Simulacní model a identifikace voice coil servopohonu

Transkript

Simulační model a identifikace voice coil
servopohonu
Tomáš Hladovec
Prezentace diplomové práce
2.9.2014
1 / 48
Úvod
Seznámení s voice coil motorem
Obsah
1
Úvod
Magnetické pole a magnety ve voice coil motorech
2
Oživení voice coil servopohonu
Popis jednotlivých částí voice coil servopohonu
3
Identifikace parametrů voice coil servopohonu
Parametry voice coil servopohonu
4
Simulační modely voice coil servopohonu
Simulační modely motoru
Modely pohonu řízené na úrovni proudu
Modely servopohonu
5
Závěr
6
Otázky
2.9.2014
2 / 48
Úvod
voice coil motor -
2.9.2014
3 / 48
Úvod
voice coil motor - lineární stejnosměrný motor s permanentními
magnety
2.9.2014
4 / 48
Úvod
voice coil motor - lineární stejnosměrný motor s permanentními
magnety
x0 x
U
N S mp
reakčnı́ hmota
cı́vka
permanentnı́
magnet
F
Fz
lineárnı́ vedenı́
dorazy (tlumiče)
2.9.2014
4 / 48
Úvod
Vzorce popisující chování voice coil motoru
Rovnice popisující elektromagnetickou sílu: F = NBlI = Ce (x) I
2.9.2014
5 / 48
Úvod
Rovnice popisující proud v motoru: RI + L
dI
dx
= U − Ce (x)
dt
dt
2.9.2014
5 / 48
Úvod
Rovnice popisující proud v motoru: RI + L
Pohybová rovnice motoru: mp
dI
dx
= U − Ce (x)
dt
dt
d2 x
+ Fp = F − Fz
dt2
2.9.2014
5 / 48
Úvod
Obsah
1
Úvod
2
3
4
Modely servopohonu
5
Závěr
6
Otázky
2.9.2014
6 / 48
Úvod
Magnetická indukce B
Demagnetizační křivky pro permanentní magnety
Intenzita magnetického pole H
2.9.2014
7 / 48
Úvod
a)
b)
cı́vka
ocelové
pouzdro
c)
axiálně
orientovaný
diskový
magnet
2.9.2014
8 / 48
Obsah
1
Úvod
2
3
4
Modely servopohonu
5
Závěr
6
Otázky
2.9.2014
9 / 48
lineárnı́ vedenı́ od firmy
Schneeberger typ R2-60
dorazy (tlumiče)
cı́vka s magnetickým jádrem od firmy Akribis Systems
konkrátně typ VCA AVM-40-20
inkrementálnı́ enkodér LIK41-P32-WZ
2.9.2014
10 / 48
Digitálnı́ servoměnič
Cello 50/60 od firmy Ellmo
2.9.2014
11 / 48
Obsah
1
Úvod
2
3
4
Modely servopohonu
5
Závěr
6
Otázky
2.9.2014
12 / 48
Hmotnost reakční hmoty: mp = 440 ± 1 g.
2.9.2014
13 / 48
Poloha dorazů: xdor1 ∼
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
2.9.2014
13 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
Parametry cívky (indukčnost L a odpor R):
2.9.2014
13 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
hodnoty udávané výrobcem Lvyr = 6.22 mH a Rvyr = 11 Ω
2.9.2014
13 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
pomocí LCR metru
2.9.2014
13 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
pomocí LCR metru
experiment 1 - skoková změna napětí na cívce, zaznamenáván
proud a poloha
2.9.2014
13 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
pomocí LCR metru
proud a poloha
pomocí Ohmovy metody
2.9.2014
13 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
pomocí LCR metru
proud a poloha
pomocí Ohmovy metody
experiment 2 - buzení cívky střídavým napětím o známé frekvenci,
zaznamenáván proud
2.9.2014
13 / 48
Odpor cívky R
Odpor R [Ω]
data z LCR metru
data z experimentu 1
statick odpor z experimentu 1
≈0
frekvence f [Hz]
2.9.2014
14 / 48
Indukčnost cívky L
Indukčnost L [H]
data z LCR metru
frekvence f [Hz]
2.9.2014
15 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
Parametry cívky: indukčnost L a odpor R.
Voice coil konstanta Ce :
z rovnice popisující elektromagnetickou sílu: F = NBlI = Ce (x) I
