Servo Drive Design & Simulation for Packaging Production Line

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

Περιεχόμενα 1. ΕΡΩΣΗΜΑ 4.1……………………………….………………............................................2 2. ΕΡΩΣΗΜΑ 4.2………………………………………………………………………….…………………….5 3. ΕΡΩΣΗΜΑ 4.3………………………………………………………………………………………………23 4. ΕΡΩΣΗΜΑ 4.4………………………………………………………………………………………………67 5. ΕΡΩΣΗΜΑ 4.5………………………………………………………………………………………………69 6. ΕΡΩΣΗΜΑ 4.6………………………………………………………………………………………………72

Αρτικολεξο: Th: πραγματικι κζςθ, N: πραγματικι ταχφτθτα Iq: πραγματικό ρεφμα ροπισ Id: πραγματικό ρζυμα πεδίου Te: πραγματικι ΗΜ ροπι Ia: πραγματικό ρεφμα φάςθσ Α (ςτάτθ) Ki: ολοκλθρωτικό κζρδοσ Kp: αναλογικό κζρδοσ K: κζρδοσ ελζγχου κζςθσ

Th*: κζςθ αναφοράσ N*: ταχφτθτα αναφοράσ Iq*: ρεφμα ροπισ αναφοράσ Id*: ρζυμα πεδίου αναφοράσ Te*: ΗΜ ροπι αναφοράσ Ia*: ρεφμα φάςθσ Α αναφοράσ SMPM:Συγχρονθ Μθχανι Μόνιμου Μαγνθτθ

Εχουν γίνει τροποιιςεισ ςτα simulink μοντζλα για εμφάνιςθ μαηί με τισ αναφορζσ τουσ των ηθτοφμενων Ια,Id,Iq,Te. Τα μοντζλα όπωσ τροποποιικθκαν υπάρχουν ςαν attachment ςτο pdf : Μοντζλο Επαγωγικοφ Κινθτιρα: Μοντζλο SMPM: Μοντζλο Συντονιςμοφ των κινθτιρων:

1

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

ΕΡΩΤΗΜΑ 4.1 Δεδομζνα ομάδασ 20 MOTOR A (IM) MOTOR B (SMPM) Pm(W) 1500 Te(Nm) 11 V(V) 380(Y) V(V) 380 I(A) 3.7 I(A) 4.7 n(rpm) 1450 n(rpm) 4100 f(Hz) 50 λm(Wb) 0.55 λm(Wb) 0.85 Rs(Ω) 2.2 Rs(Ω) 4 Ld(H) 0.04 Rr(Ω) 2.85 Lq(H) 0.04 Lm(H) 0.3 J(kg/m2) 0.011 Lsl(H) 0.012 JLB(kg/m2) 0.015 2 Lrl(H) 0.012 Jt(kg/m ) 0.026 Jm(kg/m2) 0.02 p 2 2 Tsp(Nm) JLΑ(kg/m ) 0.031 27.5 2 Jt(kg/m ) 0.051 TLB(Nm) 8 p 2 KB(rounds) 2.5 Tm(Nm) 9.884 Tsp(Nm) 24.709 TLA(Nm) 7 S(VA) 2435.263 KA(rounds) 1.5 Tsp: οριο ολοκλθρωτι (SPeed controller torque saturation) Jt:ολικι ροπι αδρανειασ για κάκε κινθτιρα ThA*=1.2rounds*360deg=540deg, Th*B=2.5rounds*360=900deg (παραδοχή ότι Β κανει 2.5 περιςτροφζσ για θζςη ςυρραφήσ και 2.5 για να γυρίςει ςε αρχική θζςη) ΝΒmax=4100rpm(εργοςταςιακι μζγιςτθ που ο κινθτιρασ μασ δεν τθν πιανει οφτε ςτο κενό) NBmax`= (peak τροφοδοςιασ)/ (peak ςτακερθσ ταςθσ/krpm)=540/200=2700rpm (θ εν κενϊ max πραγματικι ταχφτθτα που μπορεί να πιάςει ο Β με αυτι τθ τροφοδοςία και λm εναλλακτικά υπολογίηεται με τον τφπο λm=Us/ω , όπου Us πολικι τροφοδοςίασ, αν τθν λφςουμε ωσ προσ ω και μετατρεψουμε τα rad/sec rpm….θ υπολογιςμζνθ με τρεξιμο simulink για ονομαςτικό φορτιο LB=8Nm και ζλεγχο ταχφτθτασ για χρόνουσ ανόδου<1sec είναι 2328rpm)

