ZESTAWY EDUKACYJNE. Analogowy System Sterowania Warszawa, Janowskiego 15 tel./fax (22) ,

Transkrypt

1 Analogowy System Sterowania * Notebook nie jest częścią zestawu Zestaw ACS-1000, obejmujący wiele dziedzin techniki, pozwala na objaśnienie podstawowego znaczenia analogowych systemów sterowania. Dotyczy to szczególnie elektrotechniki i budowy maszyn zarówno w procesie projektowania, jak i produkcji. Systemy takie są nieodzowną częścią instalacji i urządzeń przemysłowych. W dziedzinie automatyzacji produkcji ważne zagadnienia optymalizacyjne byłyby praktycznie niemożliwe do realizacji bez techniki sterowania w układach ze sprzężeniem zwrotnym. Wraz z ich rosnącym znaczeniem takie układy sterowania stały się podstawowym przedmiotem w profesjonalnym szkoleniu i uzupełniającej edukacji w wielu zawodach technicznych. W nowo opracowywanych programach kształcenia technika ta zajmuje ważną pozycję, obejmując wiele tematów w planach szkoleń w przemyśle i w szkolnictwie zawodowym.. Charakterystyka Technika sterowania jest ekscytującą dziedziną inżynierii. Zapewnia najszybszą i najlepszą drogę do zrozumienia systemów sterowania usprawniających procesy produkcyjne. Elektroniczne analogowe systemy sterowania i symulacji stały się podstawą zaawansowania technologicznego. Firma K&H opracowała zestaw ACS-1000, aby umożliwić studentom i uczniom obserwację działania regulatorów proporcjonalno-całkująco-różniczkujących (PID), jak również regulatorów z opóźnieniem i wyprzedzeniem fazowym. Modułowy system ACS-1000 jest wystarczająco elastyczny, aby zapewnić możliwość wykonania odpowiednich ćwiczeń praktycznych przez uczniów i studentów na wszystkich poziomach zaawansowania. Kompletne moduły sterujące pomagają studentom w zrozumieniu zasad teorii sterowania i zapoznanie się z praktycznymi aplikacjami sterowania silnikami poprzez wykonanie krok po kroku naszych obszernych programów szkoleniowych. Dostarczamy również moduł oscyloskopu cyfrowego bazujący na komputerze PC, który stanowi interfejs ułatwiający zapoznanie się z metodami rejestracji i analizy danych pomiarowych z poziomu komputera. (Opcja) ACS jest skrótem angielskiej nazwy Analog Control System (Analogowy System sterowania). Nazwę tę przyjętą do określenia laboratoryjnego zestawu edukacyjnego do ćwiczeń praktycznych w ramach kursów techniki sterowania analogowego na poziomie studiów inżynierskich i magisterskich. ACS jest prawdziwym sprzętowym systemem modelowania arytmetycznego Nie tylko zwykły zestaw ćwiczeniowy Graf funkcji sterującej Rzeczywista emulacja sprzętowa Implementacja systemu sterowania Symulacja programowa MATLAB

2 W skład zestawu ACS-1000 wchodzi 17 różnych modułów wtykowych oraz moduł serwomechanizmu z silnikiem DC i układem sterowania ACS Może być dostarczony również z opcjonalnym oscyloskopem cyfrowym ACS Moduły wtykowe wpinane są do systemowej ramki odpowiednio do ćwiczenia, które ma być wykonane. Każdy moduł zestawu ACS-1000 oferuje podstawowe bloki do przeprowadzania różnych eksperymentów. 