z rovnice pro indukované napětí v pohybující se cívce: Ui = Ce (x) ẋ
2.9.2014
16 / 48
Voice coil konstanta Ce
voice coil (silová) konstanta
proložená závislost Ce,f
voice coil (napětová ) konstanta
proložená závislost Ce,u
zarážky (tlumiče)
Ce [N/A]
Závislost Ce (x)
x [mm]
2.9.2014
17 / 48
= −8.5 mm, xdor2 ∼
= 9 mm.
Voice coil konstanta Ce (x).
Třecí síla Fp v lineárním vedení
2.9.2014
18 / 48
Třecí síla Fp v lineárním vedení
Fp [N]
naměřené hodnoty Fp
proložená křivka dle rovnice (3.13)
ẋ [m/s]
2.9.2014
19 / 48
∼ −8.5 mm, xdor2 ∼
Poloha dorazů: xdor1 =
= 9 mm.
Voice coil konstanta Ce (x).
Třecí síla v lineárním vedení Fp = Cp ẋ + b sign(ẋ)
Cp =3.9 Ns m−1
b=0.7 N
2.9.2014
20 / 48
Obsah
1
Úvod
2
3
4
Modely servopohonu
5
Závěr
6
Otázky
2.9.2014
21 / 48
Simulační model s PWM a Ce (x) (model 4)
napájecı́ napětı́
H-můstku
”H-můstek”
VB
napětı́ PWM
24
řidı́cı́ napětı́ U
škálovánı́ saturace
(±1)
Fz
sı́la Fz
rychlost v
x
+
−
1
Ls + R
proud I
−
+
+
Ce (x)
1
mp s
1
s
x
poloha x
voice coil konstanta
+
+
Cp
rychlost v
konstanta tlumenı́
b
r
indukované napětı́ Uis
Coulombovo třenı́
rychlost v
Ce (x)
poloha x
2.9.2014
22 / 48
Obsah
1
Úvod
2
3
4
Modely servopohonu
5
Závěr
6
Otázky
2.9.2014
23 / 48
ZOH
napájecı́
napětı́
H-můstku
24
zad. proud
−
+
x
střednı́ hodnota
převzorkovánı́
na frekvenci
regulátoru
ZOH
”H-můstek”
VB
napětı́ PWM
PI
regulátor
Fz
sı́la Fz
rychlost v
x
+
−
1
Ls + R
proud I
−
+
+
Ce (x)
1
s
1
mp s
x
poloha x
škálovánı́ saturace převzorkovánı́
+
+
Cp
rychlost v
b
r
rychlost v
Ce (x)
poloha x
2.9.2014
24 / 48
Ověření přesnosti modelů pohonu při řízení na úrovni
proudu
chyba modelu 2
chyba modelu 3
chyba modelu 4
poloha x [m]
změřený průběh
průběh ze simulačnı́ho modelu 2
čas t [s]
ča
2.9.2014
25 / 48
Ověření přesnosti modelů pohonu při řízení na úrovni
proudu
ný průběh
h ze simulačnı́ho modelu 2
chyba [m]
chyba modelu 2
chyba modelu 3
chyba modelu 4
[s]
čas t [s]
2.9.2014
26 / 48
Modely servopohonu
Obsah
1
Úvod
2
3
4
Modely servopohonu
5
Závěr
6
Otázky
2.9.2014
27 / 48
Modely servopohonu
ZOH
ZOH
−
+
zad. poloha
ZOH
+
+
P
du
dt
−
+
PI
saturace
(±vmax )
regulátor
regulátor
f1
rychlostnı́
feedforward
ZOH
napájecı́
napětı́
H-můstku
24
ZOH
saturace
(±Imax )
−
+
x
střednı́ hodnota
ZOH
”H-můstek”
VB
napětı́ PWM
PI
regulátor
Fz
sı́la Fz
rychlost v
x
+
−
1
Ls + R
proud I
−
+
+
Ce (x)
1
s
1
mp s
x
poloha x
škálovánı́ saturace převzorkovánı́
(±1)
+
+
Cp
rychlost v
b
r
rychlost v
Ce (x)
poloha x
2.9.2014
28 / 48
Modely servopohonu
Ověření přesnosti modelů servopohonu
poloha [m]
žádaná poloha
změřená poloha
poloha ze simulačnı́ho modelu 2
poloha [m]
čas t [s]
čas t [s]
2.9.2014
29 / 48
Modely servopohonu
Ověření přesnosti modelů servopohonu
chyba [m]
chyba modelu 2
chyba modelu 3
chyba modelu 4
chyba [m]
čas t [s]
čas t [s]
2.9.2014
30 / 48
Závěr
Děkuji za pozornost
2.9.2014
31 / 48
Otázky
Otázka 1
V práci se na straně 11 objevuje část hysterezní smyčky s nesprávným
popisem os, schematicky popište některé významné body hysterezní
smyčky pro vybrané magnetické materiály.
2.9.2014
32 / 48
Otázky
Otázka 1
ˇ
2.9.2014
33 / 48
Otázky
Otázka 1
Magnetická indukce B
Intenzita magnetického pole H
2.9.2014
34 / 48
Otázky
Otázka 1
B
Bs
bod nasycenı́
remanence Br
−Hs
koercivita
−Hc
Hc
Hs
H
−Br
−Bs
2.9.2014
35 / 48
Otázky
Otázka 1
B
magneticky měkký materiál
H
magneticky tvrdý materiál
