AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA W KRAKOWIE				Jacek Kaczmarczyk
TEORIA STEROWANIA I TECHNIKA REGULACJI
EAIiE	2005/2006			Rok II Semestr IV	Elektrotechnika			Grupa 2.1
Temat ćwiczenia: Serwomechanizm działający w układzie regulacji automatycznej
Data wykonania: 05.06.2006			Data zaliczenia:				Ocena:

1. Wstęp

W ćwiczeniu zapoznaliśmy się z działaniem układu sterowania silnikiem, który, prócz pracy w trybie prędkościowym, może działać także w trybie pozycyjnym jako serwomechanizm czyli silnik krokowy, którego zadaniem jest precyzyjna zmiana położenia obiektu. Parametry sterujące decydują o prądzie w silniku, który obok prędkości jest podstawową wielkością charakteryzującą stan silnika.

Podczas ćwiczenia używaliśmy serwomechanizmu cyfrowego ze sterownikiem AXV, podłączonego do komputera PC, na którym zainstalowano oprogramowanie WinAXV umożliwiające bieżącą obserwację parametrów napędu, ich zmianę oraz ustawienie żądanego trybu pracy. Serwonapęd (urządzenie wykonawcze, przetwarzające sygnał sterujący małej mocy na przesunięcie liniowe lub kątowe o dużej sile lub momencie siły) zastosowany w naszym układzie należy do grupy napędów falownikowych, jego sterownik pozwala na uzyskanie kontroli nad układem w czasie rzeczywistym oraz współpracę
z oprogramowaniem komputerowym, co bardzo ułatwia i usprawnia regulację.

2. Część opisowa

• funkcje hamujące

• Ramp=0 – jest funkcją hamującą, po jej uruchomieniu (wciśnięcie przycisku) silnik łagodnie hamuje aż do zatrzymania się, silnik nie zostaje odłączony od sieci, prąd sterowania utrzymuje wał w jednej pozycji. Po jej wyłączeniu (zwolnienie przycisku) silnik łagodnie rozpędza się do zadanej prędkości. Czas rozpędzania i hamowania silnika zależy od parametru. który może zadeklarować, tym samym zmniejszając
  lub zwiększając gwałtowność hamowania/przyspieszania. Dzięki stopniowym zmianom prędkości w układzie nie występują nagłe skoki prądowe,które mają destrukcyjny wpływ na układ.

• Fast/stop – jest alarmową funkcją hamującą, wyzwalana jest zerem, to znaczy
  że zaczyna działać przy braku sygnału (np. przy braku napięcia). Wynikiem zadziałania tej funkcji jest natychmiastowe zatrzymanie silnika oraz zerowanie prądów,
  co w praktyce oznacza że silnik jest odłączony od zasilania, nie ma prądów utrzymujących wał w określonej pozycji, można nim poruszać. Jeżeli chcemy, by układ działał ponownie, należy go zresetować i ponownie włączyć. Aby uzyskać natychmiastowe zatrzymanie silnika potrzebna jest duża wartość prądu co powoduje występowanie w układzie pojawianie dużych skoków prądu tzw. udarów prądowych. Takie nagłe, duże zmiany wartości prądu źle wpływają na urządzenia,
  ale dla bezpieczeństwa funkcja ta jest bardzo przydatna, używa się jej do zapewnienia bezpieczeństwa podczas użytkowania maszyn.

• Reference=0 – ta funkcja hamująca ma podobne właściwości to funkcji fast/stop,
  po wywołaniu natychmiast zatrzymuje silnik (co wiąże sie, tak jak w funkcji fast/stop,
  z udarami prądowymi), ale w odróżnieniu od poprzedniej funkcji nie odłącza zasilania, co oznacza, że prądy w silniku utrzymują wał w określonej pozycji.

• symulacja obciążenia wału

  W warunkach laboratoryjnych nie obciążaliśmy wału, obciążenie było jedynie symulowane przez ograniczenie maksymalnego prądu sterowania silnika z 6A do 0.1A. Dzięki tej zmianie wał silnika staję się dla niego samego obciążeniem. Różnicę w działaniu silnika przy ograniczonych prądach można było łatwo zauważyć podczas działania funkcji refence=0. Podczas hamowania siła hamująca prądu nie była wystarczająco duża, dlatego obserwowaliśmy tłumione wahania wokół punktu zatrzymania, aż do zatrzymania się w tym punkcie.

