Digitális szervo hajtások
Szerzői jog © 2014 Dr. Korondi Péter, Dr. Fodor Dénes, Décsei-Paróczi Annamária
A tananyag a TÁMOP-4.1.2.A/1-11/1-2011-0042 azonosító számú „ Mechatronikai mérnök MSc tananyagfejlesztés ” projekt keretében készült. A tananyagfejlesztés az Európai Unió támogatásával és az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
A kiadásért felel a(z): BME MOGI
Felelős szerkesztő: BME MOGI
ISBN 978-963-313-138-1
2014
Tartalom
- 1. Bevezetés
- 2. Villamos motorok osztályozása
- 3. Villamos hajtások osztályozása
- 4. A csúszómód szabályozás
-
- 4.1. Rövid történeti áttekintés
- 4.2. Bevezető példa
- 4.3. Jobboldalán nem folytonos differenciál egyenletek megoldása
- 4.4. Relés szabályozók
- 4.5. A bevezető példa differenciálegyenletének megoldása
- 4.6. Több bemenetű rendszerek csúszómódban
- 4.7. A csúszómód szabályozók tervezési lépései
- 4.8. A csúszómód szabályozók tervezési lépéseinek kísérleti alkalmazása
- 4.9. Kéttömeg rendszer közvetlen elcsavarodás szabályozása csúszómódban
-
- 4.9.1. A nem modellezett dinamika hatása a csúszómódra
- 4.9.2. Kéttömeg rendszer egyenletei
- 4.9.3. Állapottér egyenletek
- 4.9.4. A csúszófelület tervezése
- 4.9.5. Megfigyelőre alapozott csattogásmentes szabályozási törvény
- 4.9.6. A kéttömeg rendszer csúszómód alapú közvetlen elcsavarodás szabályozásának kísérleti alkalmazása
- 4.10. Következtetés
- 5. Szervomotor szabályozási körének internetes távmérése (Laboratóriumi mérési gyakorlatok leírása)
-
- 5.1. A mérés célja
- 5.2. Bevezetés
- 5.3. Rendszer áttekintés
- 5.4. A mérésnél használt eszközök bemutatása
- 5.5. Általános utasítások a mérésekhez
- 5.6. A PCI-1720 D/A kártya használata -- Motion control/Exercise 1 menüpont alatt található laboratóriumi mérési gyakorlat
- 5.7. Valós idejű óra használata a PCI 1720 D/A kártyával -- Motion control/Exercise 2 menüpont alatt található laboratóriumi mérési gyakorlat
- 5.8. A PCI 1784 számláló használata -- Motion control/Exercise 3 menüpont alatt található laboratóriumi mérési gyakorlat
-
- 5.8.1. A PCI 1784-es kártya inicializálása a DRV_DeviceOpen függvénnyel
- 5.8.2. A számláló értékek visszaállítása a PCI 1784-es kártyán a DRV_CounterReset függvénnyel
- 5.8.3. A számlálás elindítása a PCI-1784 a kártyán a DRV_CounterEventStart függvénnyel
- 5.8.4. A számláló értékeinek olvasása PCI-1784 kártyán a DRV_CounterEventRead függvénnyel
- 5.8.5. Mintaprogram számlálási műveletekre a PCI-1784 kártyán
- 5.9. Nyílt szabályozó kör mérése -- Motion control/Exercise 4 menüpont alatt található laboratóriumi mérési gyakorlat
- 5.10. Visszacsatolt kör mérések -- Motion control/Exercise 5 menüpont alatt található laboratóriumi mérési gyakorlat
- 6. Mintamérések, néhány mérési feladat megoldása
-
- 6.1. A mérés célja
- 6.2. A PCI-1720 D/A kártya használata- 5.4 mérési feladat megoldása
- 6.3. Valós idejű óra használata a PCI 1720 D/A kártyán - 5.5 feladat megoldása
- 6.4. A PCI-1784 számláló használata - 5.4 mérési feladat megoldása
- 6.5. Nyílt szabályozó kör mérése - Motion control/Exercise 4 menüpont alatt található laboratóriumi mérési gyakorlat megoldása
