Εργαστήριο Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Άσκηση 1 Το Σερβοσύστημα MS150 1

Transcript

1 Εργαστήριο Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Άσκηση 1 Το Σερβοσύστημα MS150 1 Άσκηση 1: Το Σερβοσύστημα MS150 1) Εξοικείωση με τη διασύνδεση των βαθμίδων του DC σερβοσυστήματος MS150 2) Μέτρηση της σταθεράς ταχύτητας του κινητήρα Αντικείμενο 1.1 Σύστημα Αυτομάτου Ελέγχου Απαιτούμενες Θεωρητικές Γνώσεις Ένα Σύστημα Αυτομάτου Ελέγχου είναι ένα σύστημα στο οποίο ελέγχεται η κατάσταση μιας διαδικασίας, π.χ. το πλάτος και το πάχος μιας ταινίας που παράγει μια πρέσα. Με τη βοήθεια Μετατροπέων (transducers) συγκρίνεται το πραγματικό πλάτος και πάχος της ταινίας που παράγεται με το επιθυμητό. Το σύστημα πρέπει να έχει τη δυνατότητα, αν υπάρχει διαφορά ή σφάλμα, να στέλνει τροποποιητικά σήματα σε έναν Ενεργοποιητή (Actuator), στην περίπτωσή μας στον κινητήρα για να ελέγξει τις ρυθμίσεις της πρέσας. 1.2 Σύστημα Αυτομάτου Ελέγχου Κλειστού Βρόχου Επειδή το σύστημα έχει τη δυνατότητα να ανατροφοδοτεί πληροφορία σχετικά με την πραγματική κατάσταση για σύγκριση με την επιθυμητή κατάσταση, ονομάζεται σύστημα Κλειστού Βρόχου. Σε τέτοια συστήματα η επιθυμητή κατάσταση ονομάζεται Είσοδος ή Τιμή Αναφοράς και η πραγματική κατάσταση ονομάζεται Έξοδος. Και οι δύο εκφράζονται σε volts, στο παράδειγμά μας θα μπορούσε να ήταν 10inch/V για το πλάτος. Η διαφορά που προκύπτει στη σύγκριση ονομάζεται Σφάλμα ενώ το τμήμα το συστήματος που διεξάγει τη σύγκριση είναι το κανάλι σφάλματος. Συνήθως υπάρχει και ένας Ενισχυτής που οδηγεί τον ενεργοποιητή. Σχήμα 1.1. Σύστημα αυτομάτου ελέγχου κλειστού βρόχου

2 Εργαστήριο Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Άσκηση 1 Το Σερβοσύστημα MS150 2 Το μπλοκ διάγραμμα του σχήματος 1.1 περιγράφει τον τύπο του συστήματος που χρησιμοποιείται στις εργαστηριακές ασκήσεις. Ένας συγκριτής παράγει το σφάλμα μεταξύ εισόδου και εξόδου, τότε το σφάλμα ενισχύεται για να οδηγήσει τον κινητήρα και να ρυθμιστεί κατάλληλα η ταχύτητα ή η θέση του άξονα περιστροφής. 1.3 Το DC Σερβοσύστημα MS150 Το DC σερβοσύστημα MS150 της εταιρείας Feedback χρησιμοποιείται για εκτέλεση πειραμάτων που αφορούν ηλεκτρικά συστήματα κλειστού βρόχου. Περιλαμβάνει διάφορες βαθμίδεςεξαρτήματα οι οποίες κατάλληλα συνδεόμενες μεταξύ τους υλοποιούν μερικές από τις ασκήσεις του Εργαστηρίου Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου. Κάθε μια βαθμίδα έχει μια μαγνητική βάση και έτσι μπορεί να τοποθετηθεί οπουδήποτε στη βασική πλάκα Τροφοδοτικό PS150E Το τροφοδοτικό PS150E (σχήμα 1.2) δέχεται 115V και 230V, 50/60Hz, 40VA. Τροφοδοτεί με 24V DC, 2A μη σταθεροποιημένο, απευθείας το σερβοενισχυτή μέσω ενός 8-way ρευματοδότη, μιας και αυτός είναι η βαθμίδα που ελέγχει τον κινητήρα. Στην πρόσοψη του τροφοδοτικού υπάρχουν δύο σειρές ρευματοληπτών που παρέχουν σταθεροποιημένο DC στα ±15V, 150mA για τη λειτουργία μικρότερων ενισχυτών και την παροχή τάσεων αναφοράς. Η τάση ±15V μπορεί να λαμβάνεται και από το σερβοενισχυτή. Σχήμα 1.2. Τροφοδοτικό PS150E Σχήμα 1.3. Σερβοενισχυτής SA150D Σερβοενισχυτής SA150D Ο σερβοενισχυτής SA150D (σχήμα 1.3) οδηγεί τον κινητήρα με τον οποίο συνδέεται μέσω ενός 12-way ρευματοδότη. Ένα κύκλωμα προστασίας περιορίζει το ρεύμα του κινητήρα στα 2A σε συνθήκες υπερφόρτωσης DC Κινητήρας DCM150F, Υποβιβαστής GT150X και Φορτίο LU150L Ο DCM150F (σχήμα 1.4) είναι ένας κινητήρας μόνιμου μαγνήτη. Ο άξονας του κινητήρα επεκτείνεται για απευθείας στήριξη μαγνητικού φρένου και αδρανών δίσκων. Επίσης, μπορεί να προσαρμοστεί στον υποβιβαστή ταχύτητας GT150X (σχήμα 1.4). Αυτός υποβιβάζει την υψηλή

3 Εργαστήριο Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Άσκηση 1 Το Σερβοσύστημα MS150 3 ταχύτητα περιστροφής του εσωτερικού άξονα κατά 30 φορές στον εξωτερικό άξονα χαμηλής ταχύτητας. Επίσης, περιλαμβάνει μια DC ταχογεννήτρια που οδηγείται από τον εσωτερικό άξονα υψηλής ταχύτητας. Μια οθόνη στο πάνω μέρος μπορεί να ρυθμιστεί να δείχνει την ταχύτητα περιστροφής απευθείας σε r/min ή να μετρά μια εξωτερική DC τάση. Σχήμα 1.4. Σύνδεση κινητήρα DCM150F με υποβιβαστή ταχύτητας GT150X Το φορτίο LU150L (σχήμα 1.5) αποτελείται από ένα λεπτό δίσκο φρένου και ένα παχύ δίσκο αδράνειας. Ο αλουμινένιος δίσκος προσαρμόζεται στον άξονα του κινητήρα και περιστρέφεται ανάμεσα στους πόλους ενός μόνιμου μαγνήτη. Τα δινορεύματα (ρεύματα Foucault) που αναπτύσσονται λειτουργούν ως φρένο. Η ένταση του μαγνητικού φρένου μπορεί να ρυθμιστεί μέσω μιας κλίμακας για την παροχή διαφόρων φορτίων στον κινητήρα. Σχήμα 1.5. Σύνδεση κινητήρα DCM150F με υποβιβαστή ταχύτητας GT150X Εξασθενητής AU150B Ο εξασθενητής AU150B περιλαμβάνει δύο βαθμονομημένα ποτενσιόμετρα σε μια θήκη (σχήμα 1.6). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για την παροχή μιας τάσης αναφοράς συνδεόμενος σε μια DC πηγή ή για έλεγχο ενίσχυσης όταν συνδέεται στην έξοδο ενός ενισχυτή Ποτενσιόμετρα Εισόδου IP150H και Εξόδου OP150K Αυτά είναι περιστροφικά ποτενσιόμετρα (σχήμα 1.7) που χρησιμοποιούνται στον έλεγχο θέσης. Το ποτενσιόμετρο εισόδου IP150H μπορεί να περιστρέφεται κατά ±150 ο ενώ το ποτενσιόμετρο εξόδου OP150K δεν έχει περιορισμούς και έτσι δεν μπορεί να καταστραφεί από συνεχείς περιστροφές.

4 Εργαστήριο Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Άσκηση 1 Το Σερβοσύστημα MS150 4 Σχήμα 1.6. Εξασθενητής AU150B Σχήμα 1.7. Ποτενσιόμετρα εισόδου IP150H και εξόδου OP150K Το ποτενσιόμετρο εισόδου χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση μιας τάσης αναφοράς ενώ το ποτενσιόμετρο εξόδου συνδέεται στον άξονα χαμηλής ταχύτητας του υποβιβαστή GT150X. Σε όλες τις εργαστηριακές ασκήσεις τα ποτενσιόμετρα συνδέονται στα ±15V Προενισχυτής PA150C Ο προενισχυτής PA150C (σχήμα 1.8) έχει δύο εισόδους και μια έξοδο push-pull για απευθείας οδήγηση του σερβοενισχυτή. Ένα θετικό σήμα εισόδου στην είσοδο οδηγεί σε θετική την πάνω έξοδο (3) και σχεδόν μηδενική την άλλη έξοδο (4). Ένα αρνητικό σήμα εισόδου οδηγεί σε θετική την κάτω έξοδο (4) και σχεδόν μηδενική την άλλη έξοδο (3). Έτσι, οδήγηση του κινητήρα και προς τις δύο κατευθύνσεις επιτυγχάνεται όταν και οι δύο έξοδοι συνδέονται στις εισόδους του σερβοενισχυτή. Το κέρδος του είναι περίπου 25. Περιλαμβάνει ένα κύκλωμα με σταθερά χρόνου που καθορίζεται με διακόπτη. Σχήμα 1.8. Προενισχυτής PA150C Σχήμα 1.9. Τελεστικός Ενισχυτής OA150A Τελεστικός Ενισχυτής OA150A Είναι ένας γενικού σκοπού ενισχυτής (σχήμα 1.9) με δυνατότητα πολλαπλών εισόδων και διαφορετικών ρυθμίσεων ανατροφοδότησης. Παρέχει αναστρέφουσα ενίσχυση τάσης και χρησιμοποιείται κυρίως για άθροιση ώστε να δημιουργηθεί το σφάλμα στα συστήματα κλειστού βρόχου αλλά και για πρόσθεση σταθερών χρόνου για την επίδειξη αστάθειας.

5 Εργαστήριο Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Άσκηση 1 Το Σερβοσύστημα MS Εξοικειωθείτε με τα εξαρτήματα του σερβοσυστήματος MS150. Διαδικασία 1.2 Συνδέστε το τροφοδοτικό, το σερβοενισχυτή, τον κινητήρα, τον υποβιβαστή και τον εξασθενητή όπως δείχνει το σχήμα Σχήμα Περιστρέψτε το δρομέα του εξασθενητή (που καθορίζει την τάση αναφοράς) για να δείτε πως μεταβάλλεται η ταχύτητα του κινητήρα. 1.4 Θέστε την περιστροφή του κινητήρα σε μια κανονική ταχύτητα. Μετρείστε την τάση εισόδου του σερβοενισχυτή (σε σχέση με τη γείωση) και την τάση της ταχογεννήτριας (μέτρηση στο pin 2 ενώ το pin 1 είναι γειωμένο). Υπολογίστε το λόγο τάση ταχογεννήτριας / τάση εισόδου για να βρείτε τη σταθερά ταχύτητας ή κέρδος ταχύτητας του σερβοκινητήρα. 1.5 Μεταβάλλετε την πολικότητα της τάσης εισόδου (αντί για +15V θέστε 15V). Παρατηρείστε τι αλλάζει στην περιστροφή του κινητήρα.