2.9.2014
36 / 48
Otázky
Otázka 3
V textu zřejmě došlo k záměně pojmu elektrická impedance za odpor.
Vysvětlete prosím rozdíl a promítněte komentováním výsledek tohoto
faktu do některých dílčích výsledků práce.
2.9.2014
37 / 48
Otázky
Otázka 3
Elektrický odpor je fyzikální veličina charakterizující schopnost
elektrických vodičů vést elektrický proud.
2.9.2014
37 / 48
Otázky
Otázka 3
značka R
2.9.2014
37 / 48
Otázky
Otázka 3
značka R
Impedance je veličina popisující zdánlivý odpor součástky a
fázový posuv napětí proti proudu při průchodu harmonického
střídavého proudu daného kmitočtu.
2.9.2014
37 / 48
Otázky
Otázka 3
značka R
impedance je komplexní veličina
2.9.2014
37 / 48
Otázky
Otázka 3
značka R
značka Z
2.9.2014
37 / 48
Otázky
Otázka 3
značka R
značka Z
pro neideální cívku platí Z = R + jXL = R + j2πfL
2.9.2014
37 / 48
Otázky
Otázka 3
Důsledky:
2.9.2014
38 / 48
Otázky
Otázka 3
Důsledky:
změna tabulky 3.1. na straně 35
2.9.2014
38 / 48
Otázky
Otázka 3
Důsledky:
2.9.2014
38 / 48
Otázky
Otázka 3
Důsledky:
změna obrázku 3.6., 3.7. na straně 40
2.9.2014
38 / 48
Otázky
Otázka 3
Důsledky:
změna obrázku 3.12. na straně 44
2.9.2014
38 / 48
Otázky
Otázka 3
Odpor R [Ω]
data z LCR metru
statick odpor z experimentu 1
≈0
frekvence f [Hz]
2.9.2014
39 / 48
Otázky
Otázka 3
Důsledky:
změna obrázku 3.12. na straně 44
změna odstavce na straně 44: Na obrázcích 3.11 a 3.12 jsou
vyneseny hodnoty indukčnosti a odporu v závislosti na frekvenci.
Data z jednotlivých měření se přibližně schodují, až na odpory
cívky měřené LCR metrem při vyšších frekvencích.To je
pravděpodobně způsobené tím, že LCR metr není schopen
odfiltrovat vliv indukčnosti cívky při těchto měření.
2.9.2014
40 / 48
Otázky
Otázka 2
Na straně 22 a 23 jsou popsány některé pracovní stavy H můstku.
Stav pro „nízkou úroveň“ který popisujete, není zcela obvyklý. V textu
je správně citován zdroj, ze kterého jste čerpal, přesto prosím
vysvětlete uvažovanou strategii funkce H můstku.
Unom
T1
D1
Rs
T2
Unom
D2
T3
D3
T1
Rs
M
T4
a) Vysoká úroveň
D1
D4
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
b) Nı́zká úroveň
2.9.2014
41 / 48
Otázky
Otázka 2
Unom
T1
D1
Rs
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
Vysoká úroveň PWM
2.9.2014
42 / 48
Otázky
Otázka 2
Unom
T1
D1
Rs
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
Nı́zká úroveň PWM-Slow decay
2.9.2014
43 / 48
Otázky
Otázka 2
Unom
T1
D1
Rs
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
Nı́zká úroveň PWM-Slow decay
2.9.2014
44 / 48
Otázky
Otázka 2
Unom
T1
D1
Rs
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
Vysoká úroveň PWM
2.9.2014
45 / 48
Otázky
Otázka 2
Unom
T1
D1
Rs
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
Nı́zká úroveň PWM-Fast decay
(asynchronous decay)
2.9.2014
46 / 48
Otázky
Otázka 2
Unom
T1
D1
Rs
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
Nı́zká úroveň PWM-Fast decay
(synchronous decay)
2.9.2014
47 / 48
Otázky
Otázka 2
Unom
T1
D1
Rs
T2
D2
T3
D3
M
T4
D4
Nı́zká úroveň PWM-Locked antiphase
2.9.2014
48 / 48

Simulacní model a identifikace voice coil servopohonu

Transkript

Podobné dokumenty

Hyperjemné interakce v hexagonálních feritech

Rídicí systém mobilního robotu

Caravelle - Nové užitkové vozy Volkswagen

Komprese merených dat

Svět strojírenské techniky číslo 1/2008

Kniha 2 - Ovládán´ı

POSTER I