EXPERIMENTÁLNÍ STAND ŘÍZENÝ REAL TIME TOOLBOXEM NA TESTOVÁNÍ MEMBRÁN



Podobné dokumenty
Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

NABÍDKA. služeb HYDRAULICKÉ A PNEUMATICKÉ TLAKOVÉ ZKOUŠKY. ... partner průmyslu. VÝZKUMNÝ A ZKUŠEBNÍ LETECKÝ ÚSTAV, a.s.

SIMULACE PULZUJÍCÍHO PRŮTOKU V POTRUBÍ S HYDRAULICKÝM AKUMULÁTOREM Simulation of pulsating flow in pipe with hydraulic accumulator

Zásady regulace - proudová, rychlostní, polohová smyčka

VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení

Návrh a simulace zkušební stolice olejového čerpadla. Martin Krajíček

Obsah DÍL 1. Předmluva 11

PRL2. Popis konstrukce a funkce HC /98 S LINEÁRNÍM MOTOREM. Dn 06 pmax 25 MPa Qmax 32 dm 3. min -1 Nahrazuje HC /98.

POUŽITÍ REAL TIME TOOLBOXU PRO REGULACI HLADIN V PROPOJENÝCH VÁLCOVÝCH ZÁSOBNÍCÍCH

PROTOKOL O LABORATORNÍM CVIČENÍ - AUTOMATIZACE

NUMERICKÉ ŘEŠENÍ VIBROIZOLACE STROJE

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Přípravek pro demonstraci řízení pohonu MAXON prostřednictvím

Příloha A návod pro cvičení 1. SESTAVENÍ MODELU V PROSTŘEDÍ MATLAB SIMULINK Zapojení motoru

Mechatronika ve strojírenství

Úloha 5 Řízení teplovzdušného modelu TVM pomocí PC a mikropočítačové jednotky CTRL

Modelování elektromechanického systému

cvičení 1 pracovní verze SVM Servomechanismy Ing. Radomír Mendřický, Ph.D.

ZÁKLADY AUTOMATICKÉHO ŘÍZENÍ

Srovnání kvality snímání analogových veličin řídících desek se signálovým procesorem Motorola DSP56F805. Úvod. Testované desky

Modelování a simulace Lukáš Otte

Laboratorní úloha č.8 MĚŘENÍ STATICKÝCH A DYNAMICKÝCH CHARAKTERISTIK

Práce s PID regulátorem regulace výšky hladiny v nádrži

43A111 Návrh řízení podvozku vozidla pomocí lineárního elektrického pohonu.

Měřící přístroje a měření veličin

VÝVOJ ŘÍDICÍCH ALGORITMŮ HYDRAULICKÝCH POHONŮ S VYUŽITÍM SIGNÁLOVÉHO PROCESORU DSPACE

Obr. 1 Činnost omezovače amplitudy

Návrh frekvenčního filtru

Přenos signálů, výstupy snímačů

Vývojové práce v elektrických pohonech

Konfigurace řídicího systému technikou Hardware In The Loop

Bezdrátový přenos signálu v reálné aplikaci na letadle.

Vzorkovací zesilovač základní princip všech digitálních osciloskopů, záznamníků, převodníků,

Proporcionální průtokové ventily MPYE

Problematika disertační práce a současný stav řešení. Filip Hort

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Vlastnosti regulátorů

Externí engineering. Vývojová a konstrukční kancelář. Telefon:

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Tvorba grafické vizualizace principu měření tlaku (podtlak, přetlak)

DUM 19 téma: Digitální regulátor výklad

6. Viskoelasticita materiálů

Identifikace a řízení nelineárního systému pomocí Hammersteinova modelu

T-DIDACTIC. Motorová skupina Funkční generátor Modul Simatic S7-200 Modul Simatic S7-300 Třífázová soustava

Frekvenční charakteristika soustavy tří nádrží

CW01 - Teorie měření a regulace

Kumulace poškození termoplastického laminátu C/PPS při cyklickém zatížení a jeho posuzování

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Robustnost regulátorů PI a PID

Experimentální zjišťování charakteristik kompozitových materiálů a dílů

Srovnání PID regulace a anisochronního řízení na PLC Tecomat Foxtrot

SIMULACE JEDNOFÁZOVÉHO MATICOVÉHO MĚNIČE

Výukové texty. pro předmět. Automatické řízení výrobní techniky (KKS/ARVT) na téma

31SCS Speciální číslicové systémy Antialiasing

Prostředky automatického řízení

Aktuální normy pro zkoušky tahem kovových a polymerních materiálů a jejich vliv na volbu zkušební techniky a novinka závěrem.

