Ćwiczenie EA7b. Silniki skokowe i ich sterowanie

Transkrypt

1 Ćwiczenie EA7b Silniki skokowe i ich sterowanie Program ćwiczenia: 1. Wyznaczenie maksymalnej częstotliwości rozruchowej silnika skokowego 2. Wyznaczenie maksymalnej częstotliwości pracy silnika skokowego 3. Opracowanie trajektorii ruchu silnika 4. Realizacja opracowanej trajektorii ruchu 5. Porównanie przebiegów zadanych z pomiarowymi Dane znamionowe silnika: Typ: 23LM-C (prod. Minibea Co. Ltd.) I N = 0.69 A, U N = 8 V, R pasma = 2.5, L pasma = 6 mh, skok 1.8, J = kgm 2 Literatura: J. Rusek "Elektrotechnika z elementami napędów", Wydawnictwa AGH 1993 R. Sochocki "Mikromaszyny elektryczne", Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej 1996 T. Wróbel Silniki skokowe, WNT strony producenta badanego silnika - oferta silników skokowych, sterowników i osprzętu do nich firmy Wobit (producent sterownika) Uwagi wykonawcze: 1. Prąd maksymalny pasma silnika nie powinien przekraczać wartości znamionowej 0.69 A 2. Napięcie stałe zasilające sterownik silnika musi być mniejsze niż 40 V i większe niż 12 V (zaleca się 21 V) 1

2 1. Cel i przedmiot ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie Studentów z własnościami ruchowymi silników skokowych oraz metodami konstrukcji i realizacji trajektorii ruchu silników wykonawczych (tutaj: silnika skokowego), w aplikacjach typu serwonapędowego. Zastosowany w ćwiczeniu silnik jest typowym, 2-pasmowym silnikiem skokowym hybrydowym, tzn. takim, którego moment elektromagnetyczny jest generowany dzięki magnesom trwałym na wirniku i asymetrii magnetycznej (uzębieniu) wirnika i stojana. Sterownik SIC184 poznańskiej firmy Wobit ( daje możliwość generacji dowolnej trajektorii ruchu, której każdy etap (rozruch praca hamowanie) opisany jest wartością prędkości obrotowej i przyspieszenia/opóźnienia kątowego, przy czym można zadać całkowite przesunięcie do zrealizowania przez silnik. Sterownik udostępnia możliwość pracy mikroskokowej silnika, przy napięciowym sterowaniu jego pasm (faz). 2. Wykonanie ćwiczenia Schemat układu aplikacyjnego sterownika przedstawiono na rysunku 1. W ćwiczeniu wykorzystuje się komputer PC stacjonarny, który jest połączony przez łącze USB ze sterownikiem. Zasilanie sterownika (12 40 V DC podawane na wejście Uz proszę uważać na biegunowość napięcia; w ćwiczeniu 21 V DC ) pochodzi z regulowanego zasilacza laboratoryjnego. Pasma silnika są podłączone do wyjść A, B sterownika, ale do wyprowadzonych koło sterownika zacisków (A 1, A 2 dla pasma A i B 1, B 2 dla pasma B) trzeba przyłączyć wejścia halotronowych przekładników prądowych, co umożliwi rejestrację prądów pasm silnika. Wyjścia przekładników podłączone są do karty pomiarowej w komputerze PC. Rejestracje prądów wykonuje się w pakiecie DasyLab, za pomocą przygotowanego panelu pomiarowego Hybryd.dsb. Na stanowisku nie ma ani enkodera, ani zewnętrznych przycisków Start i Stop, widocznych na rysunku 1 napęd jest uruchamiany i zatrzymywany z komputera, bez pomiaru położenia wirnika. Rys.1. Przykładowy układ aplikacyjny sterownika SIC184 2