Peak ςτακερθσ ταςθσ/krpm: φαίνεται ςτισ ρυκμιςεισ SMPM παρακάτω Ονομαςτικι ροπι για τον Α:

Tm 

Pm 1500   9.884 Nm , m 2 1450 60

TLA=7Nm<Tm (++παιηει ονομαςτικα ρευματα αν είναι για Tm να ζχουμε μικροτερα ονομαςτικά για ΤLA ςε ελεγχο)

Η βαςικι λειτουργία του περιοριςτι ροπισ είναι θ προςταςία του κινθτιρα από τα μεγάλα ρεφματα που τείνει να δθμιουργιςει ο ζλεγχοσ από τθ δυναμικι απόκριςθ του κινθτιρα. Μία μζςθ τιμι για τθν εφαρμογι μασ είναι 2,5 φορζσ θ ονομαςτικι ροπι (ςυνθκιςμζνθ τιμι με βάςθ τθν βιβλιογραφία είναι 2 με 3 φορζσ τθν ονομαςτικι ροπι).Ζτςι ζχουμε:

2

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20 Κινθτιρασ Α: Tsp=2.5*9884=24.709Nm Κινθτιρασ B: Tsp=2.5*11=27.5Nm Ρυκμίςεισ Simulink περιοριςτών & Κινθτιρα Α

3

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

Ρυκμίςεισ Simulink περιοριςτών & Κινθτιρα Β

4

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

ΕΡΩΤΗΜΑ 4.2 Για να αξιολογιςουμε αν και κατά πόςο το ςφςτθμα ελζγχου ικανοποιεί τα αρχικά ςχεδιαςτικά κριτιρια κα πρζπει να ελζγξουμε τθν απόκριςθ του ςε διάφορα ςιματα ειςόδου (πχ ςυνάρτθςθ ράμπασ και βθματικι είςοδοσ) κακϊσ επίςθσ και τθν ικανότθτα του ςε απόρριψθ διαταραχϊν (ερωτιματα 4.2 και 4.3). Για να περιγράψουμε και να αξιολογιςουμε τθν ςυμπεριφορά του ςυςτιματοσ χρθςιμοποιοφμε τουσ παρακάτω δείκτεσ  Τπερφψωςη: Είναι το επί τοισ εκατό ποςοςτό μζγιςτθσ αφξθςθσ τθσ απόκριςθσ του ςυςτιματοσ ςε ςχζςθ με τθν είςοδο  Χρόνοσ Ανόδου: Ο χρόνοσ που απαιτείται ϊςτε θ ζξοδοσ να αποκτιςει για πρϊτθ φορά τθν τιμι τθσ μόνιμθσ κατάςταςθσ ιςορροπίασ  Χρόνοσ Αποκατάςταςησ: Ο χρόνοσ που απαιτείται ϊςτε θ ζξοδοσ να διαφζρει από τθν τι,θ τθσ μόνιμθσ κατάςταςθσ ιςορροπίασ μικρότερο από 2%

Οι παραπάνω δείκτεσ πρζπει να είναι όςο το δυνατόν μικρότεροι ϊςτε θ απόκριςθ του ςυςτιματοσ να είναι γριγορθ ϊςτε να παρακολουκεί τθν είςοδο χωρίσ μεγάλθ υπερφψωςθ κατά τθν διάρκεια του μεταβατικοφ και να αποςβζνει γριγορα τισ διαταραχζσ. Ζτςι κα πρζπει να ρυκμιςτοφν ςωςτά οι παράμετροι των ελεγκτϊν. Ωςτόςο θ προςπάκεια μείωςθσ ενόσ από τουσ παραπάνω δείκτεσ ϊςτε να πετφχουμε ακόμα καλφτερθ δυναμικι ςυμπεριφορά του ςυςτιματοσ ενδεχομζνωσ να οδθγιςει ςτθν αφξθςθ των τιμϊν των υπολοίπων δεικτϊν. Η ςωςτι ρφκμιςθ των παραμζτρων των ελεγκτϊν ζχει πολφ μεγάλθ ςθμαςία ςε ζνα ςερβοκινθτιριο ςφςτθμα. Όμωσ πολφ ςθμαντικό ρόλο παίηουν και τα διάφορα τμιματα που απαρτίηουν το ςερβοκινθτιριο ςφςτθμα. Στα επόμενα ερωτιματα ζγινε ζλεγχοσ ταχφτθτασ και κζςθσ με αναφορζσ βθματικισ και ςυνάρτθςθσ ράμπασ και προςδιοριςμόσ ολοκλθρωτικϊν και αναλογικϊν κερδϊν με ςτόχο τθν καλφτερθ δυνατι απόκριςθ.

