Irányításelmélet és technika I.



Hasonló dokumentumok
A forgórész az állórész eredő mezejének irányába áll be. Ezt a mágneses erők egyensúlya alapján is követhetjük.

Ipari robotok hajtása

= szinkronozó nyomatékkal egyenlő.

Huroktörvény általánosítása változó áramra

PowerLab Szétszedhetõ elektromos gépek

REZGÉSDIAGNOSZTIKA ALAPJAI

Rendszertan. Visszacsatolás és típusai, PID

Irányítástechnika. II. rész. Dr. Turóczi Antal

Bevezetés a mikrovezérlők programozásába: Léptetőmotorok vezérlése

4. Mérés Szinkron Generátor

Szerszámgépek. 1999/2000 II. félév Dr. Lipóth András által leadott anyagrész vázlata

Felhasználói kézikönyv. Zárt hurkú, léptetőmotoros rendszer, HSS86 típusú meghajtó és 86HSE8N-BC38 motorral.

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Villamosmérnöki Intézet Elektrotehnikai - Elektronikai Intézeti Tanszék

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

Aszinkrongépek működése, felépítése Készítette: Runyai Gábor 2006

Körmozgás és forgómozgás (Vázlat)

Pontszerű test, pontrendszer és merev test egyensúlya és mozgása (Vázlat)

Tanulmányozza az 5. pontnál ismertetett MATLAB-modell felépítést és működését a leírás alapján.

Elektropneumatika. 3. előadás

T Ö R P E M O T O R O K

A tételekhez segédeszköz nem használható.

E - F. frekvenciaváltó gépkönyv. Érvényes: júliustól

3 Tápegységek. 3.1 Lineáris tápegységek Felépítés

Mérôváltó bemenetek és általános beállítások

k u = z p a = = 2880, k M = z p 2πa = (b) A másodpercenkénti fordulatszám n = 1000/60 1/s,

Versenyző kódja: 31 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

Mikrohullámok vizsgálata. x o

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR Robert Bosch Mechatronikai Tanszék

3. számú mérés Szélessávú transzformátor vizsgálata

A műszaki rezgéstan alapjai

Digitális szervo hajtások Dr. Korondi, Péter Dr. Fodor, Dénes Décsei-Paróczi, Annamária

Elektromechanika. 5. mérés. Egyenáramú motor mérése

VIZSGABIZTOS KÉPZÉS. 09_2. Kormányzás. Kádár Lehel. Budapest,

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 1.

Feladatok GEFIT021B. 3 km

Tantárgy: TELJESÍTMÉNYELEKTRONIKA Tanár: Dr. Burány Nándor Tanársegéd: Mr. Divéki Szabolcs 3. FEJEZET

2.1 Fizika - Mechanika Rezgések és hullámok. Mechanikai rezgések és hullámok Kísérletek és eszközök mechanikai rezgésekhez és hullámokhoz

Mechatronikai berendezések tervezése Dr. Huba, Antal Dr. Aradi, Petra Czmerk, András Dr. Lakatos, Béla Dr. Chován, Tibor Dr.

GRUNDFOS KEZELÉSI UTASÍTÁSOK. Hydro Multi-E. Telepítési és üzemeltetési utasítás

Ellenáll. llások a. ltség. A szinuszosan váltakozv U = 4V U = 4V I = 0,21A

FEDÉLZETI INERCIÁLIS ADATGYŰJTŐ RENDSZER ALKALMAZÁSA PILÓTA NÉLKÜLI REPÜLŐGÉPEKBEN BEVEZETÉS

Kovács Ernő 1, Füvesi Viktor 2

ÍRÁSBELI FELADAT MEGOLDÁSA

Széchenyi István Egyetem. Alkalmazott Mechanika Tanszék

DT920 Fordulatszámmérő

Alkalmazott fizika Babák, György

Elektromágneses szivattyú PMA -1

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK ÉRETTSÉGI VIZSGA I. RÉSZLETES KÖVETELMÉNYEK

Szóbeli vizsgatantárgyak

Mutatós műszerek. Lágyvasas műszer. Lapos tekercsű műszerek. Kerek tekercsű műszerek

