1. Ηλεκτρικοί κινητήρες- σερβοκινητήρας 2. Ελεγκτές. ΜΠΔ, 9 Ο Εξάμηνο Σάββας Πιπερίδης

Transcript

1 1. Ηλεκτρικοί κινητήρες- σερβοκινητήρας 2. Ελεγκτές ΜΠΔ, 9 Ο Εξάμηνο Σάββας Πιπερίδης

2 1. Ηλεκτρικοί κινητήρες σερβοκινητήρας R/C σέρβο βηματικός κινητήρας 2

3 1. Ηλεκτρικοί κινητήρες σερβοκινητήρας (1) Ο σερβοκινητήρας, servomotor, είναι ηλεκτρικός κινητήρας συνεχούς ρεύματος εφοδιασμένος με αισθητήρα προσδιορισμού της θέσης του άξονα περιστροφής του 3

4 1. Ηλεκτρικοί κινητήρες σερβοκινητήρας (2) Ο σερβοκινητήρας συνήθως συνδυάζεται με κιβώτιο υποβιβασμού της σχέσης μετάδοσης της κίνησης 4

5 1. Ηλεκτρικοί κινητήρες σερβοκινητήρας (3) επιθυμητή τιμή σερβοκινητήρας σήματα ελέγχου ελεγκτής τιμή μέτρησης ανάδραση πληροφορίας αισθητήρας θέσης Πραγματική θέση του κινητήρα Ο σερβοκινητήρας χρησιμοποιείται στη μέθοδο ελέγχου κλειστού βρόχου 5

6 1. Ηλεκτρικοί κινητήρες σερβοκινητήρας (4) Όταν στους σερβοκινητήρες εφαρμοστεί η τάση λειτουργίας τους τότε αυτοί περιστρέφονται με μια συγκεκριμένη ταχύτητα σύμφωνα με τις προδιαγραφές τους. Για να περιστραφεί ένας σερβοκινητήρας με διαφορετικές ταχύτητες χρησιμοποιείται η τεχνική PWM (Pulse Width Modulation). Σύμφωνα με την τεχνική αυτή ο κινητήρας οδηγείται όχι με σταθερή τάση, αλλά με παλμούς σταθερής συχνότητας και ύψους, η διάρκεια των οποίων καθορίζει την ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Στο παραπάνω σχήμα αν β=5*α και ο κινητήρας περιστρέφεται με ταχύτητα U όταν οδηγείται από τη α κυματομορφή τότε η ταχύτητά του θα είναι 5*U εάν οδηγηθεί από τη β κυματομορφή 6

7 1. Ηλεκτρικοί κινητήρες σερβοκινητήρας (5) Πλεονεκτήματα σερβοκινητήρα Δυνατότητα παραγωγής μεγάλων τιμών ροπής Δυνατότητα περιστροφής σε υψηλές ταχύτητες Ελέγχεται εύκολα από τους σύγχρονους ελεγκτές ρομποτικών εφαρμογών Μεγάλη ποικιλία εμπορικών μοντέλων Μειονεκτήματα σερβοκινητήρα Υψηλό κόστος Υψηλή κατανάλωση 7

8 2. Ελεγκτές (1) Ο ελεγκτής είναι η συσκευή που αλληλεπιδρά με τους αισθητήρες, τις θύρες επικοινωνίας και το περιβάλλον διεπαφής του συστήματος και οδηγεί τους κινητήρες ή άλλες συσκευές. Περιλαμβάνει κυκλώματα τροφοδοσίας, μετατροπείς αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά καθώς και ψηφιακών σε αναλογικά (A/D και D/A Converters), κυκλώματα οδήγησης κινητήρων με τα κατάλληλα ρεύματα, θύρες εισόδου και εξόδου που υποστηρίζουν συγκεκριμένα πρωτόκολλα επικοινωνίας και την Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ) που συντονίζει και προγραμματίζει τη συνολική λειτουργία ελέγχου. 8

9 2. Ελεγκτές (2) κινητήρες περιβάλλον διεπαφής μηχανικό υποσύστημα αισθητήρες ελεγκτής 9

10 2. Ελεγκτές (3) Κάθε ελεγκτής διαθέτει θύρες επικοινωνίας, κατάλληλα διαμορφωμένες δηλαδή ηλεκτρικές επαφές, που του επιτρέπουν να επικοινωνεί με τις υπόλοιπες συσκευές του συστήματος. Διακρίνονται σε: Θύρες εισόδου, που χρησιμοποιούνται για την είσοδο δεδομένων από αισθητήρες ή άλλες συσκευές προς τον ελεγκτή Θύρες εξόδου, που χρησιμοποιούνται για την έξοδο δεδομένων από τον ελεγκτή προς άλλες συσκευές ή την οδήγηση κινητήρων 10

11 2. Ελεγκτές (4) Οι θύρες επικοινωνίας ενός ελεγκτή διακρίνονται επίσης σε: Ψηφιακές θύρες: παράγουν, εάν πρόκειται για θύρες εξόδου, ή ανιχνεύουν, εάν πρόκειται για θύρες εισόδου, δύο μόνο διακριτές τιμές τάσης. Οι τιμές αυτές αντιστοιχούνστολογικόέναηλογικόμηδέντηςψηφιακής, δυαδικής λογικής. Αναλογικές θύρες, παράγουν, εάν πρόκειται για θύρες εξόδου, ή ανιχνεύουν, εάν πρόκειται για θύρες εισόδου, μια οποιαδήποτε τιμή μεταξύ μιας ελάχιστης και μιας μέγιστης τάσης. 11

12 2. Ελεγκτές (5) Συνήθη χαρακτηριστικά ελεγκτών κατάλληλων για ρομποτικές εφαρμογές: Οι ελεγκτές που χρησιμοποιούνται για ρομποτικές εφαρμογές είναι ελεγκτές πραγματικού χρόνου (real time controller). Ο χαρακτηρισμός αυτός σημαίνει πως ο χρονισμός των ενεργειών που πρόκειται να εκτελεστούν είναι η σημαντικότερη παράμετρος του ελέγχου. Οι ελεγκτές που χρησιμοποιούνται για ρομποτικές εφαρμογές διαθέτουν μικροεπεξεργαστή πολλαπλών καθηκόντων (multi tasking), δηλαδή κάθε χρονική στιγμή μπορεί να είναι σε εξέλιξη περισσότερες από μία διαδικασίες ή εργασίες. Ο μικροεπεξεργαστής τεμαχίζει κάθε μια από τις εργασίες, που περιμένουν να εκτελεστούν, σε πολλά μικρά εκτελέσιμα τμήματα. Εκτελεί, κάθε φορά, ένα τμήμα από κάθε μια εργασία και έτσι προχωρά τμηματικά και παράλληλα η εκτέλεση πολλών διαφορετικών εργασιών, καθηκόντων. 12