HYDRAULICKÉ AGREGÁTY HA

Vysoká škola Báňská. Technická univerzita Ostrava

Spojité regulátory Zhotoveno ve školním roce: 2011/2012. Spojité regulátory. Jednoduché regulátory

OPTIMALIZACE NÁVRHU CB VOZOVEK NA ZÁKLADĚ POČÍTAČOVÉHO A EXPERIMENTÁLNÍHO MODELOVÁNÍ. GAČR 103/09/1746 ( )

MĚŘENÍ A ANALÝZA ELEKTROAKUSTICKÝCH SOUSTAV NA MODELECH. Petr Kopecký ČVUT, Fakulta elektrotechnická, Katedra Radioelektroniky

Příloha č. 3 TECHNICKÉ PARAMETRY PRO DODÁVKU TECHNOLOGIE: UNIVERZÁLNÍ MĚŘICÍ ÚSTŘEDNA

PRM2-10. Popis konstrukce a funkce HC /99. Dn 10 pmax 32 MPa Qmax 60 dm 3 min -1. Kompaktní provedení s integrovanou elektronikou

BKD/ BKF 7000 tyristorové DC měniče od 5 do 1100 kw

k DUM 08. pdf ze šablony 1_šablona_automatizační_technika_I 03 tematický okruh sady: regulátor

Návod k použití programu pro výpočet dynamické odezvy spojitého nosníku

Část II. zadávací dokumentace technická specifikace

Metody řízení moderních soustav s

Využití neuronové sítě pro identifikaci realného systému

Využití přímé inverzní metody pro řízení reálných systémů

PBS Velká Bíteš. Profil společnosti

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 2. a , Roztoky -

Vypracovat přehled způsobů řízení paralelních kinematických struktur s nadbytečnými pohony

VÁS VÍTÁM NA TOMTO SEMINÁŘI

Prostředí pro výuku vývoje PCI ovladačů do operačního systému GNU/Linux

TÉMATA PROJEKTŮ KME/PRJ3 VYPSANÁ PRO ZIMNÍ SEMESTR AK. R. 2016/17. Katedra mechaniky

Struktura a typy lékařských přístrojů. X31LET Lékařskátechnika Jan Havlík Katedra teorie obvodů

CW01 - Teorie měření a regulace

Ing. Jaromír Kejval, Ph.D.

A45. Příloha A: Simulace. Příloha A: Simulace

VY_32_INOVACE_AUT-2.N-06-DRUHY AUTOMATICKEHO RIZENI. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno

HYTOS OSTRAVA - VÍTKOVICE, spol. s r.o. Lisařské bloky dle EN 693

FEL ČVUT Praha. Semestrální projekt předmětu X31SCS Struktury číslicových systémů. Jan Kubín

Modelování polohových servomechanismů v prostředí Matlab / Simulink

9. Harmonické proudy pulzních usměrňovačů

Zada nı bakala r ske pra ce

Stanovení typu pomocného regulátoru v rozvětvených regulačních obvodech

KP MINI KP MINI CONTROL

Řídící a regulační obvody fázové řízení tyristorů a triaků

CW01 - Teorie měření a regulace cv. 4.0

Provedení pro montáž na lištu podle DIN Technické parametry

Teorie systémů TES 3. Sběr dat, vzorkování

POČÍTAČOVÉ ŘÍZENÍ TECHNOLOGICKÝCH PROCESŮ

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Typové příklady zapojení frekvenčních měničů TECO INVERTER 7300 CV. Verze: duben 2006

DESKA ANALOGOVÝCH VSTUPŮ ±24mA DC, 16 bitů

2. Mechatronický výrobek 17

ŠESTNÁCTIKANÁLOVÝ A/D PŘEVODNÍK ±30 mv až ±12 V DC, 16 bitů

Témata profilové maturitní zkoušky

mezinárodní konference 60 LET PRO JADERNOU ENERGETIKU 60 let jaderného průmyslu a 65 let vysokého technického školství v Plzni

Proporcionální ventil pro regulaci tlaku

Novar 314RS. Regulátor jalového výkonu. Vlastnosti. pro kompenzaci rychlých změn účiníku (rozběh motorů atd.)