-
- 6.5.1. A motor válasza állandó nyomatékra - 5.11 feladat megoldása
- 6.5.2. Konstans nyomaték és digitális szűrő - 5.12 feladat megoldása
- 6.5.3. A motor válasza a szinuszos feszültségre és a szervoerősítő offsetjének kompenzálása - 5.13 feladat megoldása
- 6.5.4. Digitális szűrők összehasonlítása - 5.14 mérési feladat megoldása
- 6.6. Visszacsatolt kör mérések - Motion control/Exercise 5 menüpont alatt található laboratóriumi mérési gyakorlat megoldásai
-
- 6.6.1. A P szabályozó hangolása - 5.16 mérési feladat megoldása
- 6.6.2. A P szabályozó ugrásfüggvény válasza - 5.17 mérési feladat megoldása
- 6.6.3. A P szabályozó változó referenciajellel - 5.18 feladat megoldása
- 6.6.4. A P szabályozó válasza a terhelés ugrásszerű változásaira - 5.19 mérési feladat megoldása
- 6.6.5. A PI szabályozó ugrás függvényre adott válasza - 5.20 mérési feladat megoldása
- 6.6.6. A PI szabályozó változó referenciajellel - 5.21 mérési feladat megoldása
- 6.6.7. A PI szabályozó válasza a terhelés ugrásszerű változásaira - 5.22 mérési feladat megoldása
- 6.6.8. Hibatolerációs mérések - 5.23 mérési feladat megoldása
- 6.6.9. Időkésleltetett rendszer PI szabályozása - 5.24 mérési feladat megoldása
- 6.6.10. P és PI szabályozó ugrás függvény pozíció refereciajel válasza - 5.25 mérési feladat megoldása
- 6.6.11. Stick-slip jelenség - 5.26 mérési feladat megoldása
- 6.6.12. Pozíció szabályozás belső sebesség szabályozóval - 5.27 mérési feladat megoldása
- 6.6.13. Csúszómód szabályozó eredmények - 5.28 mérési feladat megoldása
- 6.7. Komplex tervezési és mérési feladat
-
- 6.7.1. Az állapot-visszacsatolás és tervezése
- 6.7.2. Alapjel korrekció alkalmazása
- 6.7.3. Állapot-megfigyelő tervezése
- 6.7.4. Integráló szabályozás
- 6.7.5. A rendszer identifikációja
- 6.7.6. A szabályozás megtervezése
- 6.7.7. A motor identifikációja
- 6.7.8. Szabályozó tervezése
- 6.7.9. Integrátoros szabályozás
- 6.7.10. Szűrő tervezése a sebességméréshez
- 6.7.11. Implementáció
- 6.7.12. Integrátor nélküli szabályozó
- 6.7.13. Eredmények
- 6.7.14. Integrátoros szabályozó
- 6.7.15. Eredmények
- 6.7.16. Program kód
- 7. Csővezeték hálózatban használt frekvenciaváltóval ellátott aszinkron motoros hajtások gazdasági számítása
- 8. Háromfázisú aszinkron motor matematikai modellezése
-
- 8.1. A villamos modell közös koordináta-rendszer reprezentációja
- 8.2. A motor mechanikai modellje
- 8.3. Motormodell álló koordináta rendszerben
- 8.4. Motormodell állapotegyenlet reprezentációja forgó és álló koordináta-rendszerben
- 8.5. Mezőorientáció – forgórész fluxus orientáció
- 8.6. Háromfázisú aszinkron motor folytonos és diszkrét idejű állapottér-modellje
- 9. Aszinkronmotor érzékelő nélküli fordulatszám becslése
- 10. H∞ szabályozó elméleti háttere
- Irodalmi hivatkozások
Az ábrák listája
- 2.1. Villamos motorok mozgástípusai
- 2.2. Villamos motorok energia közvetítő közege
- 2.3. Klasszikus és kifordított álló- és forgórész konstrukciók
- 2.4. Elektromágneses motorok fluxusának útja
- 2.5. Az elektronok perdületéből eredő áram mágneses momentumainak iránya négy szomszédos doménben
