych w projekcie ( rezystorów i kondensatorów).

Obliczenia przeprowadzone zgodnie z kryterium Zieglera-Nicholasa:

𝒌

𝒑

= 𝟎, 𝟔𝒌

𝒌𝒓

= 𝟒, 𝟖

𝑻

𝒊

= 𝟎, 𝟓 𝑻

𝒐𝒔𝒄

= 𝟏, 𝟖𝟓𝒔

𝑻

𝒅

= 𝟎, 𝟏𝟐𝟓 𝑻

𝒐𝒔𝒄

= 𝟎, 𝟒𝟔𝒔

𝒌

𝒑

=

𝑹𝟏
𝑹𝟐

𝑹𝟐 =

𝑹𝟏

𝒌

𝒑

𝑹𝟐 =

𝟐𝒌𝜴

𝟒, 𝟖𝜴

= 𝟒𝟏𝟕𝜴

𝑻

𝒊

= 𝑹𝑪 = 𝟏, 𝟖𝟓𝒔

𝑹 =

𝟏, 𝟖𝟓𝒔

𝟑𝟓𝟎𝝁

= 𝟓, 𝟐𝟖𝒌𝜴

𝑻

𝒅

= 𝑹𝑪 = 𝟎, 𝟒𝟔𝒔

𝑹 =

𝟎, 𝟒𝟔𝒔

𝟑𝟓𝟎𝝁

= 𝟏, 𝟑𝒌𝜴

b) Projekt płytki PCB:

c) Projekt płytki w 3D:

3. Regulator stanu:

W naszym projekcie jako regulator stanu został wykorzystany potencjometr .

4. Symulacja w programie FluidSim:

Siłownik połączony z zaworem proporcjonalnym i
kompresorem.

Wtłaczane powietrze do układu powoduje przesunięcie siłownika
(Niebieska linia i czarne strzałki sygnalizują kierunek przepływu
sprężonego powietrza).

Na tym schemacie siłownik znajduje się w maksymalnym położeniu. W
układzie ruch powietrza jest wstrzymany.

W układzie przez wyjście nr 4 zostaje wtłoczone powietrze co
skutkuje przesunięciem siłownika do pierwotnej pozycji.

5.

Wnioski:

Schemat rzeczywisty układu został wykonany w programie Proteus
8.0 również w tym programie zaprojektowaliśmy płytkę PCB wraz z
modelem 3D. Program FluidSim umożliwił nam analizę zasady
działania układu opartego o zawór proporcjonalny i siłownik
pneumatyczny. W projekcie wykorzystaliśmy regulator PID, a za
regulator sterujący posłużył nam potencjometr. W naszym zadaniu
oparliśmy się głównie o zastosowania technologiczne firmy Ponar
Wadowice.