3 Ad. 1 Do konfigurowania pracy sterownika służy firmowy program SIC184.EXE (na pulpicie komputera). Program ten komunikuje się ze sterownikiem SIC184 przez port USB. Najpierw należy uruchomić program SIC184.EXE, a dopiero potem załączyć napięcie zasilające (21V DC z laboratoryjnego zasilacza napięcia stałego) na sterownik. Wówczas program znajdzie sterownik przez USB, co jest sygnalizowane w okienku Status programu SIC184.EXE. Jeżeli sterownik pracuje prawidłowo w sensie sprzętowym, to podczas jego pracy świecą się światłem ciągłym 2 diody LED: czerwona (sterownik zasilony) i zielona (sterownik gotowy do pracy). Rysunki 2 i 3 przedstawiają 2 wykorzystywane w ćwiczeniu zakładki programu: Konfiguracja i Sterowanie. W zakładce Konfiguracja należy ustawić: prąd maksymalny pasma silnika (znamionowe 0.69 A), tzw. autoredukcję prądu, czyli wartość prądu pasma ustawianą przez sterownik, gdy silnik jest zatrzymany (należy ustawić tak mało jak tylko się da, żeby silnik się nie grzał na postoju), znamionowy skok (krok) silnika (1.8 czyli 200 skoków/obrót), podział kroku (na 2, niestety nie ma możliwości pracy całokrokowej) i zaznaczyć opcję brak enkodera. Należy też ustawić Domyślne parametry ruchu: Prędkość min = obr/s, Prędkość maks = 1 obr/min, Przyspieszenie = 100 obr/s 2 oraz podać rozdzielczość enkodera = 10, mimo że go nie ma (błąd oprogramowania). W zakładce Sterowanie należy ustawić Parametry ruchu: Prędkość min (0.001 obr/s, niestety nie da się ustawić 0), Prędkość maks (zmieniana w trakcie realizacji tego punktu ćwiczenia, można zacząć od 1 obr/s), Przyspieszenie (maksymalne możliwe, np. 100 obr/s 2, co de facto oznacza start z pełną częstotliwością skoków). Finalnie należy nacisnąć przycisk Ustaw, znajdujący się pod podanymi wartościami. Następnie należy ustawić Pozycję zadaną 5 obrotów do wykonania przez silnik, nacisnąć Reset pozycji (naliczonej przez sterownik do tej pory) i wystartować napęd przyciskiem Ustaw. Do natychmiastowego zatrzymania napędu służy duży, czerwony przycisk w prawym, dolnym rogu zakładki, a także przycisk Stop koło przycisku Reset pozycji. Wartość Prędkość maks należy podnosić co 1 obr/s (przy zatrzymanym silniku), aż do znalezienia takiej wartości, przy której silnik nie rusza. Wówczas należy określić ją dokładniej, z rozdzielczością 0.1 obr/s. Należy wykonać rejestracje przebiegów prądów silnika przy 3 wartościach nastawy Prędkość maks: zbliżonej do maksymalnej, przy której silnik jeszcze rusza i normalnie się kręci, połowy tej wartości i 10% tej wartości. W tym celu należy uruchomić panel pomiarowy hybryd.dsb (środowisko DasyLab), załączyć w nim zapis przebiegów prądów do zbioru i wystartować napęd. Uwaga: przed uruchomieniem panelu należy zmienić nazwę pliku rejestracyjnego na własną, w obiekcie Write File panelu pomiarowego, a także ustawić częstotliwość próbkowania prądów 40 khz. 3

4 Rys. 2. Zakładka Konfiguracja programu SIC184.EXE 4

5 Rys. 3. Zakładka Sterowanie programu SIC184.EXE Ad. 2. Wyznaczenie maksymalnej częstotliwości pracy wykonuje się przez zadanie stałego przyspieszenia napędu na tyle małego, żeby jego moment bezwładności nie miał wpływu na wartość tej częstotliwości. Może to być obr/s 2 (Przyspieszenie). Pozycję zadaną należy ustawić maksymalnie dużą, np obrotów, podobnie jak Prędkość maks, np. 100 obr/s. Nastawy te mają zapewnić bardzo powolne rozpędzanie silnika i bez końca, aby można było wychwycić wartość prędkości, przy której zacznie on gubić kroki. Pozostałe nastawy pozostają bez zmian w stosunku do punktu 1 ćwiczenia. Następnie należy uruchomić napęd prędkość napędu zacznie (powoli) narastać liniowo w czasie. Przy pewnej wartości prędkości silnik zacznie gubić kroki należy odnotować tą wartość z zakładki Sterowanie i zatrzymać napęd. 5