CASE 4.2.Α: Ζλεγχοσ βθματικισ ταχφτθτασ (N*=ονομαςτικι) και κζςθσ (Th*=1.5rounds=450deg) του πρώτου κινθτιρα(Α) . Προςδιοριςμόσ χρόνου ανόδου και ζτςι εφρεςθ κλίςθσ για ράμπα αναφοράσ (Rate limit ιςοφται Th*/trise_Τh_step ι Ν*/trise_Ν_step για κζςθ και ταχφτθτα αντίςτοιχα) για προςζγγιςθ καλφτερου δυνατοφ ελζγχου. Η μεκοδολογία αυτι ακολουκικθκε και ςτο επόμενο βιμα τθσ εργαςίασ(CASE 4.2.Β). Στον ζλεγχο ράμπασ παρατθροφμε αναμενόμενα μικρότερο πλάτοσ διαταραχϊν Ια (15Α ζναντι 30Α ςε βθματικό ζλεγχο) και με τθν παραπάνω μεκοδολογία βρίςκουμε μικροφσ χρόνουσ ανόδου χωρίσ να επιβαρφνουμε τον επαγωγικό κινθτιρα. Τζλοσ ςτουσ ελζγχουσ αναφορϊν ράμπασ ζχει ειςαχκεί νεκρόσ χρόνοσ 0.1sec (δλδ ςτα 0.1sec μπαίνει φορτίο και δίνεται αναφορά ηθτοφμενθσ ταχφτθτασ/κεςθσ)

5

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.2.Β: Ιδια διαδικαςία με (CASE 4.2.Α ) με τθ διαφορά ότι δεν δινόταν ονομαςτικι Ν και ζτςι ζγινε ζλεγχοσ ςε διάφορεσ ταχφτθτεσ και παρουςιάηεται αυτι που επιλζγουμε για ελάχιςτο χρόνο λειτουργίασ ςε ζλεγχο κζςθσ(βθματικισ). Στον SMPM δεν μειϊνεται θ επιβάρυνςθ(μικρότερο Ια εκκινθςθσ) με χριςθ αναφοράσ ράμπασ. Με τθν χριςθ ράμπασ ρυκμιςμζνθσ κλίςθσ ιςθσ με χρόνο ανόδου βθματικοφ ελζγχου πετυχαίνουμε μόνο να μθν αυξιςουμε τον χρόνο διαταραχϊν Ια εκκινθςθσ. Το πλάτοσ Ια εκκινθςθσ είναι περίπου 15Α

Υπολογιςμοί ονομαςτικών παραμζτρων που ελζγχουμε:

Ia peakA  3.7 2  5.23A , IqA2  Id A2 



2 Ia A



2

 27.35 A ,

Ia peakB  4.7 2  6.64 A IqB 2  Id B 2 



2 IaB



2

 44.09 A

d  για περιοχζσ ςτακερισ ταχφτθτασ Τe=Τload dt Τe~Iq ςε γενικζσ μεταβολζσ Tm  Te  J tot

ΓΕΝΙΚΕ΢ ΠΑΡΑΣΗΡΗ΢ΕΙ΢ : ΡΤΘΜΙ΢Η ΚΕΡΔΩΝ: Ελεγχοσ ταχφτθτασ: -Ki αρχικό 0.001, ↑ Ki μζχρι να φτάςουμε κοντά ςτθν αναφορά με ανεκτι πρϊτθ υπερφψωςθ το πολφ 30% (↑↑↑Ki οδθγεί ςε ↑κυματϊςεων, ↑ χρόνου αποκατάςταςθσ) -Kp αρχικό 0.01, ↑ Kp για ↓ χρόνου ανόδου & ↓ πρϊτθσ υπερφψωςθσ (↑↑↑Kp οδθγεί ςε ↑κυματϊςειων και ↑ χρόνου αποκατάςταςθσ) Ελεγχοσ κζςθσ: -Κ αρχικό 0.1, ↑Κ για να φτάςουμε Th* και για ↓ χρόνου ανόδου. Διόρκωςθ Kp,Ki για ↓ χρόνου αποκατάςταςθσ

6

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.2 Α

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(step) Rate Limiter

--------

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

100%N(rpm)

100%La(Nm)

1450 1450 1450

70

0 0.1 1

0 1

Kp

7

Ki

0.26 0.028

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

8

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.2

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ Α

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(step) Rate Limiter

±-----

Th*(deg)

100%La(Nm)

