docSerwonapędy w automatyce i robotyce
download 
Reklamacja Transkrypt
Serwonapędy w automatyce i robotyce
Serwonapędy w automatyce i robotyce Wykład 7 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów Selsyny Selsyny - mikromaszyny indukcyjne, zastosowanie w automatyce (w układach pomiarowych i sterowania) do: ◦ Zdalnego przekazywania połoŜenia kątowego na drodze elektrycznej, ◦ Przekształcania połoŜenia kątowego na sygnał elektryczny – napięcie. Selsyn – czujnik indukcyjny, wykorzystujący zmiany indukcji wzajemnej. Łącza selsynowe: ◦ wskaźnikowe, ◦ RóŜnicowe, ◦ transformatorowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 2 Selsyny Łącze wskaźnikowe: ◦ Selsyn nadawczy – zadajnik kąta ◦ Selsyn odbiorczy – odbierający przesunięcie kątowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 3 Selsyny Łącze wskaźnikowe zbudowane z dwóch selsynów z utajonymi biegunami stojana i jawnymi biegunami wirnika Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 4 Selsyny Uzwojenie wzbudzenia u (t ) = U m sin(ωt ) Indukowane SEM w uzwojeniach wirnika (e1) i wirnika (e2) dϕ , dt dϕ e2 = − z 2 . dt e1 = − z1 SEM uzwojeń wzbudzenia e1 = Em1 sin(ωt ) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 5 Selsyny SEM w uzwojeniach synchronizujących e21 = Em 21 sin(ωt ), e22 = Em 22 sin(ωt ) cos120o , e23 = Em 23 sin(ωt ) cos 240o. Po obróceniu wału selsyna nadawczego o kąt θ e21 = Em 2 sin(ωt ) cos θ , e22 = Em 2 sin(ωt ) cos(θ + 120 o ), e23 = Em 3 sin(ωt ) cos(θ + 240o ). Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 6 Selsyny Moment synchronizujący – moment elektromagnetyczny doprowadzający łącze do zgodności połączeń M s = M max sin θ , θ = θ N − θO . Sztywność statyczna charakterystyki momentu synchronizującego jest tangensem kąta nachylenia stycznej do początkowego odcinka sinusoidy Sztywność decyduje o dokładności przekazywania kąta w łączu. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 7 Selsyny Dokładność łącza zaleŜy od: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Liczby współpracujących selsynów, Rezystancji linii łączącej selsyny, Symetrii oporności linii, Napięcia wzbudzenia, Częstotliwości zasilania, Przesunięcia fazowego między napięciem zasilającym nadajnik i odbiornik ◦ Prędkości obrotowej wirnika selsyna nadajnika. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 8 Selsyny ZaleŜność dokładności łącza wskaźnikowego od prędkości wirnika Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 9 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 10 Selsyny Łącze róŜnicowe Selsyny Łącze róŜnicowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 11 Selsyny Wykresy wektorowe: wirnik SN (a i d) oraz stojana SR (b, c) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 12 Selsyny Obrót selsyna SN1 o 30o w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 13 Selsyny Obrót wirników selsynów nadawczych w przeciwne strony – powstanie między kierunkami strumienie wypadkowych stojana i wirnika SR kąta: θ SR = θ SN 1 + θ SN 2 Obrót wirników selsynów nadawczych w tą samą stronę – kąt między strumieniami wypadkowymi stojana i wirnika SR: θ SR = θ SN 1 − θ SN 2 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 14 Selsyny Łącze transformatorowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 15 Rezolwer Rezolwery – selsyny przetwornikowe, trygonometryczne lub przelicznikowe – pojedyncze analogowe przetworniki kąta na napięcie. Zastosowanie: ◦ Roboty, ◦ Obrabiarki sterowane numerycznie W serwonapędach stosuje się dwa rozwiązania rezolwerów jako przetwornik kąta na: ◦ Fazę napięcia wyjściowego – przetwornik fazowy, ◦ Amplitudę napięcia wyjściowego – przetwornik amplitudowy Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 16 Rezorwer Budowa rezolwera Rezolwer jako przetwornik fazowy U1 = U m sin(ωt ), π U 2 = U m sin( + ωt ) 2 Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 17 Rezolwer Indukowane napięcia we wirniku: U w1 = U m k cos(α ) sin(ωt ), U w 2 = U m k sin(α ) cos(ωt ), U w = U w1 + U w 2 = U m k sin(ωt − α ) Przesunięcie fazowe między napięciem uzwojenia wirnika i jednym z napięć stojana jest równe wartości kąta α wirnika rezolwera. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 18 Rezolwer Rezolwer jako przetwornik amplitudowy ◦ Uzwojenia stojana zasilane są napięciami zmiennym zgodnych w fazie ◦ Amplitudy napięć moduluje się funkcjami trygonometrycznymi kąta obrotu β zadane przez serwomechanizm U1 = U m k sin( β ) sin(ωt ), U 2 = U m k cos( β ) sin(ωt ). ◦ Obrót wału o kąt α U w = U m k sin( β − α ) sin(ωt ) Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 19 Rezolwer Przetwornik amplitudowy – amplituda napięcia wyjściowego (wirnik) zaleŜy od róŜnicy między zadaną wartością kąta β, a rzeczywistym kątem obrotu wirnika α. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 20 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych x U wy = U z l Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 21 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Potencjometryczny przetwornik linkowy HPS obudowa z aluminium, długości pomiarowe 500 do 2000mm Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 22 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Potencjometryczny przetwornik linkowy zastosowania Napędy liniowe, maszyny numeryczne, stoły X-Y i podobne. Wielowrzecionowe maszyny tnące Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 23 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki rezystancyjne. ◦ bezwzględny sposób pomiaru, tzn. po włączeniu urządzenia pomiarowego odczytana pozycja jest pozycją absolutną, ◦ łatwość obróbki sygnału i mały pobór mocy, gdyŜ wystarczające jest źródło napięciowe, ◦ pomiar przesunięć w zakresie 1 cm … 2 m, ◦ największe uzyskiwane dokładności – 0,05 mm (nie więcej niŜ 0,1%), ◦ wada – wraŜliwość na: wilgotność, zapylenie, wyziewy agresywne, wibracje. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 24 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe ◦ stosowane do pomiarów przesunięć w zakresie od setnych do kilkudziesięciu milimetrów Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 25 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe ◦ Układ pomiarowy Czujniki indukcyjne różnicowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 26 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe zbliŜeniowe wyposażone w cewkę zasilaną z oscylatora – zmienne pole magnetyczne wielkiej częstotliwości • czujniki dwustanowe, • czujniki analogowe. Zasięg działania: 30 – 60 mm Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 27 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki indukcyjnościowe zbliŜeniowe Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 28 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki pojemnościowe C = εε 0 S l Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 29 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Czujniki pojemnościowe ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ pomiary przesunięć mniejszych od mikrometra, zakres górny – kilkanaście centymetrów, mały wyjściowy opór mechaniczny, bardzo duŜa rezystancja wyjściowa, niedokładności: pojemności brzegowe, sprzęŜenia z sąsiednimi elementami, pojemności doprowadzeń, zmiany przenikalności elektrycznej błędy wprowadzone przez układy pomiaru pojemności Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 30 Pomiary połoŜenia, przesunięć liniowych i kątowych Cyfrowe urządzenia do pomiaru przesunięć Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 31 Czujniki przyspieszenia Czujniki MEMSIC – porównanie technologii Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 32 Czujniki przyspieszenia Czujniki MEMSIC - budowa Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 33 Czujniki przyspieszenia Czujniki MEMSIC – zasada działania Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów 34
