Ćwiczenie EA7 Sterowanie silnika skokowego

Ćwiczenie EA7
Sterowanie silnika skokowego
Program ćwiczenia:
1.
2.
3.
4.
Opracowanie rampy prędkości silnika, wg polecenia prowadzącego
Zaprogramowanie rampy prędkości w sterowniku SIC184
Realizacja zadanej rampy i rejestracja przebiegów czasowych prądów silnika
Porównanie wyników symulacyjnych z wynikami pomiarowymi
Dane znamionowe silnika:
Typ: 23LM-C358-01 (prod. Minibea Co. Ltd.)
IN = 0.69 A, UN = 8 V, Rpasma = 2.5 , Lpasma = 6 mH, skok 1.8, J = 5.510 -6 kgm2
Literatura:
J. Rusek "Elektrotechnika z elementami napędów", Wydawnictwa AGH 1993
R. Sochocki "Mikromaszyny elektryczne", Oficyna Wyd. Politechniki Warszawskiej 1996
T. Wróbel „Silniki skokowe”, WNT 1993
J. Owczarek i inni. "Elektryczne maszynowe elementy automatyki", WNT 1983
www.nmbtc.com - strony producenta badanego silnika
www.silniki.pl - oferta silników skokowych, sterowników i osprzętu do nich firmy Wobit
(producenta sterownika)
Uwagi wykonawcze:
1. Prąd maksymalny pasma silnika nie powinien przekraczać wartości znamionowej 0.69A
2. Napięcie stałe zasilające sterownik silnika musi być mniejsze niż 40V i większe niż 12V
(zaleca się 21V)
1
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie Studentów z metodami konstrukcji i realizacji trajektorii
ruchu silników wykonawczych (tutaj: silnika skokowego) w aplikacjach typu serwonapędowego.
Zastosowany w ćwiczeniu silnik jest typowym, 2-pasmowym silnikiem skokowym tzw.
hybrydowym, tzn. takim, którego moment elektromagnetyczny jest generowany częściowy dzięki
magnesom trwałym na wirniku, a częściowo dzięki asymetrii magnetycznej wirnika i ew. stojana
(moment reluktancyjny).
Sterownik SIC184 poznańskiej firmy Wobit (www.wobit.com.pl) daje możliwość
generacji dowolnej trajektorii ruchu, której każdy etap (rozruch – praca – hamowanie) opisany
jest wartością prędkości obrotowej i przyspieszenia/opóźnienia kątowego, przy czym można
zadać całkowite przesunięcie do zrealizowania przez silnik. Sterownik utrzymuje na zadanym
poziomie wartości prądów pasm silnika i udostępnia możliwość pracy mikroskokowej silnika,
przy prądowym sterowaniu jego pasm.
2. Wykonanie ćwiczenia
Ad. 1
Schemat układu aplikacyjnego sterownika przedstawiono na rysunku 1. W ćwiczeniu
wykorzystuje się komputer PC stacjonarny (ten sam, co w ćwiczeniu EA6), który jest połączony
przez łącze USB ze sterownikiem. Zasilanie sterownika (12 – 40VDC podawane na wejście Uz –
proszę uważać na biegunowość napięcia) pochodzi z regulowanego zasilacza laboratoryjnego na
stanowisku (tego samego, co w ćwiczeniu EA6). Pasma silnika są podłączone do wyjść A, B
sterownika, ale do wyprowadzonych koło sterownika zacisków (A1, A2 dla pasma A i B1, B2 dla
pasma B) trzeba przyłączyć wejścia halotronowych przekładników prądowych, co umożliwi
rejestrację prądów pasm silnika. Wyjścia przekładników podłączone są do karty pomiarowej w
komputerze PC. Rejestracje prądów wykonuje się w pakiecie DasyLab, za pomocą panelu
Hybryd.dsb. Na stanowisku nie ma enkodera ani zewnętrznych przycisków Start i Stop – napęd
jest uruchamiany i zatrzymywany z komputera.
Rys.1. Przykładowy układ aplikacyjny sterownika SIC184
2
Do teoretycznego wyliczenia rampy prędkości silnika (trajektorii ruchu silnika) służy
MATLAB-owy skrypt skok1.m, bazujący na równaniach kinematyki ruchu. Przy korzystaniu z
pliku w ramach wykonywania ćwiczenia zaleca się użycie rampy prędkości opisanej
następującymi wartościami przyspieszenia/opóźnienia kątowego, prędkości minimalnej,
maksymalnej i przesunięcia kątowego: a = 0.3obr/s2, Vmin = 0.01 obr/s, Vmax = 1obr/s, xtarget =
5obr.