- 2.6. Nyomatéktípusok
- 2.7. Leggyakrabban előforduló motor elnevezések
- 2.8. Egyfázisú aszinkron motorok
- 2.9. Reluktancia motorok
- 2.10. Permanens mágneses motorok
- 3.1. A villamos hajtások főbb egységei
- 3.2. Egyszerű egyenáramú hajtás
- 3.3. Egyszerű váltakozó áramú hajtás
- 3.4. A négy síknegyed értelmezése
- 3.5. A feszültség és áram előjele a négy síknegyedben
- 3.6. Az energiaáramlási irányok a különböző üzemmódokban
- 3.7. Közvetlen váltakozó áramú átalakítós hajtás
- 3.8. Szervo hajtások szokásos felépítése
- 4.1. L-C áramkör
- 4.2. Lehetséges állapottrajektória
- 4.3. A hiba megszüntetése
- 4.4. Relés szabályozó kör
- 4.5. Az S felület mentén csúszó állapottrajektória
- 4.6. Az S felület felé mutató f(x) vektortér
- 4.7. Több bemenetű rendszerek csúszómódban
- 4.8. Relés szabályozási törvény
- 4.9. Folytonos átmenetű, relés jellegű szabályozási törvény
- 4.10. Állapot-megfigyelő alapú csúszómód szabályozás
- 4.11. A szervomotor csúszó egyenese a hibajel fázissíkján
- 4.12. Egy-szabadságfokú szervorendszer
- 4.13. Klasszikus csúszómód
- 4.14. Diszkrét idejű csúszómód
- 4.15. Megfigyelő alapú diszkrét idejű csúszómód
- 4.16. Rugalmas tengellyel összekötött, kéttömegű rendszer
- 4.17. A szögelfordulás időfüggvénye a három különböző csúszómód szabályozó és rugalmas tengellyel összekötött terhelés esetén
- 4.18. A szabályozókör egyszerűsített vázlata
- 4.19. fázistere
- 4.20. A teljes szabályozó felépítése
- 4.21. Szimulációs eredmények
- 4.22. A csattogás jelensége
- 4.23. A kísérleti berendezés
- 4.24. Mérési eredmények
- 5.1. A rendszer áttekintő ábrája
- 5.2. Maxon digitális enkóder, HEDL-5540
- 5.3. HEDL-5540 digitális enkóder csatlakozója
- 5.4. Maxon 4QD-50V/5A szervoerősítő
- 5.5. PWM motorszabályozás
- 5.6. Szervoerősítő blokkvázlata
- 5.7. A feladat kiválasztása
- 5.8. Az első feladat oldalképe
- 5.9. Mérési eredmény képernyőképe
- 5.10. Real-Time Extension architektúra
- 5.11. A DC szervomotor felépítése (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter1/1.htm)
- 5.12. Egyenértékű áramkör (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter1/1_1.htm)
- 5.13. Időtartomány egyenletek (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter2/2.htm)
- 5.14. Frekvencia tartomány egyenletek (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter2/2_1.htm)
- 5.15. A DC motor átviteli függvényének levezetése (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter2/2_2.htm)
- 5.16. A DC motor idő konstansainak levezetése (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter2/2_3.htm)
- 5.17. Az állapottér levezetése (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter3/3.htm)
- 5.18. Állandósult állapot, állapotjelzői (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter3/3_1.htm)
- 5.19. A statikus karakterisztikák interaktív ábrája (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter3/3_2.htm)
- 5.20. A zavarás elemzése az átviteli függvényen (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter3/3_3.htm)