K

540 540 540

70

Kp

01

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

9

1.67 0.07 0.025

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

10

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.2 Α

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(ramp) Rate Limiter

2636

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

11

100%N(rpm)

100%La(Nm)

Kp

Ki

0 1450 1450

70

0 0.1 1

0 1

0.4

0.4

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

12

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.2

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ Α

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(ramp) Rate Limiter

±2344

Th*(deg)

100%La(Nm)

K

0 540 540

70

Kp

01

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

13

2.55 0.15 0.2

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

14

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.2 B

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

B - PMSM

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(step) Rate Limiter

--------

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

N*(rpm)

100%La(Nm)

2090 2090 2090

80

0 0.1 1

0 1

Kp

15

Ki

0.125 0.026

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

16

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.2

B-PMSM B

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(step) Rate Limiter

±------

Th*(deg)

100%La(Nm)

K

900 900 900

80

Kp

01

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

17

2.75 0.125 0.026

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

18

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.2 B

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

B - PMSM

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(ramp) Rate Limiter

6147

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

19

100%La(Nm)

Kp

Ki

0 2090 2090

80

0 0.1 1

0 1

0.14

0.17

N*(rpm)

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

20

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.2

B-PMSM B

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(ramp) Rate Limiter

±3879

Th*(deg)

100%La(Nm)

K

0 900 900

80

Kp

01

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

21

3.95 0.14 0.17

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

22

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

ΕΡΩΤΗΜΑ 4.3 Στο ερϊτθμα αυτό εξετάηουμε τθν δυνατότθτα των 2 κινθτιρων να απορρίπτουν βθματικζσ διαταραχζσ όταν λειτουργοφν ξεχωριςτά ο ζνασ απ’τον άλλο. Οι περιπτϊςεισ κα είναι για ταχφτθτα 50% και 80% τθσ ονομαςτικισ του κάκε κινθτιρα. Οι διαταραχζσ λοιπόν είναι από 10% ςε 30% (δθλαδι για τον Α από 0.7 Nm ςε 2.1 Νm ενϊ για τον Β από 0.8 Νm ςε 2.4 Νm ) και από 20% ςε 80% (δθλαδι για τον Α από 1.4Νm ςε 5.6 Nm ενϊ για τον Β από 1.6 Νm ςε 6.4 Νm) . Μεταβάλλουμε τα κζρδθ ςε κάκε περίπτωςθ ϊςτε να ζχουμε όςο το δυνατόν αποτελεςματικότερθ απόρριψθ διαταραχισ. Ζτςι ςε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ κα ζχουμε αφξθςθ ςτθν υπερφψωςθ αφοφ ο ςτόχοσ μασ ςε αυτό το ερϊτθμα ιταν αποκλειςτικά θ ιςορροπία του ςυςτιματοσ και θ απόρριψθ τθσ διαταραχισ ςτθν εκάςτοτε ταχφτθτα. Εξετάηονται οι εξισ περιπτϊςεισ: CASE 4.3.1: Ζλεγχοσ ταχφτθτασ(βθματικισ) κινθτιρων Α,Β για ταχφτθτα 50% ονομαςτικισ και μεταβολι φορτίου 10-30% (4.3.1.Α1,Β1) & 20-80% (4.3.1.Α2,Β2) CASE 4.3.2: Ζλεγχοσ ταχφτθτασ(βθματικισ,ράμπασ) και κζςθσ(βθματικισ,ράμπασ) για ταχφτθτα 80% ονομαςτικισ και μεταβολι φορτίου 10-30% (4.3.2.Α1,Β1) & 20-80% (4.3.2.Α1,Β1).

CASE 4.3.1 (50%N) 4.3.1.A1) MotorA, ref:50%N, 10-30%La : Kp=0.131, ki=2.3

23

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20 Παρατθροφμε μια υπερφψωςθ ςχετικά μεγάλθ αλλά παρατθροφμε πωσ ζχουμε απόςβεςθ τθσ διαταραχισ. Στο 1 sec ζχουμε ειςαγωγι τθσ διαταραχισ θ οποία αποςβζνεται πολφ γριγορα.

Παπαηηπούμε πωρ ηο πεύμα εκκίνηζηρ είναι αςξημένο αλλά μειώνεηαι ζε μια ζηαθεπή ηιμή η οποία παπαμένει ζηαθεπή ζένα εύπορ ηιμών κονηά ζηην ονομαζηική, δηλαδή η διαηαπασή δεν επηπεάζει ηελικά ηον κινηηήπα

24

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

25

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20 4.3.1.A2) MotorA, ref:50%N, 20-80%La : Kp=0.1, ki=2.2

Παρατθροφμε μια μικρι υπερφψωςθ .Στο 1 sec ζχουμε ειςαγωγι τθσ διαταραχισ και φςτερα από 0.3sec τθν απόςβεςθ τθσ (δθλαδι ςχετικά γριγορα).