2. Sterownik typu P - ACS (1) Ciągła regulacja stałej proporcjonalności K p w zakresie (2) Przycisk R-CAL.0 do wyświetlania stałej K p na (3) Przełącznik zakresów K p: x1, x10, x50 3. Sterownik typu I - ACS Specyfikacja systemu 1. Ramka systemowa i moduły 2. Obudowa : 3U/6U, E.I.A., standard Zasilanie : ±15 V DC 4. Gniazda modułów : Podłączanie i rozłączanie modułów pod prądem (1) Ciągła regulacja stałej całkowania K I w zakresie 0~10 (precyzyjny 10-obrotowy potencjometr) (2) Przycisk R-CAL.1 do wyświetlania stałej K I na (3) Przełącznik zakresów K I: x1, x10, x50 4. Sterownik typu D - ACS Informacje do zamówienia (1) Ciągła regulacja stałej różniczkowania K D w zakresie 0~1 (precyzyjny 10-obrotowy potencjometr) (2) Przycisk R-CAL.2 do wyświetlania stałej K D na (3) Wyjście testowe przekroczenia zakresu 5. Wzmacniacz SUM/DIF - ACS Charakterystyka modułów 1. Układ sumacyjny - ACS (1) 3 wejścia dodatnie i 3 wejścia ujemne do sumowania sygnałów analogowych (2) Ciągła regulacja wzmocnienia K w zakresie 0~10 (precyzyjny 10-obrotowy potencjometr) (3) Przycisk R-CAL.3 do wyświetlania stałej K na 6. Układ całkujący - ACS (1) 2 układy sumacyjne sygnałów analogowych (2) Wyjście testowe przekroczenia zakresu (1) Wartość początkowa: -10~+10 (2) Funkcja sterowania synchronicznego (3) Ustawienie stałej T: 1, 10, 100

3 7. Wzmacniacz odwracający - ACS Generator funkcyjny - ACS (1) Jeden bufor odwracający i jeden wzmacniacz odwracający ze wzmocnieniem K regulowanym w zakresie (2) Przycisk R-CAL.4 do wyświetlania stałej K na 8. Wzmacniacz odwracający - ACS-13007A (1) Przebiegi wyjściowe : sinus, trójkąt, prostokąt, skok, DC (2) Impulsy skokowe z funkcją synchronizacji (3) Amplituda ze składową stałą: -10 V ~ +10 V (4) Częstotliwość : 0,1 Hz ~ 10 khz Regulacja ciągła Zakres 1 : 0,1 Hz ~ 1 Hz Zakres 10 : 1 Hz ~ 10 Hz Zakres 100 : 10 Hz ~ 100 Hz Zakres 1K : 100 Hz ~ 1 khz Zakres 10K : 1 khz ~ 10 khz 13. Panel kontroli przekroczenia zakresu - ACS (1) Jeden bufor odwracający i jeden wzmacniacz odwracający ze wzmocnieniem K regulowanym w zakresie (2) Przycisk R-CAL.5 do wyświetlania stałej K na 9. Układ drugiego rzędu - ACS (1) 8 torów detektorów przekroczenia zakresu (2) Wskaźnik diodowy przepełnienia świeci, gdy napięcie wejściowe przekracza ±12,7 V (1) Wykorzystywany do symulacji układów pierwszego i drugiego rzędu (2) Parametry a i b : 0~10 (3) Przyciski R-CAL.6 i R-CAL.7 do wyświetlania parametrów a i b na 7-segmentowym wyświetlaczu ACS Analogowy sterownik mocy - ACS Kompensator LEAD/LAG - ACS (1) Parametry z i p : 0~10 (2) Parametr T : 1, 10, 100 (3) Przyciski R-CAL.8 i R-CAL.9 do wyświetlania parametrów z i p na 7-segmentowym wyświetlaczu ACS (1) Analogowe napięcie wejściowe : 0~±4 V; impedancja wejściowa : 1 kω; wzmocnienie : 3 (2) Analogowe napięcie wyjściowe : 0~±12 V; maks. prąd wyjściowy : 1 A (3) Ograniczanie amplitudy wejściowej : ±12 V (4) Wyjście z zabezpieczeniem przeciwzwarciowym i ogranicznikiem prądu : 1,5 A (5) Adapter przejściowy z 2 mm na BNC 15. Sterownik PWM Serwo DC - ACS Generator sygnałów testowych - ACS (1) Dostarczanie sygnałów do układów sterowania (2) Sygnał skokowy (STEP) z wyjściem dodatnim i ujemnym (3) Sygnał narastający (RAMP) z wyjściem dodatnim (4) Sygnał narastający parabolicznie (PARABOLIC) z wyjściem dodatnim (5) Amplituda ze składową stałą: -10 V ~ +10 V (6) Częstotliwość: (precyzyjny 10-obrotowy potencjometr) Zakres x 1 : 0,05 Hz ~ 10 Hz Zakres x 10 : 0,5 Hz ~ 100 Hz (1) Analogowe napięcie wejściowe : 0~±12 V (2) Impedancja wejściowa : 100 kω (3) Wyjście PWM : 0 ~ ±12 V, sterownik mostkowy PWM, maks. prąd wyjściowy : 1 A (4) Zabezpieczenie z eliminacją zakresu martwego (5) Wyjście z zabezpieczeniem przeciwzwarciowym i ogranicznikiem prądu : 1,5 A

4 16. Napięciowy liniowy czujnik kąta/położenia z buforem - ACS (1) Rezystancja : 1 kω (2) Liniowość : 0,1% (3) Zakres wykrywanego kąta : 0 ~ 350 (4) Kąt do analogowego napięcia wyjściowego : -5 V ~ +5 V (5) Impedancja wyjściowa : 1 kω 17. Moduł kalibracji i testów - ACS (1) Napięcie wejścia analogowego V-TEST : -15V ~ +15V (2) R-CAL : parametry R-CAL.0 ~ R-CAL.9 (3) Wyświetlacz : 3 ½ cyfry; ~19.99 V lub 0,00~100.0 kω 18. Moduł akwizycji danych (DAQ) - ACS Moduł ACS DAQ z interfejsem programowym służy do pomiarów i rejestracji wszystkich przebiegów w trakcie eksperymentów. (1) Kanały Vi1/Vi2 : Zakres wejściowy : X1 : -10 V ~ +10 V X2 : -20 V ~ +20 V Pasmo : 500 Hz Próbkowanie : 2500 S/s (2) Kanał Vo : Zakres wyjściowy : DC -5 V ~ +5 V (3) Złącze : port USB na panelu czołowym Wymagane parametry komputera : (1) Pentium 4 lub wyższy (2) Powyżej 1 GB wolnego miejsca na dysku twardym (3) Napęd DVD do instalacji oprogramowania (4) Dostępny port USB (5) System operacyjny Windows W7/Vista/XP/ Serwo z silnikiem DC i układem sterującym - ACS Moduł Serwo z silnikiem DC służy do kontroli szybkości i położenia. (1) Serwo motor DC (a) Napięcie : 24 V DC (b) Prąd bez obciążenia : 100 ma + 30% (c) Prędkość bez obciążenia : 3800 rpm ± 20% (d) Rezystancja na zaciskach : 11,27 Ω ±15% (e) Indukcyjność na zaciskach : 8,2 mh ±10% (f) Stała momentu obrotowego : Kt = 0,567 kgcm/a ±20% (2) Tachometr sprzężony z wałem silnika (a) Wsteczna SEM : Ke = 6,00 V/Kr.p.m. ±15% (3) Liniowy potencjometr sprzężony reduktorowo do detekcji kąta (a) Współczynnik przekładni : 64 : 1 (b) Impedancja : 1 kω (c) Liniowość : 0,1% (d) Zakres detekcji kąta : 0 ~ 350 (4) Obciążenie wirującego wału silnika serwo (a) Przełącznik obciążenia : High = 100 Gcm, Low = 10 Gcm, OFF = 0 ±20% Lista ćwiczeń 1. Transformata Laplace a 2. Symulacja systemu 3. Błędy stanu ustalonego 4. Systemy pierwszego rzędu 5. Systemy drugiego rzędu 6. Parametry charakterystyk czasowych 7. Efekty zer w układach pierwszego rzędu 8. Efekty zer w układach drugiego rzędu 9. Dominujący biegun w systemach drugiego rzędu 10. Charakterystyki serwomechanizmu z silnikiem DC 11. Sterownik proporcjonalny (P) 12. Kontroler P w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem 13. Sterownik całkujący (I) 14. Kontroler I w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem 15. Sterownik różniczkujący (D) 16. Kontroler D w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem 17. Sterownik proporcjonalno-całkujący (PI) 18. Kontroler PI w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem 19. Sterownik proporcjonalno-różniczkujący (PD) 20. Kontroler PD w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem 21. Sterownik PID (1) Metoda Zieglera-Nicholsa (1) 22. Sterownik PID (2) Metoda Zieglera-Nicholsa (2) 23. Sterownik PID (3) Regulacja położenia 24. Sterownik PID (4) Regulacja szybkości 25. Sterowanie szybkością/ położeniem w układzie zamkniętym ze sterownikiem PID 26. Sterowanie z wewnętrzną pętlą sprzężenia zwrotnego 27. Kompensator z wyprzedzeniem fazy (1) Metoda root-locus 28. Kompensator z wyprzedzeniem fazy (2) Projektowanie 29. Kompensator z opóźnieniem fazy (1) Metoda root-locus 30. Kompensator z opóźnieniem fazy (2) Projektowanie w dziedzinie częstotliwość 31. Kompensatory z wyprzedzeniem i opóźnieniem fazy (1) Metoda root-locus 32. Kompensacja z wyprzedzeniem i opóźnieniem fazy (2) Metoda root-locus 33. Kompensatory z wyprzedzeniem i opóźnieniem fazy (3) Projektowanie w dziedzinie częstotliwości 34. Kompensacja z kasowaniem zer i biegunów 35. Wyznaczanie biegunów układu ze sprzężeniem od stanu

5 Moduły Ćwiczenia ACS ACS ACS ACS ACS ACS ACS ACS-13007A ACS ACS ACS ACS ACS ACS ACS ACS ACS ACS Ćw.1 Transformata Laplace a ACS Ćw.2 Symulacja systemu Ćw.3 Błędy stanu ustalonego Ćw.4 Systemy pierwszego rzędu Ćw.5 Systemy drugiego rzędu Ćw.6 Parametry charakterystyk czasowych Ćw.7 Efekty zer w układach pierwszego rzędu Ćw.8 Efekty zer w układach drugiego rzędu Ćw.9 Dominujący biegun w systemach drugiego rzędu Ćw.10 Charakterystyki serwomechanizmu z silnikiem DC 1 Ćw.11 Sterownik proporcjonalny (P) Ćw.12 Kontroler P w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem Ćw.13 Sterownik całkujący (I) Ćw.14 Kontroler I w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem Ćw.15 Sterownik różniczkujący (D) Ćw.16 Kontroler D w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem Ćw.17 Sterownik proporcjonalno-całkujący (PI) 1 1 Ćw.18 Kontroler PI w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem 1 Ćw.19 Sterownik proporcjonalno-różniczkujący (PD) 1 Ćw.20 Kontroler PD w obwodzie sterowania szybkością/ położeniem Ćw.21 Sterownik PID (1) Metoda Zieglera-Nicholsa (1) 1 1 Ćw.22 Sterownik PID (2) Metoda Zieglera-Nicholsa (2) 1 1 Ćw.23 Sterownik PID (3) Regulacja położenia 1 1 Ćw.24 Sterownik PID (4) Regulacja szybkości Ćw.25 Sterowanie szybkością/ położeniem serwomechanizmu DC w układzie zamkniętym ze sterownikiem PID 1 1 Ćw.26 Sterowanie z wewnętrzną pętlą sprzężenia zwrotnego Ćw.27 Kompensator z wyprzedzeniem fazy (1) Metoda rootlocus Ćw.28 Kompensator z wyprzedzeniem fazy (2) Projektowanie Ćw.29 Kompensator z opóźnieniem fazy (1) Metoda root-locus 1 Ćw.30 Kompensator z opóźnieniem fazy (2) Projektowanie Ćw.31 Kompensatory z wyprzedzeniem i opóźnieniem fazy (1) Metoda root-locus Ćw.32 Kompensacja z wyprzedzeniem i opóźnieniem fazy (2) Metoda root-locus Ćw.33 Kompensatory z wyprzedzeniem i opóźnieniem fazy (3) Projektowanie w dziedzinie częstotliwości 1 Ćw.34 Kompensacja z kasowaniem zer i biegunów Ćw.35 Wyznaczanie biegunów układu ze sprzężeniem od stanu 1. Moduł opcjonalny: ACS Opcjonalne oprogramowanie: MATLAB