Kiegészítés a Párbeszédes Informatikai Rendszerek tantárgyhoz

KÖZLEKEDÉSMÉRNÖKI ÉS JÁRMŰMÉRNÖKI KAR

Elektromos fűtők vezérlőegységei Kezelési és karbantartási útmutató

Mechatronikai rendszerek speciális érzékelői és aktuátorai

Profi2A Axis Driver (telepítés)

MÛSZERKÖNYV KDD MIKROPROCESSZOROS DIGITÁLIS MÉRÕ ÉS MONITOR MÛSZER

Hajtásszabályozások BMEVIVEM175 Schmidt, István Veszprémi, Károly

A nagy teljesítõképességû vektorhajtások pontos paraméterszámításokat igényelnek

Dr. Kuczmann Miklós SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM MŰSZAKI TUDOMÁNYI KAR. Győr, 2009

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Egyszabadságfokú mechanikai rendszer irányítása nyílt hurkú vezérlés

Tanulói munkafüzet. FIZIKA 11. évfolyam emelt szintű tananyag egyetemi docens

Általános tudnivalók. Rendszerfelépítés

Villamosgépek. összefoglaló kivonat az Elektrotechnika III. tantárgy el adásaiból Dr. Kloknicer Imre egy. adj., okl. eá. vill.

2. tartály tele S3 A tartály tele, ha: S3=1 I tartály tele S5 A tartály tele, ha: S5=1 I 0.4

H - I - J. frekvenciaváltó gépkönyv

H - I - J. frekvenciaváltó programozási kézikönyv. V szoftververziótól. Alapítva: 1984

5 Egyéb alkalmazások. 5.1 Akkumulátorok töltése és kivizsgálása Akkumulátor típusok

LPT illesztőkártya. Beüzemelési útmutató

Szivattyú- és ventilátorvezérlı alkalmazás

Jelek és Rendszerek 2. Kidolgozott Témakörök

Digitális számítógép. Mechatronikai berendezés általános felépítése Intelligens termékek elemei. Mechatronikai struktúra. Hajtások és vezetékek

Kezelési útmutató az STA 1 szekcionális meghajtóhoz

BIGONDRY FASZÁRÍTÓ BERENDEZÉS LEMHT

A FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ SZÓBELI ÉRETTSÉGI VIZSGA TÉTELEINEK TÉMAKÖREI MÁJUSI VIZSGAIDŐSZAK

8. A paraméterek leírása

Technológia funkciók Számláló, PWM

Logisztikai manipulátor szerkezetének vizsgálata vezérlésének megtervezése

A rendszerbe foglalt reléprogram 1954 óta. Újdonságok nyara

Hidraulika. 5. előadás

Mosógépmotor bekötése

Fordulatszámmérő és szabályozó áramkör tervezése egyenáramú kefés motorhoz

2. fejezet: Aszinkron gépek

8.4. Elektronikusan irányított dízelbefecskendező rendszerek (Negyedik rész Bosch VE EDC rendszer III.)

MÉRÉSTECHNIKA I. Laboratóriumi mérések


Drágán üzemelnek a régi motorok

A stabil üzemű berendezések tápfeszültségét a hálózati feszültségből a hálózati tápegység állítja elő (1.ábra).

Robotika. 3. Érzékelés Magyar Attila. Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék

Váltakozó áramú generátor, egyenáramú motor, léptető motor vizsgálata

Elektronika I. Dr. Istók Róbert. II. előadás

Kúpfogaskerék lefejtése léc-típusú szerszámmal

Mach3 tananyag. Egyszerű háromtengelyű marógép beállítása. A Mach3 2.5 szoftver alapján

Merülő hőmérsékletszabályozó

Név:...EHA kód: tavasz

Öntözőszivattyúk szabályozása frekvenciaváltóval

4.Modul 1. Lecke1, Villamos gépek fogalma, felosztása

Elektrotechnika. 10. előadás. Összeállította: Dr. Hodossy László

Analóg helyzetvezérelt szelepmozgató motorok AME 435

Felhasználói kézikönyv

Átírás:

Irányításelmélet és technika I. Elektromechanikai rendszerek dinamikus leírása Magyar Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék amagyar@almos.vein.hu 2010 március 26.

