Sterowanie napędów maszyn i robotów



Podobne dokumenty
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Sterowanie napędów maszyn i robotów

Sterowanie napędów maszyn i robotów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Dobór silnika serwonapędu. (silnik krokowy)

Napędy elektromechaniczne urządzeń precyzyjnych - projektowanie. Ćwiczenie 3 Dobór mikrosilnika prądu stałego do układu pozycjonującego

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 3 Dobór silnika skokowego do pracy w obszarze rozruchowym

Mechatronika i inteligentne systemy produkcyjne. Aktory

Zasady doboru mikrosilników prądu stałego

PROJEKTOWANIE MECHATRONICZNE UKŁADY NAPĘDOWE OBRABIAREK

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

OSIE ELEKTRYCZNE SERII SHAK GANTRY

Ćwiczenie 1. Badanie aktuatora elektrohydraulicznego. Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów Przemysłowych - laboratorium. Instrukcja laboratoryjna

OSIE ELEKTRYCZNE SERII SVAK

SYSTEMY ENERGETYKI ODNAWIALNEJ

Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego do napędu bezpośredniego przy pracy w warunkach ustalonych

Egzamin 1 Strona 1. Egzamin - AR egz Zad 1. Rozwiązanie: Zad. 2. Rozwiązanie: Koła są takie same, więc prędkości kątowe też są takie same

PRACA PRZEJŚCIOWA SYMULACYJNA. Zadania projektowe

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Napęd hydrauliczny

Roboty manipulacyjne i mobilne. Roboty przemysłowe zadania i elementy

Napęd pojęcia podstawowe

Napęd elektryczny. Główną funkcją jest sterowane przetwarzanie energii elektrycznej na mechaniczną i odwrotnie

Wpływ tarcia na serwomechanizmy

Młody inżynier robotyki

Napęd pojęcia podstawowe

Siłownik liniowy z serwonapędem

Sterowanie układem zawieszenia magnetycznego

SILNIK KROKOWY. w ploterach i małych obrabiarkach CNC.

SIŁOWNIKI ŚRUBOWE FIRMY INKOMA - GROUP

PRZETWORNIKI POMIAROWE

Ćwiczenie 2 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

Matematyczne modele mikrosilników elektrycznych - silniki prądu stałego

Cel ćwiczenia. Przetwornik elektromagnetyczny. Silniki krokowe. Układ sterowania napędu mechatronicznego z silnikiem krokowym.

Próby ruchowe dźwigu osobowego

Twój partner w potrzebie Balice, ul. Krakowska 50 tel.: , fax: sales@admech.pl

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną


Sterowanie napędów maszyn i robotów

Kinematyka manipulatora równoległego typu DELTA 106 Kinematyka manipulatora równoległego hexapod 110 Kinematyka robotów mobilnych 113

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

BADANIA PNEUMATYCZNEGO SIŁOWNIKA BEZTŁOCZYSKOWEGO

Badanie silnika bezszczotkowego z magnesami trwałymi (BLCD)

Wymagania konieczne ( na ocenę: dopuszczający)

Serwomechanizmy sterowanie

Automatyka i Regulacja Automatyczna SEIwE- sem.4

DOSTAWA WYPOSAŻENIA HAMOWNI MASZYN ELEKTRYCZNYCH DLA LABORATORIUM LINTE^2 OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Badanie powtarzalności pozycjonowania robota IRp-6

Mikrosilniki prądu stałego cz. 2

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

SIŁOWNIKI ŚRUBOWE FIRMY INKOMA - GROUP

Ćwiczenie 6 IZOLACJA DRGAŃ MASZYNY. 1. Cel ćwiczenia

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Materiały pomocnicze do ćwiczeń laboratoryjnych

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

PRZEKŁADNIE CIERNE PRZEKŁADNIE MECHANICZNE ZĘBATE CIĘGNOWE CIERNE ŁAŃCUCHOWE. a) o przełożeniu stałym. b) o przełożeniu zmiennym

Serwomechanizm - zamknięty układ sterowania przemieszczeniem, o strukturze typowego układu regulacji. Wartość wzorcowa porównywana jest z

Wykład 1. Serwonapęd - układ, którego zadaniem jest pozycjonowanie osi.