• zjawiska występujące przy szybkim hamowaniu i szybkim rozpędzaniu silnika

Aby uzyskać szybki rozruch lub szybkie hamowanie silnika jest potrzebne doprowadzenie bardzo dużego prądy w bardzo krótkim czasie. Takie skoki prądu zwane udarami prądowymi są bardzo szkodliwe i niebezpieczne dla silnika oraz dla innych urządzeń pracujących w układzie. Aby zniwelować nagłe skoki prądu należy odpowiednio do obciążenia i rodzaju silnika dobrać parametry decydujące o czasie rozruchu/hamowania.

• serwonapęd z momentem obciążającym

Obciążenie ma wpływ na działanie srwonapędu. Gdy obciążenie jest zbyt wysokie
w stosunku do wielkości prądu sterownia silnik nie będzie mógł zahamować natychmiast. Pojawią się gasnące wahania wokół punktu zatrzymania, w którym ostatecznie zatrzymanie nastąpi. Takie zachowanie układu jest w wielu przypadka bardzo niepożądane, aby je zniwelować należy dobrać odpowiednio parametr odpowiedzialny za długość czasu hamowania, okres czasu powinien być tak długi, żeby wał mógł wyhamować od razu w żądanym punkcie bez oscylacji wokół niego.

3. Wykresy obrazujące pracę układu

• zmiana kierunku obrotu wału silnika z zastosowaniem funkcji ramp=0, tryb prędkościowy.

[1] silnik stoi, prędkość jest więc równa zeru, występują jednak minimalne prądy pochodzące od pól elektromagnetycznych.

[2] Prąd zaczyna stopniowo rosnąć i rozpędza silnik, stopniowo rośnie także prędkość.

[3] obserwujemy nagły spadek prądu ponieważ prąd potrzebny do rozpędzenia silnika jest większy niż prąd potrzebny do utrzymania stałej prędkości.

[4] silnik osiągnął zadaną prędkość, prąd jest ustalony.

[5] rozpoczyna sie hamowanie, prąd maleje a wraz z nim prędkość.

[6] prędkość maleje do zera następuje zmiana kierunku obrotów.

[7] po paru analogicznie powtarzających sie cyklach układ hamuje, stopniowo spada prąd a wraz z nim stopniowo maleje prędkość,po zahamowaniu działają prądy które utrzymują wał w określonym położeniu.

[8] po zahamowaniu działają prądy które utrzymują wał w określonym położeniu.

• działanie funkcji fast/stop, tryb prędkościowy.

[1] narastanie prędkości wraz z narastaniem prądu (prąd nie narasta os zera z powody pola elektromagnetycznego).

[2] spadek prądu, gdyż do rozpędzenia silnika potrzebny jest większy prąd niż do utrzymania stałej prędkości.

[3] ustalona prędkość i ustalona wartość prądu.

[4] następuje gwałtowny spadek prądu i prędkości, natychmiastowe hamowanie.

[5] prąd spada do zera, układ odłączony od napięcia (na wykresie widać prąd pochodzący od pola elektromagnetycznego w silniku)

• działanie funkcji reference=0, tryb prędkościowy.

[1] narastanie prędkości wraz z narastaniem prądu (prąd nie narasta os zera z powody pola elektromagnetycznego).

[2] spadek prądu, gdyż do rozpędzenia silnika potrzebny jest większy prąd niż do utrzymania stałej prędkości.

[3] ustalona prędkość i ustalona wartość prądu.

[4] spadek prądu, prędkość maleje prawie natychmiastowo, hamowanie funkcją reference=0.

[5] po zahamowaniu działają prądy które utrzymują wał w określonym położeniu.

• działanie funkcji ramp=0 gdy silnik jest obciążony oraz działanie zewnętrznej siły na silnik w określonym położeniu stabilizowanym przez prąd sterujący, tryb prędkościowy.

[1] prąd zaczyna powoli powoli wzrastać, prędkość także, jest to związane z ustawieniem dłuższego czasu rozruchu

[2] spadek prądu, gdyż do rozpędzenia silnika potrzebny jest większy prąd niż do utrzymania stałej prędkości, po czym następuje ustalenie prądu i prędkości.