Áttekintés Egyenáramú szervomotorok 1 Egyenáramú szervomotorok DC szervomotorok armatúra vezérlése 2 Léptetőmotorok 3 Léptetőmotorok matematikai modellezése 4 Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei 5 Példák Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 2 / 29

Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Az egyik legelterjedtebb eszköz nagy pontosságú pozicionáló feladatok megoldására Kis mechanikai és elektromos időállandók (gyors dinamika) Kiterjedt lineáris működési tartomány Könnyű vezérelhetőség Alkalmazás ipari robotkarok mobil robotok Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 3 / 29

Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervomotorok Egyenáramú szervómotor szögelfordulása, vagy szögsebességének szabályozása mező gerjesztőáramával (nagy időállandó) tekercs (armatúra) áramával A vezérlés gyakran elektromos mozgásvezérlővel (szervovezérlő) történik pont-pont pozícionálás sebesség profil alapján gyorsulás profil alapján vezérlés PWM jelekkel Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 4 / 29

Egyenáramú szervomotorok DC szervomotorok armatúra vezérlése DC szervomotorok armatúra vezérlése R a = armatúra ellenállás, [Ω] L a = armatúra induktivitás, [H] i a = armatúra áram, [A] i f = mező áram, [A] u f = armatúra feszültség, [V] u b = indukált feszültség (Lentz), [V] θ = motor tengely elfordulási szöge, [rad] T = motor által kifejtett nyomaték, [Nm] J = a motor és a terhelés együttes tehetetlenségi nyomatéka a tengelyre nézve, [kgm 2 ] b = viszkózus súrlódási együttható, [Nm/rad/s] Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 5 / 29

Egyenáramú szervomotorok DC szervomotorok armatúra vezérlése DC szervomotorok armatúra vezérlése Motor nyomatéka, ha i f konstans: T = Ki a, ahol K a nyomatékállandó Ha az armatúra forog, feszültség indukálódik benne, ami állandó feszültség mellett egyenesen arányos a szögsebességgel: u b = K b dθ dt Az armatúra hurokegyenlete (a motort u a -val vezéreljük): di a L a dt + R ai a + u b = u a Mozgásegyenlet (motor forgása): J d 2 θ dt + b dθ dt = T = Ki a Bemenet: u a, kimenet: θ Laplace-transzformáltak: K b sθ(s) = U b (s) (L a s + R a )I a (s) + U b (s) = U a (s) (Js 2 + bs)θ(s) = KI a (s) H(s) = Θ(s) U a(s) Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 6 / 29

Egyenáramú szervomotorok DC szervomotorok armatúra vezérlése DC szervomotorok armatúra vezérlése Átviteli függvény: H(s) = K s[l a Js 2 + (L a b + R a J)s + R a b + KK b ] L a általában kicsi, ezért elhanyagolható: H(s) = K s(r a Js + R a b + KK b ) = ( s K R aj s + Rab+KK b R aj Motor erősítési tényezője: K m = K/(R a b + KK b ) Motor időállandója: T m = R a J/(R a b + KK b ) ) = Kis R a és J értékek mellett a motor integrátorként működik K m s(t m s + 1) Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 7 / 29

Áttekintés Léptetőmotorok 1 Egyenáramú szervomotorok 2 Léptetőmotorok Léptetőmotorok alkalmazási területei Terminológia 3 Léptetőmotorok matematikai modellezése 4 Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei 5 Példák Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 8 / 29

Léptetőmotorok Léptetőmotorok Digitális jeleket alakít fix szögelfordulásokká (pl. 0.9, 1.8, 3.6,...) Inkrementális mozgások megvalósítására Nagyon pontos pozíciószabályozást lehet vele elérni, visszacsatolás nélkül (!) Nem probléma a gyakori megállás, indulás, irányváltás Impulzus hiányában stabilan tartja a pozíciót (nulladrendű tartószerv) Szinkron motor, speciális vezérléssel Akár 1200 impulzus/s-al (pps) is meghajtható Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 9 / 29

Léptetőmotorok Léptetőmotorok alkalmazási területei Léptetőmotorok alkalmazási területei Olyan alkalmazásokban elterjedt, ahol gyors, pontos, és ismétlődő mozgások vannak jelen Floppy meghajtók Lapadagoló egységek, printerek Scannerek NC marógépek x y pozícionálása, gravírozógépek Robotkarok Karóra (másodpercmutató mozgatása) Szelepek vezérlése Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 10 / 29