Instrukcja do ćwiczenia 6 REGULACJA TRÓJPOŁOŻENIOWA

Układy napędowe maszyn - opis przedmiotu

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej. Laboratorium MASZYN I URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH. Nr 2

Softstart z hamulcem MCI 25B

Pomiar prędkości obrotowej

Zautomatyzowane systemy produkcyjne Kod przedmiotu

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 2. Analiza kinematyczna napędu z przekładniami

Lista zagadnień kierunkowych pomocniczych w przygotowaniu do egzaminu dyplomowego magisterskiego Kierunek: Mechatronika

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

Zasady i kryteria zaliczenia: Zaliczenie pisemne w formie pytań opisowych, testowych i rachunkowych.

Rozszerzony konspekt preskryptu do przedmiotu Podstawy Robotyki

Struktura układu pomiarowego drgań mechanicznych

Laboratorium Maszyny CNC

Opracować model ATP-EMTP silnika indukcyjnego i przeprowadzić analizę jego rozruchu.

Ćwiczenie EA5 Silnik 2-fazowy indukcyjny wykonawczy

Silnik AFB AKN. Jałowy bieg (ciepły silnik, temperatura płynu chłodzącego nie niższa niż 80 C. Numer 0 (dziesiętne wartości wskazań)

Teoria maszyn mechanizmów

MiAcz3. Elektryczne maszynowe napędy wykonawcze

Laboratorium Maszyny CNC. Nr 3

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

PR kwietnia 2012 Mechanika Strona 1 z 5. XTS (extended Transport System) Rozszerzony System Transportowy: nowatorska technologia napędów

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

Softstarty MCI - układy łagodnego rozruchu i zatrzymania

Mechanika ruchu / Leon Prochowski. wyd. 3 uaktual. Warszawa, Spis treści

Dla nowoczesnych zespołów napędowych TOOLFLEX. Sprzęgło mieszkowe TOOLFLEX RADEX-NC ROTEX GS

Mikrosilniki prądu stałego cz. 2

STANOWISKOWE BADANIE ZESPOŁU PRZENIESIENIA NAPĘDU NA PRZYKŁADZIE WIELOSTOPNIOWEJ PRZEKŁADNI ZĘBATEJ

PRZED PRZYSTĄPIENIEM DO ZAJĘĆ PROSZĘ O BARDZO DOKŁADNE

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Wymagania edukacyjne dla uczniów kl. IV f TE ZS Nr 1 w Olkuszu

1. Zasady konstruowania elementów maszyn

SPRZĘGŁA MIMOŚRODOWE INKOMA TYP KWK Inkocross

Wprowadzenie do mechatroniki

Hamulce elektromagnetyczne. EMA ELFA Fabryka Aparatury Elektrycznej Sp. z o.o. w Ostrzeszowie

SIŁOWNIKI ŚRUBOWE FIRMY INKOMA - GROUP

PROJEKTOWANIE MECHATRONICZNE

AIR II stopień pytania na egzamin dyplomowy ( )

Transkrypt:

Sterowanie napędów maszyn i robotów dr inż. Jakub Możaryn Wykład 1 Instytut Automatyki i Robotyki Wydział Mechatroniki Politechnika Warszawska, 2014 Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja dystrybuowana jest bezpłatnie

Wprowadzenie do aktuatoryki maszyn i robotów Aktuatoryka/aktoryka - (ang. actuator - urządzenie uruchamiające, nastawnik) dziedzina mechatroniki zajmująca się budową i sterowaniem urządzeń wykonawczych, realizujących zadania ruchowe i siłowe eliminując tym samym udział człowieka w sterowaniu. Aktuator/aktor (urządzenie wykonawcze, element wykonawczy) w technice, określenie urządzenia mechanicznego, występującego w układach regulacji, które na podstawie sygnału sterującego wypracowuje sygnał wejściowy do obiektu regulacji. Do urządzeń wykonawczych można zaliczyć m.in.: w mechanice siłowniki pneumatyczne, hydrauliczne, silniki, dźwignie hydrauliczne, wzmacniacze elektrohydrauliczne, są to odpowiedniki : rąk, dłoni, nóg, palców człowieka. System mechatroniczny

Współczesne urządzenia wykonawcze Silniki prądu stałego Siłowniki Silniki indukcyjne Elementy piezoelektryczne

Budowa serwomechanizmu napędowego sterownik silnika enkoder silnik do układu napędzanego (bezpośrednio lub poprzez przekładnię mechaniczną)

Sterowanie - celowe oddziaływanie na obiekt sterowania, mające doprowadzić do pożądanych zmian w procesach w nim zachodzących. Poziom energetyczny sygnałów sterujących z reguły znacznie niższy niż sygnałów, na które wpływają. Przykładowy układ sterowania: Otwarty układ sterowania Zamknięty układ sterowania