6 Ad. 3, 4. Rejestracje wykonuje się dwukrotnie, tj. dla ustawionych 2 mikroskoków/skok i dla 8 mikroskoków/skok. Proponowana trajektoria ruchu jest następująca: Prędkość min = obr/s, Prędkość maks = 1 obr/s, Przyspieszenie = 0.3 obr/s 2, Pozycja zadana = 5 obrotów, ustawiane w zakładce Sterowanie jako Parametry ruchu. Jest to więc trajektoria trapezowa, w sensie trapezowej rampy prędkości silnika. Po ustawieniu tych patrametrów należy uruchomić panel pomiarowy hybryd.dsb (środowisko DasyLab), załączyć w nim zapis przebiegów prądu do zbioru i wystartować napęd, po uprzednim wyzerowaniu pozycji. Uwaga: przed uruchomieniem panelu należy zmienić nazwę pliku rejestracyjnego na nową, w obiekcie Write File panelu pomiarowego, a także ustawić częstotliwość próbkowania prądów 5 khz dla 2 mikroskoków/skok i 10 khz dla 8 mikroskoków/skok. Ad. 5 Do wyliczenia zmiany położenia wirnika silnika podczas pracy na zadanej rampie na podstawie rejestracji prądów, służy skrypt MATLAB-owy skok2.m, dla rejestracji dokonanych przy podziale skoku na 2 mikroskoki i analogiczny skrypt skok3.m, dla rejestracji przy podziale skoku na 8 mikroskoków. Produkują one 2 rysunki (analogicznie do skryptu skok1.m): przebiegu położenia wirnika silnika w czasie i przebiegu prędkości silnika w czasie. Uzyskane przebiegi powinny zostać nałożone na przebiegi zadane, pochodzące z pliku skok1.m. Żeby uzyskać efekt nałożenia na siebie tych dwóch kompletów przebiegów należy uruchomić skrypt skok1.m i następnie uruchomić skok2.m lub skok3.m. Do teoretycznego wyliczenia rampy prędkości silnika (trajektorii ruchu silnika) służy MATLAB-owy skrypt skok1.m, bazujący na równaniach kinematyki ruchu. Przy korzystaniu z pliku należy użyć rampy prędkości opisanej zadanymi sterownikowi wartościami przyspieszenia/opóźnienia kątowego, prędkości minimalnej, maksymalnej i przesunięcia kątowego: a = 0.3 obr/s 2, V min = obr/s, V max = 1 obr/s, x target = 5 obr. 3. Zawartość sprawozdania Sprawozdanie powinno zawierać: 1. Dane znamionowe silnika. 2. Schemat układu ćwiczeniowego. 3. Krótki opis własności i funkcji sterownika SIC Wyznaczone wartości obu maksymalnych częstotliwości skoków silnika. 5. Przebiegi prądów zrejestrowane w punkcie 1 ćwiczenia. Ponieważ są to rejestracje dla stanu ustalonego, wystarczy zamieścić 1-2 okresy tych przebiegów. 6. Zarejestrowane przebiegi czasowe położenia wirnika silnika na tle odpowiednich przebiegów zadanych, z punktu 4 ćwiczenia. 7. Wnioski dotyczące: a) przyczyn zmiany kształtu prądów silnika wraz ze zmianą częstotliwości skoków, b) czynników ograniczających maksymalną częstotliwość rozruchową i maksymalną częstotliwość pracy silnika, c) zgodności zarejestrowanego ruchu silnik z zadaną trajektoria ruchu. 4. Informacje dotyczące silnika i sterownika Instrukcja obsługi sterownika SIC184 jest zawarta w pliku SIC184_instr_ pdf. Producenckie informacje na temat sterowanego silnika i pochodnych konstrukcji znajdują się w pliku HybridSeriesStepMotors.pdf. 6