Ad. 2
Do konfigurowania pracy sterownika służy firmowy polskojęzyczny program
SIC184.EXE (na pulpicie komputera). Program ten komunikuje się ze sterownikiem SIC184
przez port USB. Należy najpierw uruchomić program SIC184.EXE, a dopiero potem załączyć
napięcie zasilające (21VDC z laboratoryjnego zasilacza napięcia stałego) na sterownik. Wówczas
program „znajdzie” sterownik przez USB, co jest sygnalizowane w okienku Status programu
SIC184.EXE. Jeżeli sterownik pracuje prawidłowo w sensie sprzętowym, to podczas jego pracy
świecą się światłem ciągłym 2 diody LED: czerwona (sterownik zasilony) i zielona (sterownik
gotowy do pracy).
Najważniejsze w ćwiczeniu są zakładki programu opisane jako Konfiguracja i
Sterowanie. W zakładce Konfiguracja należy ustawić: prąd maksymalny [A] pasma silnika
(0.4÷0.5A), tzw. autoredukcję prądu [A], czyli wartość prądu pasma ustawianą gdy silnik jest
zatrzymany (należy ustawić tak mało jak tylko się da, np. 0.2A), skok silnika (1.8˚ czyli
200skoków/obrót), podział kroku (na 2 i na 8 mikroskoków w 2 kolejnych rejestracjach) i
zaznaczyć opcję brak enkodera. W zakładce Sterowanie należy ustawić: Prędkość min
(0.01obr/s), Prędkość maks (1obr/s), Przyspieszenie (0.3obr/s2) i Pozycję zadaną (5 obrotów do
wykonania przez silnik). W zakładce tej startuje się napęd, przyciskiem Ustaw. Duży czerwony
przycisk służy do natychmiastowego zatrzymania napędu.
Ad. 3.
Zwraca się uwagę na właściwy dobór częstotliwości próbkowania prądów silnika.
Powinna być tak dobrana, aby na każdy mikroskok wypadało jak najwięcej próbek, może być 10.
Dlatego raczej nie należy zadawać maksymalnych prędkości obrotowych silnika większych niż
1obr/s. Do wykonania rejestracji służy plik Hybryd.dsb działający w środowisku DasyLab.
Ustawiona w nim częstotliwość próbkowania prądów obu pasm silnika (5 kHz) jest właściwa dla
pracy z maksymalną prędkością obrotową Vmax = 1obr/sec, przy 2 mikroskokach/skok. Dla 8
mikroskoków/skok należy tą częstotliwość podnieść do 10kHz.
Ad. 4
Do wyliczenia zmiany położenia wirnika silnika podczas pracy na zadanej rampie na
podstawie rejestracji prądów, służy skrypt MATLAB-owy skok2.m, dla rejestracji dokonanych
przy podziale skoku na 2 mikroskoki i analogiczny skrypt skok3.m, dla rejestracji przy podziale
skoku na 8 mikroskoków. Produkują one 2 rysunki (analogicznie do skryptu skok1.m): przebiegu
położenia wirnika silnika w czasie i przebiegu prędkości silnika w czasie. Uzyskane przebiegi
powinny zostać nałożone na przebiegi obliczeniowe z pliku skok1.m. Żeby uzyskać efekt
nałożenia na siebie tych dwóch przebiegów wystarczy uruchomić skrypt skok1.m i następnie,
zaraz po nim, uruchomić skok2.m lub skok3.m. Niestety czas obliczeń skryptami skok2.m,
skok3.m jest długi i dlatego Studenci mogą to zrobić we własnym zakresie, a nie podczas
ćwiczenia.
3
3. Zawartość sprawozdania
Sprawozdanie powinno zawierać:
1. Schemat układu ćwiczeniowego
2. Krótki opis (własności i funkcji) sterownika SIC184
3. Zarejestrowane przebiegi czasowe położenia wirnika silnika na tle odpowiednich
przebiegów symulacyjnych
4. Zarejestrowane przebiegi czasowe prądów obu pasm
4. Informacje dotyczące silnika i sterownika
Instrukcja obsługi sterownika SIC184 jest zawarta w pliku SIC184_instr_09.02.2011.pdf.
Producenckie informacje na temat sterowanego silnika i pochodnych konstrukcji znajdują się w
pliku HybridSeriesStepMotors.pdf.
4