Servomechanismus Amira S1

From DCEwiki
Jump to: navigation, search
Hlavní stránka Laboratorní modely Vyučované předměty Vybavení Historie Správce laboratoře Pro studenty Odkazy

Laboratorní model Servomechanismus S1 je systém vyrobený firmou Amira. Model je možné využít k výuce základního řízení (např. pomocí PID regulátorů) úhlové rychlosti ω(t) nebo úhlu natočení hřídele φ(t). Může se také použít k aplikace Kalmanova filtru k odhadu neznámého zatěžovacího momentu na základě měření vstupního napětí a výstupních otáček hřídele či navrhnout složitější metody řízení - LQ a LQR regulátory. Model simuluje v praxi se vyskytující situace při zkoumání rychlostních a pozičních řídicích systémů. Regulace pozice (úhlu natočení) a rychlosti jsou v praxi používané u mnoha systémů, např. u různých robotů, manipulátorů apod. Využití najdeme také v dopravě, letectví, medicíně apod. Model servomechanismu S1 je zobrazen na obr. 1.


Schéma a konstrukce modelu[edit]

Model je tvořen dvěmi identickými motory s pevně spojenou hřídelí (pružnost hřídele není uvažována). První motor (tzv. GENERÁTOR) simuluje proměnný zatěžovací moment, druhý motor (tzv. MOTOR) je buzen signálem regulátoru. Dále model obsahuje tachodynamo pro měření otáček motoru ω(t) a IRC senzor pro měření úhlu natoční hřídele φ(t). Celý systém lze potom rozdělit na 3 části: vstupně – výstupní kartu, výkonovou část a mechanickou část.

Univerzální vstupně – výstupní karta DAC98[edit]

Karta obsahuje analogové a digitální V/ V plus encoder pro IRC čidlo. Pro tuto kartu bohužel není dostupný software schopný spolupracovat s programem Matlab, z toho důvodu je systém připojen přes V/ V kartu AD512, pro kterou jsou k dispozici ovladače pro Real Time Toolbox pro Matlab.

Výkonová část[edit]

Výkonová část, tzv. ACTUATOR (přístrojová skříň), obsahuje zdroje, senzory proudu, zesilovače pro převod signálů z V/ V karty na výkonové veličiny pro motory a zesilovače pro převod signálů ze senzorů na unifikované signály pro vstupy V/ V karty. Na obr. 2 a obr. 3 je přístrojová skříň zobrazena. Jak je z obrázků patrné, přístrojová skříň je složena z několika modulů, jejichž význam si nyní popíšeme.



Mechanická část[edit]

Tato část je tvořena motory a senzory rychlosti a polohy.



Laboratorní model se zapíná vypínačem, který se nachází na zadní stěně přístrojové skříně. Zapnutí zdroje je indikováno zelenou LED diodou na tomto zdroji. Přepínač Time by měl být v poloze 1.


Informace pro studenty[edit]

Obecné informace[edit]

Stabilita systému je podmíněna volbou výstupní veličiny. Volbou výstupní veličiny ω(t) získáme lineární stabilní systém, při volbě výstupu φ(t) je systém nestabilní díky vzniklému astatismu. Model servomechanismu je možné řídit pomocí PC s programem Matlab/ Simulink a Real Time Toolboxu, kde jsou všechny veličiny převedeny na bezrozměrná čísla obvykle v intervalu (-1, +1).


Pokyny pro práci s modelem[edit]

V případě poruchy je možné řidit se instrukcemi podle tab. 1.


Tabulka 1: Lokace a odstranění poruch
porucha odstranění poruchy
LEDky nesvítí zkontrolujte pojistky vzadu na přístrojové skříni
LEDka +35 V nesvítí zkontrolujte pojistku v modulu POWER SERVO
LEDka -35 V nesvítí zkontrolujte pojistku v modulu POWER SERVO
LEDky +15 V a -15 V nesvítí zkontrolujte pojistku v modulu POWER
LEDka +5 V nesvítí zkontrolujte pojistku v modulu POWER
LEDka „System“ nesvítí zkontrolujte spojení přístrojové skříně a systému
nelze zvolit požadovaný regulátor zkontrolujte, zda není zvolen jiný regulátor (LEDky na modulu POWER SERVO) a LEDku „Ready“ (štít je zavřený)
regulátor je povolen, ale motor se netočí zkontrolujte LEDky zdrojů


Důležité vztahy[edit]

Při popisu systému vycházíme z následujících rovnic:

L\frac{\mathrm{d} i(t)}{\mathrm{d}t}=-R\,i(t)-k_e\,\omega(t)+u(t),     (1)

J\frac{\mathrm{d} \omega(t)}{\mathrm{d}t}=k_m\,i(t)-b\omega(t)-M_z\,(t),     (2)

\frac{\mathrm{d} \varphi(t)}{\mathrm{d}t}=\omega(t),      (3)


kde i(t) [A] je proud motoru, ω(t) [rad s-1] jsou otáčky motoru, φ(t) [rad] je úhel natočení hřídele, u(t) [V] je vstupní napětí motoru, Mz [N m] je vnější zatěžovací moment, R [Ω] je elektrický odpor motoru, L [H] je indukčnost motoru, J [kg m2 s-1] je moment setrvačnosti motoru, km [kg m2 s-2] je mechanická konstanta motoru, ke [s V s-1] je elektrická konstanta motoru, b [kg m2 s-1] je konstanta tření motoru.


Volba vstupních a výstupních veličin systému[edit]

Jako vstupní veličinu volíme vstupní napětí motoru u(t), výstupní veličina, jak bylo uvedeno v obecných informacích, může být ω(t) nebo φ(t).


Soubory[edit]


Literatura[edit]

1. FUKA, Jindřich; JOHN, Jan; KUTIL, Michal. Učebnice SARI [online]. Dostupné z WWW: <http://dce.felk.cvut.cz/sari>.

2. HOLEČEK, Jan. Laboratoř teorie automatického řízení K26 [online]. Dostupné z WWW: <http://support.dce.felk.cvut.cz/lab26>.

3. ROUBAL, Jiří; AUGUSTA, Petr; HAVLENA, Vladimír; FUKA, Jindřich. Control Design For Servo AMIRA - DR300