[3] rozpoczyna sie hamowanie prąd spada poniżej zera aby wyhamować wał, ponieważ czas hamowania jest zbyt mały, spada prędkość.

[4] siła bezwładności spowodowała wychylenie się wału w przeciwnym kierunku, więc prąd musiał wzrosnąć aby wał powrócił to punktu zatrzymania.

[5] po zahamowaniu działają prądy które utrzymują wał w określonym położeniu.

[6] na nieruchomy wał działa siła powodując jego wychylenie, prąd gwałtownie wzrasta aby utrzymać wał w bezruchu, lub, jeżeli został on przekręcony pod wpływem siły, sprawić by powrócił to swojego punktu spoczynku.

[7] analogicznie jak w [6] z tym że wychylenie w przeciwnym kierunku.

[8] po zrównoważeniu siły zewnętrznej nadal działają prądy które utrzymują wał w określonym położeniu.

• praca silnika w trybie a funkcjami multispeed i multiramp, małe współczynniki ramp, tryb prędkościowy.

[1] silnik stoi, prędkość jest więc równa zeru, występują jednak minimalne prądy pochodzące od pól elektromagnetycznych.

[2] gwałtowne narastanie prądu i prędkości (z powodu krótkiego czasu rozruchu), później spadek prądu, gdyż do rozpędzenia silnika potrzebny jest większy prąd niż do utrzymania stałej prędkości.

[3] ustalona prędkość i ustalona wartość prądu.

[4] gwałtowny spadek prądu (spowodowany krótkim czasem hamowania), który ma na celu zmniejszenie prędkości do drugiej prędkości zadanej.

[5] ustalona prędkość i ustalona wartość prądu.

[6] spadek prądu mający na celu wyhamowanie wału, prędkość spada do zera.

[7] po zahamowaniu działają prądy które utrzymują wał w określonym położeniu.

• praca silnika w trybie a funkcjami multispeed i multiramp, duże współczynniki ramp, tryb prędkościowy.

[1] silnik stoi, prędkość jest więc równa zeru, występują jednak minimalne prądy pochodzące od pól elektromagnetycznych.

[2] jednostajne, spokojne narastanie prądu i prędkości (z powodu długiego czasu rozruchu), nie ma skoków prądu.

[3] ustalona prędkość i ustalona wartość prądu.

[4] jednostajny, spokojny spadek prądu (spowodowany długim czasem hamowania), który ma na celu zmniejszenie prędkości do drugiej prędkości zadanej.

[5] ustalona prędkość i ustalona wartość prądu.

[6] spadek prądu mający na celu wyhamowanie wału, prędkość spada do zera.

[7] po zahamowaniu działają prądy które utrzymują wał w określonym położeniu.

• praca silnika w trybie pozycyjnym bez obciążenia

[1] wraz z stałym liniowym narastaniem prędkości położenie wzrasta tak jak zależność kwadratowa, coraz szybciej.

[2] prędkość jest stała więc i położenie rośnie liniowo.

[3] prędkość spada liniowo ale wał kręci siew tą samą stronę więć położenie rośnie kwadratowo ale coraz wolniej.

[4] prędkość jest równa zero więc położenie nie rośnie.

[5] prędkość nagle wzrasta do ustalonej wartości z tym że wał obraca się w przeciwnym kierunku, dlatego położenie względem punku zerowego zaczyna teraz maleć liniowo.

[6] prędkość znowu zmienia zwrot i wartość, ale jest stała więc położenie znowu rośnie liniowo, wał powraca do położenia zerowego.

[7] wał powrócił do położenia zerowego.

• praca silnika w trybie pozycyjnym z obciążeniem

[1] prędkość jest zerowa, wał nie kręci się, więc i położenie się nie zmienia i wynosi 0.

[2] następuje nagły skok prędkości ale z powodu obciążonego wału pojawiają się schodki, w miejscach zawahania prędkości występują także zawahania liniowego narastania drogi.

[3] podczas hamowania, spadku prędkości do zera, siła bezwładności powoduje oscylację wokół punktu zatrzymania, co można zaobserwować na wykresie funkcji położenia, który nie jest idealną stałą funkcją.

[4] prędkość jest stała i wynosi 0.

[5] nagła wzrost prędkości do określonej wartości stałej, więc położenie wzrasta liniowo, prędko ma zwrot przeciwny niż w [2].

[6] wał powrócił do położenia zerowego.