Transkript:

EXPERIMENTÁLNÍ STAND ŘÍZENÝ REAL TIME TOOLBOXEM NA TESTOVÁNÍ MEMBRÁN V. Andrlík, M. Jalová, M. Jalový ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav výrobních strojů a mechanismů 1. Úvod V dnešní době se do popředí dostávají kompozitní materiály. Tento fakt vyplývá ze vzrůstajícího majoritního podílu kompozitního materiálu v konstrukcích. K jejich přednostem patří, že jejich vlastnosti je možno ovlivnit a přizpůsobit vlastnostem požadovaným, a to vhodnou kombinací poměrem hmotnosti či objemu použitých materiálů. Dochází tedy k optimalizaci vlastností (zvýšení pevnosti a tuhosti) při současné minimalizaci hmotnosti. Nevýhodou použití těchto materiálů, je i přes použití moderních metod (metoda konečných prvků), poměrně složitý výpočet (pevnostní a tuhostní podmínky, únavová pevnost). Ve většině případů je tedy nutné experimentálně ověřit alespoň základní vlastnosti navrhovaného kompozitního materiálu. 2. Vysokotlaké membrány Vysokotlaké membrány jsou typickými představiteli konstrukčních prvků, kde má použití kompozitních materiálů velké perspektivy. Pro výrobu vysokotlakých membrán (obr. 1) je použita jako výztuž tkanina z aramidových vláken a matrice z elastomerové pryskyřice. Hlavní předností těchto vláken je vysoká pevnost v tahu, vysoký modul pružnosti v tahu, rázová houževnatost a schopnost tlumit vibrace. Parametry membrán jsou ověřovány na numericky Obr. 1 Membrána řízeném experimentálním standu, jehož blokové schéma je na obr. 2. Dále bude prezentován experimentální stand realizovaný na Ústavu výrobních strojů a mechanismů. Obr. 2 Blokové schéma experimentálního standu 3. Rozbor numerického řízení standu Experimentální stand je tvořen dvěma základními samostatnými celky: 1. proporcionální tlakový ventil, tj. řízený prvek, který umožňuje realizovat požadovaný časový průběh tlaku v obvodě 2. řídící systém, který na základě programu zapsaného v paměti systému a s eventuálním využitím zpětné vazby generuje signály pro řízený prvek. V tomto případě jde o počítač a řídící program MATLAB a jeho nástavby Simulink a Real Time Toolbox pro řízení v reálném čase. Základní spojení numerického řídícího systému s řízeným prvkem lze realizovat: 1. v otevřené smyčce, kde řídící systém nedostává žádné informace o skutečném stavu řízeného prvku (obr. 3)