26

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

Παρατθροφμε πωσ και ςε αυτι τθν περίπτωςθ το ρεφμα εκκίνθςθσ είναι μεγάλο. Στο 1 Sec το ρεφμα αυξάνει (αλλά όχι πάρα πολφ) δθλαδι ο κινθτιρασ καταλαβαλινει τθν διαταραχι αλλά μπορεί να τθν αποςβζςει ςχετικά γριγορα. Αυτό φαίνεται και απτο διάγραμμα τθσ ροπισ όπου ςτο 1 sec θ ροπι αυξάνεται και ςτθ ςυνζχεια μετά τοπζρασ τθσ διαταραχισ ςτακεροποιείται ξανά.

27

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

28

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

4.3.1.B1) MotorΒ, ref:50%N, 20-80%La : Kp=0.11, ki=1.4

Παρατθροφμε ςχετικά μεγάλθ υπερφψωςθ. Στο 1 sec ζχουμε ειςαγωγι τθσ διαταραχισ που όπωσ βλζπουμε αποςβζνεται αρκετά γριγορα.

29

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

Παρατθροφμε πωσ θ ροπι αυξάνεται αρχικά και ςτθν ςυνζχεια γίνεται αρνθτικι (για γριγορθ επιτάχυνςθ και επιβράδυνςθ του δρομζα). Στο 1 sec παρατθροφμε πωσ με τθν ειςαγωγι τθσ διαταραχισ ζχουμε αφξθςθ τθσ ροπισ και ςτθ ςυνζχεια ςτακεροποίθςθ τθσ ςε 1 τιμι. Ακόμα παρατθροφμε πωσ το ρεφμα ςτο 1 sec αυξάνεται και ςε μια νζα τιμι, δθλαδι είναι εμφανισ θ διαταραχι που ειςάγεται ςτον κινθτιρα. Η αφξθςθ αυτι είναι πολφ μικρι και είμαςτε ακόμα μζςα ςτο ονομαςτικό ρεφμα (4.7 Α αν και οριακά) επομζνωσ δεν ζχουμε ςθμαντικά μεγαλφτερθ καταπόνθςθ του κινθτιρα

30

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

31

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20 4.3.1.B2) MotorΒ, ref:50%N, 20-80%La : Kp=0.087, ki=1.33

Παρατθροφμε μια μεγάλθ υπερφψωςθ. Στο 1 sec ειςάγουμε τθν διαταραχι. Βλζπουμε πωσ γίνεται μια πιο αργι απόςβεςθ τθσ διαταραχισ, παρόλα αυτά θ απόςβεςθ γίνεται ικανοποιθτικά.

32

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

Η ροπι ςτο 1 sec αυξάνεται εξαιτίασ τθσ διαταραχισ και ςτθ ςυνζχεια ςτακεροποιείται ςε μια ςυγκεκριμζνθ τιμι. Το ρεφμα αυξάνεται ςτο 1 sec και παίρνει τιμζσ μεταξφ -5 Α και 5 Α δθλαδι μεγαλφτερο του ονομαςτικοφ. Επομζνωσ αν και δεν είναι μεγάλθ θ διαφορά ίςωσ αν τζτοιεσ διαταραχζσ είναι ςυχνζσ να λθφκοφν κάποια μζτρα προςταςίασ. Θα πρζπει ςε αυτι τθν περίπτωςθ να εξετάςουμε και το κόςτοσ τθσ κάκε λφςθσ ςε ςχζςθ με τθν πικανότθτα να ζχουμε προβλιματα ςτον κινθτιρα και ίςωσ να γίνει κάποιοσ ςυμβιβαςμόσ.

33

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3.2 Σε αυτι τθ περίπτωςθ ζγινε ελεγχοσ βθματικισ ταχφτθτασ,κζςθσ και προςδιοριςμόσ αντίςτοιχων χρόνων ανόδου. Ζπειτα με διαίρεςθ τθσ ταχφτθτασ,κζςθσ αναφοράσ ράμπασ δια τον παραπάνω χρόνο ανόδου υπολογίςτθκε θ κλίςθ τθσ ράμπασ με αντιςτοιχθ ρφκμιςθ Rate limiter και με αυτι τρζξαμε αντίςτοιχουσ ελζγχουσ ταχυτθτασ,κεςθσ ράμπασ. Με αυτόν τον τρόπο πετυχαίνουμε να ορίηουμε αναφορά ράμπασ με ςυνολικό χρόνο(ράμπασ) όςο ο παραπάνω χρόνοσ ανόδου και ζτςι να «προςαρμόηουμε» καλφτερα τθν αναφορά μασ ςτθν προςπάκεια μασ για εφρεςθ βζλτιςτων ορίων λειτουργίασ κινθτιρων και βζλτιςτων κερδϊν Κ. Οι διαταραχζσ φορτίου τοποκετικαν χρονικά ςε ελζγχουσ βθματικϊν αναφορϊν ςτθ μονιμθ κατάςταςθ ιςορροπίασ(0.5-0.8sec) ενϊ ςε ελζγχουσ αναφορϊν τφπου ράμπασ ςτθ διάρκεια τθσ ράμπασ(=πριν τον χρόνο ανόδου) και κοντά ςτθν εκκίνθςθ του κινθτιρα. Παρόλα αυτά θ αναφορά ράμπασ επιβαρφνει λιγότερο και πάλι τον κινθτιρα(ιδίωσ ςε ελεγχο ταχφτθτασ ράμπασ ςε ςχζςθ με βθματικι) με χαμθλότερο πλάτοσ διαταραχϊν και μζγιςτο Ia. Τζλοσ όπωσ και ςε προθγοφμενα ερωτιματα θ μεταβολι φορτίου επθρεάηει τα υπολογιηόμενα μεγζκθ κατά τον παρακάτω γενικό τρόπο:

Load↑=>Te↑,Iq↑,Is↑,N↓

34

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.Α1

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(βθματικι) Rate Limiter

--------

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

80%N(rpm)

10-30%La(Nm)

1160 1160 1160

0.7_2.1_0.7_0

0 0.1 1

0_0.5_0.8_ 1

Kp

35

Ki

0.153 0.018

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

36

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ 2.Α1

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(βθματικι) Rate Limiter

-------

80%N(rpm)

10-30%La(Nm)

K

540 540 540

0.7 2.1 0.7 0

Kp

0 0.5 0.8 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

37

1.49 0.153 0.08

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

38

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.Α1

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(ράμπα)

ΑΝΑΦΟΡΑ

Rate Limiter

Χρόνοσ(s)

±3742

80%N(rpm)

10-30%La(Nm)

0 1160 1160

0 0.7 2.1 0.7 0 0 0.1 0.2 0.4 1

0 0.1 1

Kp

39

Ki

0.164 0.07

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

40

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ 2.Α1

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(ramp) Rate Limiter

±1038

Th*(deg)

10-30%La(Nm)

K

0 540 540

0 0.7 2.1 0.7 0

Kp

0 0.1 0.2 0.4 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

41

2.6 0.164 0.07

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

42

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.Α2

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(βθματικι) Rate Limiter

--------

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

80%N(rpm)

20-80%La(Nm)

1160 1160 1160

1.4 5.6 1.4 0

0 0.1 1

0 0.5 0.8 1

Kp

43

Ki

0.153 0.018

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

44

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ 2.Α2

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(βθματικι) Rate Limiter

-------

Th*(deg)

20-80%La(Nm)

K

540 540 540

1.4 5.6 1.4 0

Kp

0 0.5 0.8 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

45

1.8 0.152 0.02

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

46

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.Α2

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(ράμπα)

ΑΝΑΦΟΡΑ

Rate Limiter

Χρόνοσ(s)

±3625

80%N(rpm)

20-80%La(Nm)

0 1160 1160

0 1.4 5.6 1.4 0 0 0.1 0.2 0.4 1

0 0.1 1

Kp

47

Ki

0.23 0.08

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

48

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

Α - ΕΠΑΓΩΓΙΚΟΣ 2.Α2

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(ramp) Rate Limiter

±1311

Th*(deg)

10-30%La(Nm)

K

0 540 540

0 0.7 2.1 0.7 0

Kp

0 0.1 0.2 0.4 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

49

4.4 0.23 0.08

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

50

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.Β1

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

B - ΣΜΜΜ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(βθματικι) Rate Limiter

--------

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

80%N(rpm)

10-30%Lb(Nm)

2155 2155 2155

0.8 2.4 0.8 0

0 0.1 1

0_0.5_0.8_ 1

Kp

51

Ki

0.1 0.007

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

52

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

B - SMPM 2.Α1

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(βθματικι) Rate Limiter

-------

Th*(deg)

10-30%La(Nm)

K

900 900 900

0.8 2.4 0.8 0

Kp

0 0.5 0.8 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

53

2.2 0.1 0.007

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

54

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.B1

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

B - SMPM

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(ράμπα)

ΑΝΑΦΟΡΑ

Rate Limiter

Χρόνοσ(s)

±8500

55

80%N(rpm)

10-30%La(Nm)

Kp

Ki

0 2155 2155

0 0.8 2.4 0.8 0 0 0.1 0.2 0.4 1

0.12

0.04

0 0.1 1

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

56

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

B - SMPM 2.B1

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(ramp) Rate Limiter

±3719

Th*(deg)

10-30%Lb(Nm)

K

0 540 540

0 0.7 2.1 0.7 0

Kp

0 0.1 0.2 0.4 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

57

4 0.12 0.04

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

58

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.Β2

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

B - ΣΜΜΜ

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(βθματικι) Rate Limiter

--------

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

80%N(rpm)

20-80%Lb(Nm)

2155 2155 2155

1.6 6.4 1.6 0

0 0.1 1

0 0.5 0.8 1

Kp

59

Ki

0.15 0.038

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

60

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

B - SMPM 2.Α1

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(βθματικι) Rate Limiter

-------

Th*(deg))

20-80%La(Nm)

K

900 900 900

1.6 6.4 1.6 0

Kp

0 0.5 0.8 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

61

2.28 0.11 0.01

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

62

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE 4.3 2.B2

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

B - SMPM

ΕΛΕΓΧΟ΢ ταχφτθτασ(ράμπα)

ΑΝΑΦΟΡΑ

Rate Limiter

Χρόνοσ(s)

±8257

80%N(rpm)

10-30%La(Nm)

0 2155 2155

0 1.6 6.4 1.6 0 0 0.1 0.2 0.4 1

0 0.1 1

Kp

63

Ki

0.15 0.038

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

64

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

CASE

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢

4.3

B - SMPM 2.B1

ΕΛΕΓΧΟ΢ κζςθσ(ramp) Rate Limiter

±3191

Th*(deg)

20-80%Lb(Nm)

K

0 900 900

0 1.6 6.4 1.6 0

Kp

0 0.1 0.2 0.4 1

Ki

ΑΝΑΦΟΡΑ

Χρόνοσ(s)

0 0.1 1

65

4.6 0.15 0.038

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

66

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

ΕΡΩΤΗΜΑ 4.4 Για τον κινθτιρα Α κζλουμε θ κίνθςθ να είναι όςο το δυνατόν πιο ομαλι, δθλαδι να μθν υπάρχουν απότομεσ κινιςεισ κατά τθν μεταφορά τον βάςεων των κιβωτίων. Αυτό που κζλουμε να πετφχουμε είναι θ μεταφορά τθσ βάςθσ του καφαςιοφ να γίνεται όςο δυνατον πιο ομαλά αλλά ταυτόχρονα πρζπει να φτάνει ςτθ κζςθ του ομαλά και χωρίσ υπερφψωςη, ϊςτε να τοποκετθκεί ςωςτά το πλαϊνό τμιμα με τθ βάςθ του ξυλοκιβωτίου. Επίςθσ κα πρζπει να περιορίηουμε όςο είναι δυνατό το ρεφμα του κινθτιρα. Με τθν παραπάνω λογικι αναλφουμε ςε επιμζρουσ ςθμεία τθν πραγματικι κυματομορφι κζςθσ που προζκυψε ςτο CASE 4.2.A με ζλεγχο κζςθσ και αναφορά ράμπασ(=μικρότερο μζγιςτο Ια εκκίνθςθσ) ζχουμε τα εξισ ςθμεία: 600 0.500, 5380.511, 540 0.400, 5300.450, 535

500

0.350, 518 0.300, 450

400 0.250, 350 300 0.200, 270 200

100

0

0.180, 225 0.160, 190 0.140, 150 0.120, 110 0.100, 70 0.020, 1 0.080, 40 0.060, 20 0.000, 0 0.00

0.10

0.20

0.30

Καταχϊρθςθ ςτοιχείων ςτο μοντζλο προςομοίωςθσ

0.40

0.50

0.60

67

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20 Ο δεφτεροσ κινθτιρασ κζλουμε προορίηεται για ςυρραφι ξυλοκιβωτίων και κζλουμε να ζχει το μικρότερο δυνατό μικρό χρόνο λειτουργίασ και να ακολουκεί όςο δυνατό απότομθ κίνθςθ κάτι ςτο οποίο μπορεί να ανταπεξζλκει μιασ και είναι ςυγχρονθ μθχανι μόνιμου μαγνιτθ. Εδϊ παίρνουμε ωσ αναφορά μια βθματικι ςυνάρτθςθ με βιμα διάρκειασ όςο ο χρόνοσ ανόδου που υπολογίςτθκε ςτο CASE 4.2.Β (ςε ζλεγχο κζςθσ βθματικισ. Παρακάτω ζγινε δοκιμι του παλμοφ αναφοράσ ςτο μοντζλο του SMPM και με επεξεργαςία ςτο matlab προκφπτουν τα παρακάτω δεδομζνα

Ζτςι επιλζγεται για τον κινθτιρα Β παλμόσ αναφοράσ διάρκειασ 0,28sec

68

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

ΕΡΩΤΗΜΑ 4.5 Παρακάτω με επεξεργαςία γραφθμάτων ςτο Matlab φαίνονται οι βζλτιςτοι χρόνοι λειτουργίασ που βρζκθκαν για το ςφςτθμα με διόρκωςθ παραμζτρων των ελεγκτϊν ταχφτθτασ και κζςθσ. Ζγινε ζλεγχοσ μικρότερων χρόνων ανόδου(πλθςιζςτερων ςτθν αναφορά) και για τον κινθτιρα Α επιλζχκθκε ο βζλτιςτοσ που δεν δθμιουργεί ζντονουσ κραδαςμοφσ(=υψθλισ ςυχνότθτασ ταλάντωςθ ΗΜ ροπισ) ενϊ για τον κινθτιρα Β πζρα από ρφκμιςθ Κ ζγινε ρφκμιςθ διάρκειασ παλμοφ αναφοράσ για βελτιςτοποίθςθ τελικοφ χρόνου ςε ςυνδυαςμό με ικανοποιιτικθ απόδοςθ του κάκε κινθτιρα για το είδοσ εργαςίασ που προορίηονται(Α για ταινιοδρομο, Β για ςυρραφι ξυλοκιβωτίων)

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ A: K=4, KP=0.2 Ki=0.5 ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ B: K=2.95, KP=0.2 Ki=0.001 ΧΡΟΝΟ΢ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ΢ Α: 0.987 SEC ΝΕΚΡΟ΢ ΧΡΟΝΟ΢: 0.01 SEC ΧΡΟΝΟ΢ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ΢ B: 0.69 SEC (ΓΙΑ ΜΗΔΕΝΙ΢ΜΟ ) ΢ΤΝΟΛΙΚΟ΢ ΧΡΟΝΟ΢ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ΢: 1.687 SEC

69

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20 Τα αντίςτοιχα αναλυτικά διαγράμματα λειτουργίασ για τον κινθτιρα Α και Β μετά από επεξεργαςία ςτο matlab παρουςιάηονται παρακάτω:

-ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ Α

70

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

-ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ Β

71

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

ΕΡΩΤΗΜΑ 4.6 Σε αυτό το ερϊτθμα ζχουμε αφξθςθ φορτίου 115% για τον κινθτιρα Α και 110% για τον κινθτιρα Β. Παρόλο που το φορτίο αυξικθκε με διόρκωςθ των κερδϊν Κ πετυχαίνουμε λίγο μικρότερο χρόνο ανόδου κινθτιρα Α και μαηί με επιπλζον ρφκμιςθ(μείωςθ) διάρκειασ παλμοφ αναφοράσ κινθτιρα Β (πζρα διορκωςθσ των Κ του Β) τθν μειϊςθ χρόνου ανόδου κινθτιρα Β και εν τζλει τθσ ςυνολικοφ χρόνου λειτουργίασ του ςυςτιματοσ.

ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ A: K=4, KP=0.25 Ki=0.5 ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ B: K=3,04, KP=0.26 Ki=0.001 ΧΡΟΝΟ΢ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ΢ Α: 0.949 SEC ΝΕΚΡΟ΢ ΧΡΟΝΟ΢: 0.01 SEC ΧΡΟΝΟ΢ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ΢ B: 0.688 SEC (ΓΙΑ ΜΗΔΕΝΙ΢ΜΟ ) ΢ΤΝΟΛΙΚΟ΢ ΧΡΟΝΟ΢ ΛΕΙΣΟΤΡΓΙΑ΢: 1.647 SEC

Τα αντίςτοιχα αναλυτικά διαγράμματα λειτουργίασ για τον κινθτιρα Α και Β μετά από επεξεργαςία ςτο matlab παρουςιάηονται παρακάτω:

72

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

-ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ Α

73

Εργαςία ςτα Σερβοκινθτιρια Συςτιματα 2011 – ΟΜΑΔΑ 20

-ΚΙΝΗΣΗΡΑ΢ Β

74