TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Transkript

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Otáčky DC motoru DC motor se zátěží Osvald Modrlák Lukáš Hubka Liberec 2010 Materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/ ) Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, KTERÝ JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

2 1 Popis Dynamická soustava (obr. 1, obr. 2) je tvořena dvěma stejnosměrnými elektromotory, jejichž hřídele jsou propojeny pružnou spojkou 1 (EC) a tachodynamem. První motor (M) je v pozici zdroje energie zapojen jako motor, druhý pak slouží jako zátěž (D). Druhý motor je tedy v pozici cílového objektu stroje, který má být měřen a ovládán a ne jeho hřídel je pevnoou spojkou připojeno tachodynamo (SM) pro snímání otáček. Soustava je buzena vstupním stejnosměrným napětím u M, výstupní měřenou veličinou je napětí tachodynama u SM, které je přímo úměrné otáčkám hřídele připojeného stroje. Mechanickými fyzikálními veličinami jsou otáčky motoru ω M a otáčky tachodynama ω D. Navíc je možné hřídel zatížit přes napětí u D. Obr. 1: Principiální schéma systému Obr. 2: Snímek reálné úlohy (konfigurace s pružnou spojkou pod ochranným krytem) 1 Pružná spojka může být nahrazena pevnou. Změna se provede posunutím motoru (M) blíže k zátěži (D). 2

3 2 Popis zapojení úlohy a signálů Na obr. 3 je blokové schéma úlohy. V tab. 1 je seznam použitých popisů jednotlivých členů a bloků. Tab. 2 obsahuje popis signálů, které slouží pro komunikaci s úlohou. Tab. 3 popisuje rozsah jednotlivých signálů, jejich napojení na měřicí kartu i jejich obraz v Matlabu. Tab. 4 popisuje možnosti volby elektronické zátěže pomocí digitálních signálů. Pro ruční ovládání zátěže jsou zde dva vypínače, které přidávají 50 % a 100 % zátěže (červeně označeny na obr. 2). Funkce zátěže je signalizována rozsvícením kontrolního světla. Nepoužívejte zátěž příliš dlouho, může dojít k velkému zahřátí! Definice použitého převodu mezi měřenými otáčkami dynama a napětím na měřicí kartě je jednoduché a spočítá se dle rovnice (2). M Tab. 1: Popis komponent DC motor s permanentními magnety P2TV553, 24 V, 2000 ot/min, 80 W EC D SM IC LR R 1, R 2 C PS VMi spojka motoru a generátoru generátor tvořený DC motorem s permanentními magnety P2TV553, 24 V, 2000 ot/min, 80 W tachodynamo K5A7-00 s napětím na svorkách 20 V/1000 ot -1 inkrementální čidlo (nezapojeno) elektronická zátěž vstupní dělič na vstupu měřící karty, R 1 = 656,3 kω, R 2 = 114,7 kω filtrační kondenzátor zdroj DC motoru řízený napětím z výstupu karty PCI-1711 dynamika zdroje je charakterizována přenosem 25 FPS ( s) = ( s + 5)( s + 5) informativní voltmetr I/O CARD měřící karta v PC, Advantech PCI 1711 AO0 analogový výstup karty PCI 1711 AI0 analogový vstup karty PCI 1711 SW používaný software 3

4 Obr. 3: Blokové schéma zapojení úlohy u d ž u IN u dž u M u D u SM u OUT Tab. 2: Popis signálů vstupní veličina soustavy, proměnná v Matlabu nastavení proudu elektronickou zátěží, proměnná v Matlabu řídící napětí z PC, rozsah 0 5 V napětí nastavující proud elektronickou zátěží, rozsah 0 10 V napětí na svorkách motoru, rozsah 0 28,8 V napětí na svorkách DC generátoru napětí na svorkách tachodynama vstupní napětí přizpůsobené kartě v PC, odpovídá otáčkám motoru, rozsah 0 10 V 4

5 u d y d vstupní napětí přizpůsobené kartě v PC, odpovídá proudu odebíranému z generátoru, rozsah 0 10 V. Proud je převeden na napětí v poměru 1A 1V. výstupní veličina soustavy, proměnná v Matlabu poruchová veličina působící na soustavu, proměnná v Matlabu Veličina I/O signál Tab. 3: Rozsahy a identifikace signálů na reálné úloze a v Matlabu Rozsah napětí [V] Kanál měř. karty Rozsah veličiny [1] Význam u AO Otáčky motoru d ž AO Proud zátěží (nastavení) y AI Otáčky dynama d AI Proud do zátěže SW 1 DO1 {0; 5} 4 binární {0; 1} SW 2 DO2 {0; 5} 5 binární {0; 1} Volba módu el. zátěže Tab. 4: Volba módu el. zátěže SW 2 SW 1 Funkce elektronické zátěže 0 0 Zátěž odpojena 0 1 Zátěž se chová jako odpor na 50% přednastaveného maxima. 1 0 Zátěž se chová jako odpor na 100% přednastaveného maxima. 1 1 Proud zátěží je nastavován pomocí signálu d ž. Vzájemný vztah mezi řídicím napětím na kartě a otáčkami motoru lze popsat vztahem ,8 ω M = uin = 480 uin uin 0; 4,17 V [ ot/min; V ] (1) 24 5 Pro přepočet na výstupní straně, vztah mezi otáčkami dynama a měřeným napětím se využije znalost velikosti odporů v odporovém děliči. Měřené otáčky jsou tedy ω , , 7 = u = 33,589 u u 0;5,95 V [ ot/min; V ] (2) , 7 SM OUT OUT OUT 5

6 Poděkování: Tento text vznikl za podpory projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měřen. Formát zpracování originálu: titulní list barevně, další listy včetně příloh barevně. 6