2. v uzavřené smyčce, kde řídící systém je průběžně pomocí odměřovacího zařízení informován o skutečném stavu řízeného prvku (obr. 4) Obr. 3 Schéma řízení v otevřené smyčce Obr. 4 Schéma řízení v uzavřené smyčce Existují dvě možnosti získání informace o skutečném stavu řízeného prvku, a to podle umístění snímacího elementu odměřování: 1. přímé odměřování, kdy snímač bezprostředně poskytuje údaj o tlaku, v tomto případě se jedná o tlakový snímač, jehož signál udává informaci o aktuálním tlaku v obvodě (obr. 5) 2. nepřímé odměřování, kdy snímač nesleduje přímo tlak v obvodě, ale polohu šoupátka proporcionálního tlakového ventilu (obr. 5) Obr. 5 Schéma přímého a nepřímého odměřování Při vzájemném posouzení přímého a nepřímého způsobu odměřování je zřejmé, že kvalitnější výsledky můžeme očekávat od zařízení pracujícího přímým způsobem, které využívá tlakového snímače. Tímto je však do obvodu přidán prvek, díky němuž vzrostou pořizovací náklady standu. Použití nepřímého způsobu odměřování předpokládá vysokou kvalitu a přesnost signálu udávajícího polohu šoupátka. Případné vzniklé chyby však nejsou zjišťovány a tedy nelze očekávat špičkové výsledky. Signál z tlakového snímače je kromě zavedení do tlakové zpětné vazby použit také pro ovládání hydrogenerátoru a tedy i činnosti celého experimentální standu v průběhu experimentů. Při protržení testované membrány ve zkušební komoře dojde k náhlému poklesu tlaku v obvodě, který je zaznamenán tlakovým snímačem, v řídícím programu logickým operátorem vyhodnocen jako konec experimentu a řídící signál přes relé přeruší dodávku proudu pro elektromotor hydrogenerátoru.

4. Popis experimentálního standu Experimentální stand (obr. 6) sestává z hydraulického obvodu, řídícího obvodu a zkušební komory. ŘÍDÍCÍ OBVOD HYDRAULICKÝ OBVOD ZKUŠEBNÍ KOMORA 4.1 Hydraulický obvod Obr. 6 Experimentální stand Obr. 7 Schéma hydraulického obvodu Základní části hydraulického obvodu (obr. 7) jsou: 1. agregát AG1 s chladičem CH 2. proporcionální tlakový ventil PTV s předřazeným filtrem F 3. soustava škrtících ventilů ŠV 4. hydromotor zapojený ve funkci multiplikátoru MU, který zároveň slouží pro oddělení nízkotlaké a vysokotlaké sekce 5. zkušební komora ZK nebo zkoušený pohon ZP 6. agregát pro doplňování oleje do vysokotlaké sekce AG2

Z důvodu potřeby dvou tlakových stupňů jsou v hydraulickém obvodě zařazeny dva tlakové snímače, a to TS1 před multiplikátorem MU a TS2 za ním. Membrány jsou ve zkušební komoře zatěžovány tlakovým olejem podle požadovaného časového průběhu tlaku až do destruktivního zničení membrány. Časový průběh tlaku může mít charakter: 1. lineární nastavení tlaku v obvodě v rozsahu 4 až 38 MPa. Tento průběh tlaku je používán pro statické zkoušky membrán, které slouží ke stanovení jejich pevnosti. Příklad je na obr. 8. 2. harmonický dává možnost nastavit různé amplitudy a frekvence kmitání tlaku v obvodě, přičemž maximální amplituda je 10 MPa a maximální frekvence je 10 Hz. Příklad je na obr. 9. 3. obecný slouží k simulaci obecných pracovních podmínek membrán Obr. 8 Lineární časový průběh tlaku Obr. 9 Harmonický časový průběh tlaku 4.2 Řídící schéma Schéma numerického řízení celého standu v reálném čase a komunikaci s A/D kartami je ukázáno na obr. 10. Je použit software MATLAB Simulink Real Time Toolbox s periodou vzorkování Ts = 0,002 s. Hlavními bloky řídícího schématu jsou: 1. ovladač A/D karty Adapter AD 612 2. vstupní bloky pro zpracování signálů z tlakových snímačů RT In 3. bloky RT Out pro výstupní signály na akční členy, kterými jsou proporcionální tlakový ventil a výstup na relé agregátu 4. PI regulátor s případnými filtry 5. logický obvod pro ovládání relé 6. blok pro záznam dat do souboru Matice.mat Chování multiplikátoru (hydromotoru) a testované membrány (průtok ve zkušební komoře Q 0 l/min) je nelineární. Hlavním cílem je řídící obvod sestavit a naladit takovým způsobem, aby při provádění statických zkoušek měl skutečný průběh tlaku aperiodický charekter. Naproti tomu, při provádění dynamických zkoušek jde především o minimální regulační odchylku. Je požadována maximální frekvence harmonického průběhu tlaku i za cenu fázového posunu mezi požadovaným a skutečným signálem.