Zadania układów sterowania przeniesienia procedur sterowania na układ pozycyjny zestawiony ze sterownika procesorowego współpracującego z przetwornikiem (sensorem) położenia i ewent. innymi sensorami pełna automatyzacja działań rozruchu i uruchomienia układu napędowego z założeniem niepełnej lub całkowitej nieznajomości przez operatora parametrów napędu zapewnienie bezpiecznego przejścia od fazy rozruchu i uruchomienia do fazy normalnej pracy układu (zapewnienie determinowanego zachowania napędu) dobór nastaw startowych sterowania automatycznie, z założeniem nieznajomości zasad parametryzacji sterowania przez operatora (z ewent. wymaganiem niedopuszczenia operatora do tej czynności) odporność sterowania pozycyjnego na skokowe zmiany warunków pracy: - zmiany wartości zadanych położeń i zakresów przemieszczeń - zmiany kierunku ruchu napędu - zmiany położenia układu napędowego - zmiany wartości obciążenia (masowego)

Zadania układów sterowania, cd. kompensacja przez układ sterowania powolnych zmian wartości systemowych: - temperatury otoczenia - parametrów zasilania (wartości napięć, ciśnień itp.) - właściwości ciernych napędu i napędzanego urządzenia (np.. starzenie i zanieczyszczenie smaru) - zjawisk tribologicznych wywołanych postojem układu napędowego Generalnie można także powiedzieć, że ogólnym zadaniem układu sterowania jest zwiększenie globalnego zysku przedsiębiorstwa. Wyżej wymienione zadania są tylko elementami pośrednimi w realizacji tego głównego celu. Dobrze dobrany układ sterowania pozwala osiągnąć: - wysoką dokładność wykonania towarów, - mniejsza ilość braków, - bezpieczeństwo przebiegu procesu, co znacząco wpływa zysk.

Sterowanie pozycyjne (pozycjonowanie) układu napędowego jest celowym oddziaływaniem na przebieg procesu ruchu elementu ruchomego napędu dla zapewnienia żądanych zmian wartości jego położenia (drogi, pozycji, przemieszczenia liniowego lub kątowego) jako głównej wielkości sterowanej napędowego układu pozycyjnego. Rozróżnia się dwa rodzaje pozycjonowania: przestawianie przemieszczenie elementu ruchomego do pozycji zadanej, z zapewnieniem określonej jakości realizacji procesu ruchu i utrzymanie zadanej wartości położenia pozycji w czasie z określoną odchyłką ustaloną nadążanie przemieszczanie elementu ruchomego w sposób określony zmianami wartości wielkości zadającej, z zapewnieniem określonej jakości realizacji procesu ruchu i określonej odchyłki nadążania Pomocniczymi wielkościami sterowanymi układu pozycyjnego są: prędkość, przyśpieszenie, itp., jako kolejne, fazowe, zmienne stanu realizowanego procesu ruchu

Sterowanie siłowe (momentowe) jest oddziaływaniem siłowym na element napędzanego urządzenia Gdzie spotykamy się ze sterowaniem siłowym???

Przykłady wykorzystania serwomechanizmów Operowanie materiałem

Przykłady wykorzystania serwomechanizmów Montaż

Przykłady wykorzystania serwomechanizmów Cięcie na wymiar

Wymagania stawiane współczesnym napędom - w warunkach statycznych: dysponowanie siłą lub momentem obrotowym potrzebnym do pokonania sił tarcia oraz obciążeń masowych, siłowych i momentowych dysponowanie dużym zakresem regulacji prędkości lub obrotów wykonywanie ruchu z minimalnymi przemieszczeniami (np.: od 0,1 µm do 1 mm) ruch ze stałą prędkością (v const), także dla najmniejszych prędkości (roboczych, technologicznych, pełzania) (rzędu 1-5 mm/s), brak drgań, zwłaszcza ciernych (tarcie przylgowe stick slip) 13

Wymagania stawiane współczesnym napędom - w warunkach dynamicznych: duże przyspieszenia (załączanie) i opóźnienia (hamowanie) ruchu dysponowanie odpowiednio dużymi momentami przyspieszenia i hamowania Czy moment potrzebny na przyśpieszenie/zwolnienie jest momentem stałym czy chwilowym, który musi wytworzyć maszyna??? dokładność odtworzenia toru ruchu przy zadanych prędkościach roboczych (od 1 [µm] do 1 [mm]) i prędkościach jałowych (od 1 [mm] do 10 mm) 14