Léptetőmotorok Léptetőmotorok alaptípusai Léptetőmotorok alkalmazási területei Változó reluktanciájú léptetőmotor: tekercselt állórész forgórésze fogazott lágyvas állórész pólusainak száma különbözik a forgórész fogainak számától egyenárammal gerjesztett tekercsek Állandó mágneses léptetőmotor tekercselt állórész forgórésze állandó mágnes, váltakozva észeki és déli pólusokra felmágnesezve intenzívebb mágneses tér - nagyobb nyomaték Hibrid léptetőmotor tekercselt állórész forgórésze fogazott lágyvas és állandó mágnes Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 11 / 29

Terminológia Léptetőmotorok Terminológia Egy impulzus hatására a motor fix szögelfordulással válaszol - lépésszög A teljes fordulathoz szükséges lépések száma - lépésszám (lépésszám {2,..., 1000} A bemeneti impulzussorozat frekvenciája - impulzusráta (pps, pulses per second) Motor lépéseinek frekvenciája - lépésráta (sps, steps per second) Tartónyomaték - az a nyomaték amit a motor álló állapotban szolgáltatni tud Start-stop görbe - azt a maximális terhelőnyomatékot mutatja, amellyel a motor adott frekvencián lépésvesztés nélkül működni (elindulni, megállni, irányt változtatni) képes Határgörbe - azt a maximális terhelőnyomatékot mutatja, amellyel a motor adott frekvencián lépésvesztés nélkül működni képes (de elindulni, megállni, irányt változtatni nem) Maximális start-stop frekvencia - az a maximális frekvencia, amellyel a motor terhelés nélkül elindítható, és még egy lépésen belül megállítható Maximális határfrekvencia - az a maximális frekvencia, amelyre a motor terhelés nélkül felgyorsítható Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 12 / 29

Léptetőmotorok matematikai modellezése Áttekintés 1 Egyenáramú szervomotorok 2 Léptetőmotorok 3 Léptetőmotorok matematikai modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok Változó reluktanciájú léptetőmotorok mat. modellezése 4 Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei 5 Példák Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 13 / 29

Léptetőmotorok matematikai modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok Változó reluktanciájú léptetőmotorok Háromfázisú tekercselés Északi pólusok: 1, 2, 3 Déli pólusok: 1, 2, 3 Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 14 / 29

Léptetőmotorok matematikai modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok Változó reluktanciájú léptetőmotorok működése Az elektromos vezérlőegység adott impulzus hatására megfelelő áramot hajt keresztül az 1-es és 1 -es tekercseken A gerjesztett mágneses mező hatására a forgórész 1-es foga az állórész 1-es pólusának irányába áll stb. Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 15 / 29

Léptetőmotorok matematikai modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok mat. modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok mat. modellezése léptetőmotor rendszer bemenete és kimenete a Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 16 / 29

Léptetőmotorok matematikai modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok mat. modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok mat. modellezése Keresendő: θ i és θ o kozötti átviteli függvény Energiamérleg dt idő alatt: elektromos = mechanikai + mágneses, azaz: ui dt = T dθ + d( 1 2 i 2 L 1 ) u : tekercsben indukálódott feszültség i : az adott fázis árama L 1 : 1-es tekercs önindukciós együtthatója T : generált nyomaték θ : rotor szögelfordulása Leosztva dt-vel és kihasználva, hogy u = d dt L 1i: T = 1 2 i 2 dl 1 dθ Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 17 / 29

Léptetőmotorok matematikai modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok mat. modellezése Változó reluktanciájú léptetőmotorok mat. modellezése Mivel a valóságban több (p) póluspár van, θ e = pθ θ e - elektromos szög θ - mechanikai szög A motor kialakítása miatt az induktivitás térbeli eloszlása szinuszos L 1 = L 0 + L cos(2pθ) A nyomaték: T = i 2 Lp sin(2pθ) Mozgásegyenletek: J d 2 θ dt 2 + b dθ dt = i 2 Lp sin(2pθ) Mivel kis θ szögekre sin(θ) θ, és θ = θ i θ o (θ i és i konstans) J d 2 θ o dt 2 + b dθ o dt + 2Lp2 i 2 θ o = 2Lp 2 i 2 θ i Átviteli függvény - másodrendű dinamika: H(s) = Θ 0(s) Θ i (s) = 2Lp 2 i 2 Js 2 + bs + 2Lp 2 i 2 Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 18 / 29

Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei Áttekintés 1 Egyenáramú szervomotorok 2 Léptetőmotorok 3 Léptetőmotorok matematikai modellezése 4 Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei Egyfázisú gerjesztés Kétfázisú gerjesztés Féllépéses gerjesztés Mikrolépéses gerjesztés Visszacsatolt léptetőmotorok 5 Példák Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 19 / 29

tekercsek kihasználtága nem hatékony a többi módszerhez képest a nyomaték kicsi oszcillál a kimenőjel Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 20 / 29 Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei Egyfázisú gerjesztés Egyfázisú gerjesztés

Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei Kétfázisú gerjesztés Kétfázisú gerjesztés nagyobb nyomaték kevésbé oszcillál a kimenőjel Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 21 / 29

Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei Féllépéses gerjesztés Féllépéses gerjesztés Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 22 / 29

Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei Mikrolépéses gerjesztés Mikrolépéses gerjesztés Az egész- és fél lépéses gerjesztésnél pontosabb pozícionálást biztosít 1 10, 1 16, 1 32, 1 125 lépések is megvalósíthatók Bonyolultabb vezérlés fázisonként különböző fázisáramokkal Kisebb nyomaték leadására képes Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 23 / 29

Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei Visszacsatolt léptetőmotorok Visszacsatolt léptetőmotorok Ha túl nagy a terhelés, vagy túl nagyfrekvenciájú a bemeneti impulzussorozat, a léptetőmotor lépést veszít, nem képes tartani a szinkront Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 24 / 29

Áttekintés Példák 1 Egyenáramú szervomotorok 2 Léptetőmotorok 3 Léptetőmotorok matematikai modellezése 4 Léptetőmotorok gerjesztésének módszerei 5 Példák Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 25 / 29

Példa 1 Példák Határozzuk meg az u a -ról θ 2 -re vonatkozó átviteli függvényt az alábbi szervomotor esetében! Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 26 / 29

Példa 1 Példák Motor nyomatéka, ha i f konstans: T = Ki a, ahol K a nyomatékállandó Ha az armatúra forog, feszültség indukálódik benne, ami állandó feszültség mellett egyenesen arányos a szögsebességgel: u b = K b dθ 1 dt Az armatúra hurokegyenlete (a motort u a -val vezéreljük): R a i a + u b = u a A motor tengelyére vonatkozó eredő tehetetlenségi nyomaték ( ) 2 n1 J e = J 1 + J 2 Mozgásegyenlet (motor forgása): Bemenet: u a, kimenet: θ 2 n 2 J e d 2 θ dt + b dθ dt = T = Ki a Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 27 / 29

Példa 1 Példák Laplace-transzformáltak: K b sθ 1 (s) = U b (s) R a I a (s) + U b (s) = U a (s) (J e s 2 + bs)θ 1 (s) = KI a (s) Rendezve: ( J e s 2 + KK ) b Θ 1 (s) = K U a (s) R a Kihasználva, hogy Θ 1 (s)/θ 2 (s) = n 2 /n 1 ( J e s 2 + KK ) b n2 Θ 2 (s) = K U a (s) R a n 1 R a A keresett átviteli függvény: H(s) = Θ 2(s) U a (s) = R a n1 n 2 K (R a [ J 1 + ( n1 n 2 ) 2 J2 ] s + KK b ) s Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 28 / 29

Példa 2 Példák Léptetőmotorunk lépésszöge 1.8, a rotor tehetetlenségi nyomatéka 0.01 kgm 2. Határozza meg, mekkora motornyomatékra van szükség ahhoz, hogy a 0.74 kgm 2 tehetetlenségi nyomatékkal rendelkező terhelést 0.5 s alatt nyugalmi helyzetből 500 lépés/s-re gyorsítsa! Tudjuk (Newton II.), hogy T = Jα T a keresett nyomaték [Nm] J a rotor és a terhelés együttes tehetetlenségi nyomatéka [kgm 2 ] α a szöggyorsulás [rad/s 2 ] Szöggyorsulás = szögsebesség változási sebessége: α = 500 π 1.8 rad/s 2 0.5 180 Az eredő nyomaték J = 0.74 + 0.01 kgm 2 Ebből a nyomaték T = Jα = 0.75 500 0.5 π 1.8 180 = 23.561 Nm 50 Nm Magyar A. (Pannon Egyetem) Irányításelmélet 2010 március 29 / 29