Temat ćwiczenia: Badanie dynamiki pozycjonowania stołu obrotowego w zakresie małych przemieszczeń.

1. Schemat stanowiska badawczego

Rys. 1 Schemat stanowiska badawczego

2. Warunki pomiarów

Wykonaliśmy dwie serie pomiarów:

Seria I – stały krok i czas, zmienna częstotliwość

Seria II – stała częstotliwość i krok, zmienny czas rozpędzania

3. Pomiar pierwszy – tryb pracy quasi-statycznej

częstotliwość = 50Hz

krok 0,02°

Wykres wyraźnie pokazuje charakterystyczne dla pracy quasi-statycznej zatrzymania wirnika. Częstotliwości wykonywania pojedynczych skoków w tym rodzaju pracy są na tyle małe,
że po wykonaniu każdego skoku wirnik zatrzymuje się i dopiero potem wykonuje kolejny krok. Na rys. 2 przedstawiono w sumie 10 skoków wirnika. Na czerwono zaznaczono pojedynczy skok.

Rys. 2 Wykres pracy quasi-statycznej

4. Problem w czasie wykonywania pomiarów

Stół obrotowy obracał się odwrotnie do wskazówek zegara. Podczas obrotów poruszał się więc też przyrząd pomiarowy, dlatego w pewnym momencie przemieszczenie nie zostało zarejestrowane, zabrakło kontaktu stołu z czujnikiem. Pokazuje to rysunek nr 3.

Rys. 3 Brak kontaktu z czujnikiem

5. Uzyskane wyniki – seria I

krok: 0,2°

czas: 75 ms

Na rysunkach 4-7 została przedstawiona praca kinematyczna. Silnik nie zatrzymuje się po wykonaniu skoku. Oscylacje rosną wraz ze wzrostem prędkości.

a) częstotliwość: 1000 Hz (1 kHz)

Rys. 4 Pomiar I, seria I

b) częstotliwość: 5000 Hz (5 kHz)

Rys. 5 Pomiar II, seria I

c) częstotliwość: 10000 Hz (10 kHz)

Rys. 6 Pomiar III, seria I

d) częstotliwość: 15000 Hz (15 kHz)

Rys. 7 Pomiar IV, seria I

6. Uzyskane wyniki – seria II

częstotliwość: 15 000 Hz

krok: 0,2°

Na rysunkach 8-13 zaobserwować można występowanie oscylacji związanych z niewłaściwym sterowaniem. Czas rozpędzania był systematycznie skracany, przez co aby osiągnąć zadane położenie silnik zwiększał swoje przyspieszenie oraz moment bezwładności. Na układ działały więc większe siły.

Na rysunku 13 zauważyć można brak przemieszczenia – ze względu na zbyt krótki czas rozpędzania siły działające na układ były zbyt duże, przez co silnik utracił synchronizację. Przy utracie synchronizacji musi być spełniony warunek: Ms < ΣMo. Skoro moment dynamiczny wzrastał, wzrastało też przyspieszenie. Ze wzrostem przyspieszenia wzrastała siła działająca na układ. Im większe siły działały na układ tym większe było prawdopodobieństwo, że suma momentów oporowych będzie większa od momentu synchronizacji.

a) czas rozpędzania: 200 ms

Rys. 8 Pomiar I, seria II

b) czas rozpędzania: 150 ms

Rys. 9 Pomiar II, seria II

c) czas rozpędzania: 100 ms

Rys. 10 Pomiar III, seria II

d) czas rozpędzania: 50 ms

Rys. 11 Pomiar IV, seria II

e) czas rozpędzania: 25 ms

Rys. 12 Pomiar V, seria II

f) czas rozpędzania: 5 ms

Rys. 13 Pomiar VI, seria II

7. Wnioski

Wykorzystując silnik skokowy nie jest konieczne używanie układów pomiaru położenia. Wykonywane obroty silnika krokowego zależą od liczby podanych impulsów. Pozwala to na pracę w otwartej pętli (brak sprzężenia zwrotnego). Zastosowanie takiego rozwiązania jest wyjściem tańszym i mniej skomplikowanym.

Na rysunku 2 przedstawiona została praca quasi-statyczna. Ukazane zostały zatrzymania wirnika, co jest charakterystyczne dla tego typu pracy. Podczas pracy z małą częstotliwością, po każdym skoku wirnik zatrzymuje się przed wykonaniem kolejnego skoku.

Otrzymany wykres na rysunku 13 pokazuje brak przemieszczenia spowodowany niewłaściwym sterowaniem (zbyt krótki czas rozpędzania - 5ms). Siły, które działały na układ były za duże. Suma momentów oporowych była mniejsza od momentu synchronizacji. Skutkiem tego była utrata synchronizacji. Dlatego istotne jest, aby w trakcie określania parametrów pracy korzystać z warunku poprawnej pracy silnika krokowego.

Podczas wykonywania pomiarów należy pamiętać o zachowaniu kontaktu przyrządu pomiarowego ze stołem obrotowym. Wykres z niezarejestrowanym przemieszczeniem został przedstawiony na rys. 3.