Čas Čas nereagování Operátor 1 Konstanta Zesílení Výstup na relé Napětí z tlakového snímače před MU Konstanta pro tlakový snímač Prahová hodnota tlaku [Mpa] Operátor Logický operátor Napětí z tlakového snímače 1 Konstanta pro tlakový snímač 1 Data p=f(t) Požadovaný průběh tlaku u2p Tlak skutečný Tlak požadovaný Kp I-složka Výstupní napětí na ventil Adapter AD 612 Obr. 10 Řídící schéma 4.3 Zkušební komora Testovaná membrána opatřena kovovým rámečkem o průměru 150 mm je do zkušební komory (obr. 11) vložena mezi příruby. Požadované sevření zajišťuje 10 šroubů M 16. Pracovní prostor je utěsněn O-kroužkem. 4.4 Komponenty experimentálního standu Hlavní komponenty jsou proporcionální tlakový ventil (obr. 12) a A/D karta. Dále jsou uvedeny jejich základní parametry. Obr. 11 Zkušební komora Proporcionální tlakový ventil výrobce BOSCH Výrobce BOSCH Velikost NG 6 Pracovní tlak 1 31 MPa Průtok 12 l/min Vstupní napětí ±10 V (DC) Výstupní napětí snímače ±10 V (DC) polohy šoupátka Napájecí napětí 24 V (DC) Obr. 12 Řez proporcionálním tlakovým ventilem

Karta A/D 612 výrobce Humusoft Vlastnosti A/D karty AD 612: osm 12-bitových analogových vstupů čtyři 12-bitové analogové výstupy vzorkovací frekvence až do 100 khz 8 digitálních vstupů, 8 digitálních výstupů programovatelné vstupní rozsahy A/D převodníku Karta A/D 612 je obecně určena pro: měření stejnosměrných napětí měření vibrací a přechodových jevů řízení a monitorování procesů vícekanálový sběr dat simulace v reálném čase 5. Závěr Software MATLAB s nadstavbami Simulink a Real Time Toolbox byl úspěšně využit pro numerické řízení hydraulického experimentální standu na testování vysokotlakých membrán. Jde o zpětnovazební řízení pomocí tlakové zpětné vazby. Simulink je využíván především pro jednoduchost tvorby řídících schémat. Jeho nevýhodou je však nižší vzorkování při požadovaných vyšších frekvencích harmonického signálu. Již nevystačíme s modelem Simulinku, ale je nutné vytvořit řídící program přímo jako script v MATLABu. Pro podobný typ zkoušek v oblasti pneumatiky je připravován na Ústavu výrobních strojů a mechanismů shodný typ řízení s obdobnými požadavky. 6. Literatura [1] Andrlík, V., Jalová, M., Jalový, M.: Membránové elementy zkušební stand pro testování a jejich aplikace v konstrukci. In: 47. mezinárodní konference kateder částí a mechanismů strojů, sborník prací. Praha, ČZU, 2006. ISBN: 80-213-1523-7. [2] Andrlík, V., Jalová, M., Jalový, M.: Verification of Properties of Membrane Elements and Their Usage in Design of Hydraulic Elements. In: 4th International PhD Conference on Mechanical Engineering. Pilsen, ZCU, 2006. ISBN: 80-7043-486-4. [3] Rudolf, B. a kol.: Stavba a využití číslicově řízených výrobních strojů a PVS I. díl, Praha, ČVUT, 1980 [4] Talácko, J., Jalová, M., Jalový, M.: Applications of the High-pressure Membranes in Design of Element of Mechanisms. In: Proceedings Advanced Engineering Design 2006 [CD-ROM]. Prague, CTU, July 2006. ISBN: 80-86059-44-8. Doc. Ing. Vladimír Andrlík, CSc., Ing. Martina Jalová, Ing. Miroslav Jalový ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav výrobních strojů a mechanismů, Horká 3, 128 03 Praha 2 tel.: +420 224352416, +420 24913540, fax: +420 224 913 540, e-mail: andrlik@fsid.cvut.cz, martina.urbanova@fs.cvut.cz, miroslav.jalovy@fs.cvut.cz