- 5.21. MatLab motor szimuláció
- 5.22. Az átviteli függvény elemzése (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter3/3_4.htm)
- 5.23. A MatLab modell a közelítésekhez
- 5.24. Normál harmadfokú aluláteresztő szűrő Bode diagramja
- 5.25. Harmadfokú Bessel alul-áteresztő szűrő Bode diagramja
- 5.26. Klasszikus PI szabályozó (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4.htm)
- 5.27. A fázistartalék meghatározása (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_1.htm)
- 5.28. Alkalmazás (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_2.htm)
- 5.29. Bode-diagram (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_3.htm)
- 5.30. Klasszikus PID szabályozó (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_4.htm)
- 5.31. Lépés válasz (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_5.htm)
- 5.32. MatLab szabályozó, motor szimuláció
- 5.33. A PI szabályozó helye (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_6.htm)
- 5.34. Válasz a terhelés zavarára (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_7.htm)
- 5.35. MatLab szimuláció a sebességszabályozó hurokra
- 5.36. Sebesség és áramszabályozó(http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_8.htm)
- 5.37. Magyarázat kФ elhanyagolására. (http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_9.htm)
- 5.38. Tervezési koncepció http://dind.mogi.bme.hu/animation/chapter4/4_10.htm)
- 5.39. A Tu paraméter meghatározása (Tu≈33 ms)
- 5.40. Kaszkád pozíció szabályozó
- 6.1. Szinuszos kimeneti feszültség
- 6.2. Nyílt hurkú vezérlés, nyomaték=1
- 6.3. Nyílt hurkú vezérlés, nyomaték=0.1
- 6.4. A szűrt és szűretlen sebességek összehasonlítása
- 6.5. Különböző szűrők összehasonlítása
- 6.6. Digitális szűrők összehasonlítása (periódusidő 0.1 s) Színkódolás nyomaték jel: világos kék, szűrés nélküli fordulatszám jel: kék, fordulatszám jel normál szűrővel: zöld, fordulatszám jel Bessel szűrővel: piros
- 6.7. Digitális szűrők összehasonlítása (periódusidő 0.4 s) Színkódolás nyomaték jel:világoskék, szűrés nélküli fordulatszám jel: kék, fordulatszám jel normál szűrővel: zöld, fordulatszám jel Bessel szűrővel: piros
- 6.8. P szabályozó eredményei paraméter hangolásra
- 6.9. P szabályozó Ziegler-Nichols hangolása (P = 2.3)
- 6.10. P szabályozó válaszai a referencia sebesség 3 ugrásszerű változására
- 6.11. P szabályozó eredményei ugrásszerű terhelésre
- 6.12. PI szabályozó eredményei ugrásszerű referencia sebesség értékre
- 6.13. PI szabályozó eredménye 3 ugrásszerű változásra a referencia sebesség értékben
- 6.14. PI szabályozó eredményei ugrásszerű terhelés változásra
- 6.15. Integrátor telítődése
- 6.16. PI szabályozó telítődésének hatása
- 6.17. A hibaintegrál időfüggvénye PI szabályozás esetén
- 6.18. A hibaintegrál időfüggvénye PI szabályozás anti windup funkcióval
- 6.19. A stabilitás határa
- 6.20. PI szabályozás időkésleltetett rendszer esetén
- 6.21. P szabályozó eredményei a referencia pozíció ugrásszerű változására
- 6.22. P szabályozó eredményei a referencia pozíció ugrásszerű változására
