Szervo alapok gyakorló Analóg és digitális szervó alapok gyakorló

Átírás

1 Szervo alapok gyakorló Analóg és digitális szervó alapok gyakorló 33 sorozat Jellemzõk Nyílt és zárthurkú fordulatszám és helyzet szabályozás Analóg és digitális szabályozás Discovery Software számítógépes feladatmegoldáshoz Beépített PC alapú mûszerezés Beépített szinusz, négyszög és háromszögjel genrerátor Független egy és kétállású, ill. teljes PID szabályozás Abszolút helyzet és növekményes fordulatszám és helyzet enkóderek Folytonos analóg helyzet és sebességgel arányos visszacsatoló jelek Lineáris vagy PWM motorhajtás Kapcsolókkal beállítható hibák a teljes rendszerben LCD feszültség és fordulatszám kijelzõ mûszerek!usb csatlakozás számítógéphez Tápegységgel beépítve Bõvíthetõ MATLAB szoftverrel történõ haszálathoz

2 Témakörök A Szervo alapok gyakorló készülék diákoknak készült az analóg és digitális szervo szabályozás alapjainak tanulmányozására. A gyakorló készülék a gyakorlatokat két formában adja meg: az analóg szabályozás alapjaira vonatkozó 15 gyakorlatot kézikönyv tartalmazza, míg a digitális szabályozásra vonatkozó 7 gyakorlatot a Discovery számítógépes gyakorló szoftver tartalmazza. A tanuló viszonylag kevés elõzetes ismerettel kezdhet neki a gyakorlatokhoz, kívánatos az elektromotorok használatának, az elektronikus áramkörök és az oszcilloszkóp kezelésének némi ismerete. Az analóg szabályozással kapcsolatos ismeretek nehézségi foka gyakorlatról gyakorlatra nõ, kedve a mûveleti erõsítõk karakterisztikájával, keresztül a helyzet és sebesség visszacsatolással egészen a PID szabályozásig és a zárthurkú frekvenciatartományban történõ viselkedés tanulmányozásáig. A digitális szabályozással kapcsolatos ismeretek az A/D és D/A átalakítástól kezdve végig mennek az abszolút és növekményes enkódolás, a sebesség (fordulatszám) és PID szabályozás elméletén. Ahol csak lehet, a gyakorlatok tárgyalása a lehetõ legkevesebb matematika megközelítéssel történi, ami a gyakorló készüléket ideálissá teszi az alap és középfokú szakképzésben történõ alkalmazásra, de a készülék felépítése alkalmas sokkal haladóbb fokú oktatásra is, lehetõvé téve azt felsõfokú oktatásban történõ alkalmazásra is. A készülék alkalmazása bõvíthetõ a Digital Servo Workshop Software rel, a MATLAB használatával, melyek lehetõséget adnak magas szintû digitális szabályozás analízisére és tervezésére is. Gyakorlatok a készülékkel Analóg egység Mûveleti erõsítõk karakterisztikája Motor, tahogenerátor és fék karakterisztikája Egyszerû szabályozás Hibajel és a visszacsatolás polaritása Az erõsítés hatása Fordulatszám (sebesség) visszacsatolás Követési hiba Az instabil rendszer Fordulatszám (sebesség ) szabályozás Bevezetés a háromállású szabályozásba Háromállású szabályozás alkalmazásai Egyszerû erõsítés szabályozó áramkörök Tranziens sebesség visszacsatolás és differenciális elõrecsatolás Viselkedés a frekvencia tartományban A frekvencia tartománybeli viselkedés alkalmazása rendszereknél 2 Digitális egység (Discovery szoftver) A/D és D/A átalakítás Motor szabályozás Potenciométeres helyzet érzékelõk Digitális kódolók Gray kód szerinti kódoló Növekményes kódoló Sebesség és irány kódolók Helyzet szervo PID szabályozással Helyzet szabályozás analóg érzékelõ Helyzet szabályozás digitális érzékelõ Sebesség szabályozás analóg érzékelõ Sebesség szabályozás digitális érzékelõ Helyzet szervo P+D szabályozással A rendszer három egységbõl áll, melyekkel az analóg és digitális szervo szabályozások tanulmányozhatók: mechanikai, analóg és digitális egység. A Mechanikai egység részei: teljesítmény erõsítõ, DC motor és tahogenerátor, abszolút és növekményes kódoló, be és kimeneti analóg potenciométerek, digitális fordulatszám és sebességmérõ, valamint egy szinusz négyszög háromszög jelet szolgáltató generátor tesztelési célokra. Az Analóg egység részei: bemeneti hibaerõsítõ, szabályozó független P, I és D csatornával és lehetõséget az erõsítõhöz építendõ kompenzációs áramkörökre. A Digitális egység részei: analóg digitális A/D) és digitális analóg (D/A) konverterek, kapcsoló és multiplexer áramkörök, kódoló kimenet és kijelzõ, továbbá egy PWM motor meghajtó. A bemeneti és kimeneti potenciométerek használata lehetõséget ad számos analóg és digitális rendszer tanulmányozására. A Discovery szoftver a Digitális egységgel használható, lehetõséget adva a gyakorlatok számítógéppel történõ végrehajtására, háttér információkhoz történõ hozzáférésre, utasítások kiadására, beépített számító gépes mûszerezésre, és a gyakorlattal kapcsolatos kérdésekre. Az egységek összekötésére szalagkábel szolgál, az analóg és digitális egységen belül az adott áramkör dugaszos bekötõ kábelekkel alakítható ki. A rendszer mindhárom tagján kapcsolókkal áramköri hibák állíthatók be. A készülékekhez egy kézikönyv is tartozik, amely számos részletesen kidolgozott gyakorlatot tartalmaz, kezdve az alapoktól egészen a frekvencia tartománybeli viselkedés tárgyalásáig. A szükséges tápellátást megfelelõ tápegység biztosítja a teljes rendszer számára. A rendszer nagyon rugalmas. Az analóg szabályozás tanulmányozásához csak a mechanikai és az analóg egység szükséges. A digitális szabályozás tanulmányozásához elég a mechanikai és a digitális egység. A kiegészítõ elemek, valamint maguk az egységek is külön külön megvásárolhatók. A rendszer bõvíthetõ. A Digital Servo Workshop szoftverrel a mechanikai és a digitális egység egy ideális szabályozó rendszerré alakítható úgy, hogy a MATLAB tervezési és analízis környezete használható legyen.

3 Mechanikai egység A mechanikai egység egy nyitott készülék, amelyre a rendszer mechanikai része és az azt kiszolgáló elektronika van szerelve. Az elektromechanikus részek: DC motor, analóg tahogenerátor, analóg be és kimeneti potenciométerek, abszolút és növekményes kódoló és egy mágneses fék. A kiszolgáló elektronika részei: teljesítményerõsítõ, kisfrekvenciás, szinusz négyszög háromszög jelgenerátor teszteléshez, kódoló kiolvasó áramkör és egy LCD fordulatszám és feszültség kijelzõ. Az egység táplálását tápegység biztosítja. Nyitott kivitelû egység a rendszer mechanikai elemeivel és az azt kiszolgáló elektronikával Állandó mágnesû motor Tahogenerátor, 2.5 V/1000 fordulat Mágneses örvényáramú fék terheléshez Bemeneti és kimeneti potenciométer Átkapcsolható 3 számjegyes, 7 szegmenses LCD a feszültség és fordulatszám kijelzéséhez Kétfázisú növekményes helyzet vagy sebesség kódoló a motor tengelyén. 6 bites abszolút (Gray kód szerinti) kódoló a kimeneti tengelyen Teljesítmény erõsítõ, folytonos vagy PWM (pulzus szélességmodulált) bemeneti jelhez Szinusz négyszög háromszög jelgenerátor, 0.1 Hz 10 khz Belsõ hibák szimulálása a másik két egységrõl Táplálás: külsõ ±15 V /1.5 A és +5 V / 0.5 A Visszacsatolás ajánlott Méretek: 150 mm (magas) x 295 mm (széles) x 220 mm (mély) Súly: kb. 2.2 kg 3

4 Analóg egység Az Analóg egység tartalmazza mindazokat az elektronikus áramköröket, amelyek a kézikönyvben található analóg szervo szabályozás gyakorlataihoz szükségesek. A gyakorlatok az elemi lépésektõl egészen a bonyolult PID szabályozás felépítéséig vezetik a tanulót. A készülék maga nyitott alaplapos rendszerû, az egyes áramköri elemek jól láthatóan fel vannak tüntetve, hogy a tanuló könnyen azonosítsa azokat a kézikönyvben leírtakkal. Az egység szalagkábel segítségével csatlakozik a mechanikai egységhez, amely egyben a tápfeszültséget is biztosítja az Analóg egység számára. Nyitott áramköri lemez az alábbi elemekkel: 4 bemenetû hibaerõsítõ kiegészítõ idõállandó elemekkel Erõsítés szabályozás és fordulatszámmal (sebességgel) arányos visszacsatolás Bemenet a motormeghajtó teljesítmény erõsítõhöz Szabályozó egymástól független arányos, integrál és differenciál tagokkal Két vagy háromállású szabályozás Egyszerû erõsítés kompenzáció 4

5 Digitális egység A Digitális egység interfészként mûködik a Mechanikai egység és a számítógép között, amely egy IBM vagy azzal kompatibilis számítógép lehet. Az egység részei: A/ és D/A konverterek a bemenõ jelek átalakítására, és amelyek együtt a PWM vezérlésû motormeghajtóval, a be és kimeneti potenciométerekkel valamint a digitális enkóderekkel széles lehetõséget biztosítanak a lineáris vagy digitális rendszerek építésére, tanulmányozására. A számítógép vezérelt kapcsolók a jeleket lehet szétválogatni, ill. az áramköri felépítést módosítani. A Mechanikai egységhez történõ csatalakozást szalagkábel biztosítja, amely egyben a tápfeszültséget is szolgáltatja az egység számára. A számítógép USB portjához történõ csatlakozást USB kábel biztosítja. Csatlakozás IBM vagy azzal kompatibilis számítógéphez 8 utas ki /bemeneti buszok Kiegészítõ vezérlõ bemenetek A/D és D/A konverter lineáris rendszerként történõ mûködtetéshez Lineáris vagy PWM motorhajtás LED kijelzõ a növekményes vagy abszolút enkóderekhez Számítógépes konfigurálás és multiplexelés, kézi kábelezés Mûködési hibák beállítása kapcsolókkal 5

6 Discovery szoftver A Discovery Szoftver együtt a Digitális és Mechanikai egységgel egy nagyon korszerû fejlesztési rendszert képvisel, amely alkalmas arra, hogy a legkülönbözõbb szabályozási gyakorlatok kivitelezhetõk legyenek. A szükséges mûködési elv, az egységek konfigurálása, a gyakorlattal kapcsolatos utasítások, kérdések és válaszok, továbbá a számítógépes mûszerezés, mind egy helyen, a Discovery szoftverben kaptak helyet. A gyakorlatoknál a PC alapú mûszerezés által használt mérõpontok hozzáférhetõk más, egyedi mérõmûszerek számára is, így, ha szükséges a mérések hagyományos mûszerekkel is ellenõrizhetõk. Integrált utasítású és hardware kiegészítéssel mûködõ fejlesztõ rendszer Szolgáltatás: mûködési elv, háttér információ, bekötési utasítások, gyakorlati tanácsok, mûszerezés és ellenõrzõ kérdések Szabad mozgás a képernyõ ablakok között Egér vezérelt, legördülõ menük, mûködés Microsoft Windows 98/2000/XP/ME operációs rendszer alatt Szervo alapok gyakorló kiegészítõ készülékei A Discovery szoftver olyan IBM PC vagy azzal kompatíbilis számítógépen futtatható, amely eleget tesz az alábbi minimális követelményeknek: Pentium PIII 1 GB processzor 20 GB Hard diszk 128 MB RAM 3.5 floppy meghajtó, 1.44 MB USB Port VGA kártya, 1152x864 felbontás, 32 bit es színmélység Színes monitor mm felbontás / 15 TFT Microsoft Windows98/2000/XP/ME operációs rendszer Szabványos Windows billentyûzet Microsoft Intellipoint egér Kívánságra a Feedback Ltd. a rendszert a szükséges számítógéppel együtt szállítja. Kiegészítõ Digital Servo Workshop Software A Digital Servo Workshop Software egy valós idejû egységgel rendelkezik, amely csatlakozik a Matlab szoftverhez, valamint a Mechanikai és Digitálisegységhez. Ezek segítségével elõállítható egy gyakorló rendszer, amelyhez a szabályzó algoritmus számítógépesen állítható elõ. A megtervezett szabályozó ezután szimulálható, módosítható vagy kivitelezhetõ a valós idejû egység segítségével a Mechanikai egységen. Az így felépített szabályozó mérési eredményei ezután összevethetõk az indulási követelményekkel. A Digital Servo Workshop használatához szükséges szoftverek: MATLAB, SIMULINK, Real Time Workshop, Real Time Windows Target (amely a The MathWorks Inc. Gyártmánya) és Microsoft C++ Professional. Ezek a szoftverek nem képezi részét a Workshop szoftvernek. További részletekért forduljon hozzánk bizalommal! 6

7 Rendelési adatok q Szervo alapok gyakorló USB (33 100, , USB, Discovery szoftver és tápegység) q Analóg szervo gyakorló, USB (33 100, , Discovery Analogue szoftver és tápegység) q Digitális szervo gyakorló, USB (33 100, USB, Discovery Software és tápegység) q Szervo alapok gyakorló upgrade csomag, (azok számára, akik mind az analóg, mind a digitális szabályozást USB s mûködésre akarják átalakítani) q Szervo alapok gyakorló Discovery upgrade csomag, (azok számára, akik a digitális szabályozást USB s mûködésre akarják átalakítani) q Digital Servo Workshop szoftver, (azok számára, akik már rendelkeznek és egységekkel, kivéve a MATLAB szoftvert) Rendeléseket az egyes egységekre külön is elfogadunk! Park Rd, Crowborough, East Sussex, TN6 2QR, England. Tel: +44 (0) Fax: +44 (0) E mail: feedback@fdbk.co.uk Website: 7 Forgalmazó RAPAS kft 1184 Budapest, Üllõi út 315. Tel.: Fax: Internet: e mail: rapas@t online.hu