Dobór napędu: dane o maszynie Aby właściwe dobrać silnik do napędzanego układu potrzebne są informacje o kinematyce maszyny: Rodzaj osi: Obrotowa czy liniowa? Pionowa czy pozioma? Kąt nachylenia? Typ kinematyki maszyny: Rodzaj kinematyki (podajnik taśmowy, przekładnia śrubowa, przekładnia zębata,.) Rodzaj połączenia (ślizgowe, łożyska, rolki ) dla oszacowania tarcia Rodzaj i przełożenie przekładni. (zębata, pasowa, ) Rodzaj obciążenia maszyny: Rozmiar obciążenia Masa obciążenia 15

Dobór napędu: dane o maszynie Należy zdefiniować wszystkie wymagania dotyczące parametrów ruchu: Maksymalna prędkości osi Wymagana siła lub moment obrotowy Parametry optymalnego cyklu pracy: czas cyklu, czas przyśpieszania i hamowania, dystans ruchu (odległość), 16

Dobór napędu: aspekty statyczne Parametry do zdefiniowania: Maksymalna prędkość silnika: n MAX. Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie ruchu należy oszacować maksymalną prędkość jaką musi osiągać silnik Wytwarzany moment obrotowy M t. Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie wytwarzanej siły należy oszacować potrzebny moment obrotowy Moment tarcia Mf. Należy obliczyć lub oszacować moment tarcia występujący w danej osi Pierwsze podejście w doborze silnika: Prędkość znamionowa: n N > n MAX. Moment znamionowy: M N > M t + M f. 17

Dobór napędu: aspekty dynamiczne Parametry do zdefiniowania: Moment obrotowy przyśpieszenia: M ACC = Jω. Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie ruchu należy obliczyć moment obrotowy potrzebny do osiągnięcia wymaganego przyśpieszenia Moment tarcia M f. Należy obliczyć lub oszacować moment tarcia występujący w danej osi Moment ten jest dodawany do monety przyśpieszenia podczas przyśpieszania oraz odejmowany podczas hamowania Pierwsze podejście w doborze silnika: Maksymalny moment obrotowy: M MAX > M ACC + M f. 18

Dobór napędu: weryfikacja termiczna Dla silnika dobranego według poprzednich wytycznych konieczne jest sprawdzenie jego przydatności w cyklu pracy Należy narysować prędkość i moment obrotowy w funkcji czasu dla całego cyklu pracy

Dobór napędu: weryfikacja termiczna Obliczamy średnią prędkość w cyklu pracy. n n t i i avg Tcycle ni Podczas przyśpieszania i zwalniania: ni 2 Obliczamy ekwiwalentny moment termiczny M th Mi ² T cycle t i

Dobór napędu: weryfikacja termiczna Porównujemy wyniki obliczeń z wykresem momentu obrotowego silnika: M [Nm] Obszar pracy przerywanej B M th A M th n [obr/min] n avg n avg Obszar pracy ciągłej Przypadek A : Silnik dobrany prawidłowo do cyklu pracy Przypadek B : Należy wybrać inny silnik z wyższym ciągłym momentem obrotowym

Dobór napędu: moment bezwładności Znając dane maszyny oraz jej obciążenia należy obliczyć iloraz momentu bezwładności obciążenia silnika (zredukowanego do wału silnika) i momentu bezwładności silnika Jeżeli ten stosunek tych wartości jest zbyt duży należy go zmniejszyć poprzez: zmienić kinematykę (np. poprzez wykorzystanie dodatkowej przekładni) wykorzystać inny silnik z większym momentem bezwładności ewentualnie wykorzystać oba sposoby Po dokonanych zmianach należy dobrać silnik ponownie (zmiany kinematyki) Typowe ilorazy inercji obciążenia do inercji silnika: 1:1 to 3:1 dla aplikacji robotycznych (manipulatory kartezjańskie) 4:1 to 7:1 dla napędów osi obrabiarek numerycznych 8:1 to 10:1 dla innych aplikacji W praktyce często przyjmuje się stosunek wartości momentów bezwładności : 5:1 dla dynamicznych i dokładnych maszyn 10:1 dla maszyn standardowych wyższe jeżeli zależy nam na dokładności pozycjonowania bez ograniczeń dotyczących czasu cyklu

Dziękuję za uwagę