- 6.23. PI szabályozó eredményei a referencia pozíció ugrásszerű változására
- 6.24. Stick-slip jelenség
- 6.25. Kaszkád szabályozás eredményei
- 6.26. Diszkrét idejű alapjel korrekció
- 6.27. Megfigyelőre alapozott állapot-visszacsatolás
- 6.28. Megfigyelőre alapozott állapo-tvisszacsatolás integrátorral
- 6.29. Megfigyelőre alapozott állapotvisszacsatolás integrátorral
- 6.30. A szöbsebesség időfüggvénye
- 6.31. A szöbesebesség időfüggvénye
- 6.32. Szögsebesség nyomaték karakterisztika
- 6.33. A szögsebesség változása
- 6.34. A modell és a mérés összehasonlítása
- 6.35. Ugrásválasz
- 6.36. Szimulációs modell
- 6.37. Szimulációs eredmény
- 6.38. Nyomaték
- 6.39. Állapotváltozók
- 6.40. Szimulációs modell integrátorral
- 6.41. Szimulációs eredmény
- 6.42. Nyomaték
- 6.43. Szögsebesség
- 6.44. Egységugrás válasz
- 6.45. Bode-diagram
- 6.46. Ugrás válasz
- 6.47. Szűrés
- 6.48. Mérési eredmény integrátor nélkül
- 6.49. Mérési eredmény integrátorral
- 7.1. Munkapont meghatározása
- 7.2. A fojtásos szabályozás alapelve
- 7.3. Fordulatszám változtatással beállított munkapont
- 7.4. Megtérülési idő az időbeni és mennyiségi kihasználtság függvényében
- 7.5. 5 évnél rövidebb megtérülési idő az időbeni és mennyiségi kihasználtság függvényében
- 7.6. 3 évnél rövidebb megtérülési idő az időbeni és mennyiségi kihasználtság függvényében
- 7.7. Az éves energia megtakarítás az időbeni és mennyiségi kihasználtság függvényében
- 8.1. Aszinkron motor felépítésének egyszerűsített, elvi rajza
- 8.2. A háromfázisú eredővektor képzése
- 8.3. Fluxus eloszlás az aszinkron motorban
- 8.4. Induktivitások modellezése
- 8.5. Fázis- és rendszertranszformáció
- 8.6. Szinkron forgó koordináta-rendszer
- 8.7. Az álló- és forgórész egyesítése komplex, forgó transzformátorrá
- 8.8. Forgórész szórt induktivitása nélküli fluxusmodell
- 8.9. Forgórész fluxushoz történő orientáció
- 8.10. Feszültségforrás jellegű feszültség inverteres szabályozott hajtás
- 9.1. A modell-referenciás adaptív szabályozás struktúrája
- 9.2. Állapot megfigyelő általános elvi struktúrája
- 9.3. Kalman-szűrő működési elve
- 9.4. Kalman-szűrő illesztése tetszőleges rendszerhez
- 9.5. A mezőorientációs alapú Kalman-szűrős szabályozási struktúra
- 10.1. H∞ szabályozási probléma
- 10.2. Súlyfüggvényekkel kiegészített rendszer
- 10.3. Aszinkron motor Simulink modellje
- 10.4. Rendszer Simulink modelljének felépítése
- 10.5. Referenciakövetés vizsgálata
- 10.6. Szimuláció során használt terhelő nyomaték
- 10.7. Nyomatékváltozás hatása a sebességre
- 10.8. Sebességeltérés értéke
- 10.9. Szimuláció során használt mérési zaj
- 10.10. Motor feszültégbemenete
- 10.11. Fluxus modell alapján becsült fluxus
- 10.12. Motor modelljéből számított tényleges érték
- 10.13. Konstans referencia erős zajok esetén
- 10.14. Gyorsan változó nyomaték
- 10.15. Referencia tartása nyomatékváltozás esetén
- 10.16. Mérés DS1102 DSP kártyával
- 10.17. DS1102 Simulink blokkok
- 10.18. Aszinkron motor szabályozása DS1102-vel
A táblázatok listája
- 5.1. A motor paraméterei
- 5.2. Paraméterek
- 5.3. Paraméterek
- 5.4. Paraméterek
- 5.5. Paraméterek: