9. Kéttömeg rendszer közvetlen elcsavarodás szabályozása csúszómódbanszabályozása csúszómódban
9.6. A kéttömeg rendszer csúszómód alapú közvetlen elcsavarodás szabályozásának kísérleti alkalmazásaelcsavarodás szabályozásának kísérleti alkalmazása
Először az általunk javasolt megfigyelőre alapozott diszkrét idejű csúszómód szabályozót (továbbiakban ODSM) egy PI szabályozóval szimuláció útján hasonlítottuk össze (ld. 421. ábra). A 421. ábran megfigyelhető, hogy a PI szabályozó is behangolható úgy, hogy a gyorsítási szakaszban a tengely elcsavarodása nem haladja meg a megengedett maximális értéket, de ekkor a beállási idő többszöröse az ODSM szabályozó beállási idejének ld. 421. ábra/b. A 421. ábra/c-n jól megfigyelhető, hogy a PI szabályozó esetén a tengelyelcsavarodás lengése, míg az ODSM szabályozó esetén a tarjektória először a csúszóegyenes felé tart, majd a csúszóegyenes mentén eléri a maximálisan megengedhető tengelyelcsavarodást, végül a tengelyelcsavarodás referencia jele az állandósult értékre csökken, amit a trajektória is követ.
Korábban kihangsúlyoztuk, hogy a csattogás egyik legfontosabb forrása a nem modellezett nagy sajátfrekvenciájú dinamika. A 4-22. ábra ezt a hatást demonstrálja. Ahogy említettük a szimulációnkban a valóságos és a megfigyelő modellje abban különbözik egymástól, hogy az elsőben számításba vettük a motor villamos időállandóját, a másodikban viszont elhanyagoltuk azt. Elvégeztünk egy olyan szimulációt, amely pusztán abban különbözik 421. ábra ODSM szimulációjától, hogy a szabályozóba a motor fordulatszámát nem a megfigyelőtől, hanem a tényleges modelltől csatoltuk vissza. A motor villamos időállandójának elhanyagolása a csúszómód szabályozó teljes csődjéhez vezet. A 4-22. ábran r a referenciaszögsebesség, m motor szögsebessége és l a terhelés szögsebessége. A 4-22. ábra arra is magyarázatot ad, hogy sok kutatónak miért nem sikerült a klasszikus csúszómódszabályozót a gyakorlatban alkalmazni.
4.21. ábra - Szimulációs eredmények
a. Tengelyelcsavarodásb. Szögsebességc. Állapottrajektória
4.22. ábra - A csattogás jelensége
A szimulációs eredmények után bemutatunk néhány mérési eredményt is. A kísérleti eszközt a 423. ábra mutatja.
4.23. ábra - A kísérleti berendezés
A szabályozáshoz szükséges számításokat egy transputeres rendszeren végeztük el. A fordulatszám érzékeléséhez a motor oldalon egy nagy felbontású inkrementális enkódert alkalmaztunk (fordulatonként 36 000 impulzus). A terhelés oldali érzékelőnek a felbontása 3000 impulzus/fordulat volt. Az egyenáramú szaggató kapcsolási frekvenciája 20 kHz, a mintavételezési frekvencia 1.5 kHz volt. A 4-24. ábra/a-n az r a referenciaszögsebességet, m motor szögsebességét és l a terhelés szögsebességét, a 4-24. ábra/b-n a tengelyelcsavarodás referencia és becsült értékét láthatjuk.
4.24. ábra - Mérési eredmények
a. Szögsebesség b. Tengelyelcsavarodás
10. Következtetés
A csúszómód szabályozással kapcsolatos biztató elméleti eredmények után a gyakorlati próbálkozások jelentős része kudarcot vallott, ennek okát jól példázza a 4-22. ábra. Sok kutató ezért arra a következtetésre jutott, hogy a csúszómód egy érdekes elméleti eszköz, de gyakorlati jelentősége nincs, a leírt példában ennek ellenkezőjét bizonyítottuk. Természetesen a valóságban ideális csúszómód nem alakulhat ki. Mérnöki szempontból ennek egy közelítő és azon belül is az ún. csattogás mentes megvalósítása jelenti a kihívást. Példánkban sikerült egy
gyakorlatban is működő csúszómódszabályozót megvalósítani egy lengésekre hajlamos, rugalmas tengellyel összekötött ún. kéttömeg rendszer szabályozására.
5. fejezet - Szervomotor szabályozási
lépésben a felhasználó megismerkedik a számítógép és a mozgó robot egyik fontos elemével, a szervo hajtás és a számítógép közti kommunikációval, majd a robot beágyazott rendszere kerül vizsgálatra (a robot kezeléséhez külön útmutató áll rendelkezésre).Digitális - analóg átalakítón keresztül juttatjuk el az információt a számítógépből a szervo hajtáshoz, mivel a szervo hajtás referencia jele az esetek többségében analóg feszültség. A motor mozgását egy encoder méri, amely egy impulzus sort küld a számítógépnek. Egy számláló számlálja az encoder által küldött impulzusokat, és a számítógép az encoder által küldött értékekből tudja meghatározni a motor pozícióját. A motor sebessége az előző és a jelenlegi pozíció adataiból számolható. Ez viszont zajos jelet eredményez. A mérés egy diszkrét idő-filtert tartalmaz ennek a zajnak a csökkentésére. A felhasználó megtanulhatja annak a szervomotornak PI vezérlőjének írását és hangolását.
A kezelőnek nem szükséges haladó szintű programozási ismeretekkel rendelkeznie, de az alapok szükségesek. A felhasználónak csak nagyon egyszerű C ill. Visual Basic programokat kell tudni megírni. A rendelkezésre adott példák alapján a felhasználó akkor is el tudja készíteni a programot, ha ez az első neki.
A kísérletek a http://dind.mogi.bme.hu/experiment/ címen érhetők el (a használathoz regisztráció szükséges).
2. Bevezetés
Az automatizálás és a robotizáció vált vezető trenddé az iparban a versenyhelyzet és a környezeti követelmények változásának hatására. A munkaerő költsége megnőtt, ezért az ismétlődő, kreativitást nem igénylő munkahelyeken célszerűbbé vált az automatizálás, a mozdulatok robotokkal történő elvégeztetése.
Ugyanakkor ez a bonyolultabb, több kreativitást és ismeretet igénylő munkahelyek számának növekedésével járt, ami azt eredményezte, hogy a munkahelyek száma lényegesen nem csökkent, viszont a munkaerő szükséglet inkább a technikusok, mérnökök irányába tolódott el. Az EU kiemelt direktívákat fogalmazott meg a magas hozzáadott értéket tartalmazó termékek előállítása során kialakítandó munkakörnyezetre, valamint a kis- és középvállalkozások felsőfokú végzettségű fejlesztő műszaki szakemberek iránti igényeinek kielégítésére. Ez mind az egyre bonyolultabb termékeknek és az EU fejlettebb munkakörnyezetre fektetett hangsúlyának tulajdonítható. A fejlettebb robotrendszerek működtetésére viszont magasabb fokú végzettség szükséges, amely a kis- és középvállalkozásoknál nem áll mindig rendelkezésre. Egy emelt szintű mozgásszabályozás tárgynál az előadó hivatkozhat az internetre, mint forrásra. Ebben a speciális kurzusban új technológiákat és tanulási módszereket vegyítünk. Az interaktív multimédia alkalmazások (animációk, szimulációk, táv feladatok) és a webalapú laboratóriumi tesztek egy személyi tanulói környezetet tudnak alkotni, mely az év minden napján, bármikor rendelkezésre tud állni.
A DC motoroknak különleges helyük van az ipari elektronika történetében, mivel minden ipari szervohajtás DC motorokat használt, és az első mikroprocesszoros hajtás is DC motoros volt [36]. Számos hátrányuk ellenére jelenleg is alkalmazzák azokat [37][38]. Fő előnyük mégis, hogy a szabályozás szempontjából egyszerűek. A mikrovezérlők térnyerése előtt csak ezeket lehetett szervohajtásokban használni. Alkalmazásuk különféle DC-szervo rendszerek szabályozásához egyszerű. Érthető, miért is először DC DC-szervo rendszerekhez használnak egyes új szabályozási módszereket. Bár a trend az, hogy a legkülönfélébb típusú motorral működő hajtásokat (indukciós mezőorientált [39], és kefe nélkülit [40]) DC szervohoz hasonlóan kezeljenek. A PID szabályozó még mindig az egyik iparilag legelterjedtebb szabályozó[41]. A másik népszerű módszer a csúszómód szabályozás, amelyet először a ’70-es évek végén mutattak be [42], és a precíziós mozgásszabályozási rendszerekre csak a közelmúltban kezdték el használni.[43]. Az újabb alkalmazásokban a csúszómód