Serwomechanizmy sterowanie

Transkrypt

1 Serwomechanizmy sterowanie

2 Tryby pracy serwonapędu: - point-to-point, - śledzenie trajektorii (często znanej), - regulacja prędkości. Wymagania: - odpowiedź aperiodyczna, - możliwość ograniczania przyspieszenia i zrywu, - zerowy uchyb ustalony, - niewrażliwy na zmiany parametrów i momentu obciążenia

3 Głównym celem w sterowaniu point-to-point jest wykonanie zadanego ruchu jak najszybciej i przeważnie bez przeregulowania. W aplikacjach śledzenia trajektorii, szczególnie w aplikacjach wieloosiowych ważne jest aby człon wykonawczy był blisko trajektorii zadanej na całej długości. W aplikacjach z regulacją prędkości położenie często nie jest kontrolowane a ruch odbywa się ze stałą prędkością. W aplikacjach takich najważniejsze jest zminimalizowanie wpływu zakłóceń. Dwa pierwsze zadania: point-to-point i śledzenie trajektorii wymagają sterowania położeniem.

4 Struktura układu regulacji serwonapędu Silnik napędowy d/dt Kaskadowa struktura układu regulacji: RI regulator prądu, R regulator prędkości obrotowej, R regulator położenia. Dla uzyskania zerowego uchybu ustalonego (w odpowiedzi na skok) jeden z regulatorów prędkości lub położenia musi mieć człon całkujący. W realizacjach przemysłowych z enkoderem, mierzone jest położenie kątowe a prędkość jest wyliczana (jako pochodna) Serwonapedy przemysłowe są wyposażone w powyżej przedstawiony układ regulacji położenia wału silnika, z enkoderem umieszczonym na wale maszyny. Algorytm sterowania jest zaimplementowany w sterowniku napędu, czyli w przekształtniku. W przypadku konieczności sterowania położeniem obiektu zewnętrznego, serwomechanizm pracuje przeważnie w trybie regulacji prędkości a zewnętrzna pętla regulacji położenia jest realizowana przez zewnętrzny sterownik, np. PLC z odpowiednim wejściem enkoderowym.

5 Model układu regulacji serwonapędu zrealizowany w Matlabie (sterowanie wektorowe) Regulacja strumienia Model silnika PMSM e u U_d U_A A_ref A_PWM U_a w w_m Nr i_sd_ref RI (PI) U_q U_B B_ref B_PWM U_b T_e Gain e u Rteta (P) e u Rw (PID) e RI2 (PI) u w_e U_C U: (d,q) --> (A,B,C) C_ref C_PWM SV PWM T_L U_c T_L PMSM I_a I_b I_c I_A I_B I_C w_e I_d I_q 1 s Integrator q w_e I_sd Constant3 I: (A,B,C) --> (d,q) i_sq i_sd d I_sq Blok odsprzegajacy w_e w_m teta teta_ref 6*pi Regulacja położenia, (prędkości i prądu) PMSM silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (z ang. Permanent Magnet Synchronous Motor)

6 i s q [A] w [rad/s] Regulator prędkości typu PID (z antiwind-up) u/ti1 1 s Fcn Integrator 1 e u*kp1 Fcn2 du/dt Derivative u*td1 Fcn1 Saturation 1 u 12 Przebiegi predkosci 1 8 w ref w Przebieg pradu w osi poprzecznej (q) I sq ref I sq 1 w realizacjach przemysłowych regulator prędkości jest typu PI

7 i s q [A] w [rad/s] teta [rad] Regulator położenia typu P z ograniczeniem prędkości silnika (na wyjściu) Polozenie katowe walu silnika teta 1 u*kp2 ref teta e Fcn2 Saturation Rate Limiter 1 u Przebiegi predkosci Skutek ograniczenia momentu, czyli przyspieszenia Ograniczenie prądu, czyli momentu 2 1 w ref w -1 3 Przebieg pradu w osi poprzecznej (q) -2 Ograniczenie prędkości zadanej I sq ref I sq -1 Wierne odtwarzanie prądu zadanego, bez przeregulowania

8 testy q ref [rad ] 7p 6p,2 13 t [ms]

9 q [rad] Regulacja położenia - wpływ momentu obciążenia 25 Regulacja wychylenia katowego q 2 15 q z obc q bez obc q ref

10 q [rad] Regulacja położenia -zmiana rezystancji maszyny o 5%, bez obciążenia 25 Regulacja wychylenia katowego q 2 15 q +5%R s q -5%R s q ref

11 q [rad] Regulacja położenia -zmiana rezystancji maszyny o 5%, z obciążeniem 25 Regulacja wychylenia katowego q 2 15 q +5%R s q -5%R s q ref

12 q [rad] Regulacja położenia - zmiana momentu bezwładności o 2% 25 Regulacja wychylenia katowego q 2 15 q +2% J q -2% J q ref

13 Struktury układu regulacji serwonapędu stosowane w aplikacjach przemysłowych: 1. P/PI regulator położenia P, prędkości PI, 2. PI/P regulator położenia PI, prędkości P, 3. PID Regulator położenia PID, bez regulatora prędkości, 4. dodatkowy generator trajektorii typu FF, 5. kompensacja wpływu tarcia i sił potencjalnych

14 Struktura P/PI Sprzężenia w przód Generator trajektorii: na podstawie trajektorii zadanego położenia wyliczane są zadane trajektorie prędkości i przyspieszenia (momentu, prądu) i wprowadzane są (z odpowiednimi wzmocnieniami) do układu regulacji W niektórych aplikacjach do węzła regulacji momentu (prądu) wprowadzane są dodatkowe sygnały kompensujące wpływ tarcia i sił potencjalnych

15 Regulacja prędkości

16 Porównanie regulacji z i bez Feed-Forward

17 Porównanie P/PI, PI/P, PID Z porównania wynika, że przy odpowiednim doborze nastaw regulatorów struktury są równoważne.