בקרה פרופורציונאלית וזהוי פרמטרים של מנוע DC
הטכניון—מכון טכנולוגי לישראל ,הפקולטה להנדסת מכונות TECHNION—Israel Institute of Technology, Faculty of Mechanical Engineering מעבדה מתקדמת בבקרה ואוטומציה )(034406 ניסוי מעבדה מס' 2 בקרה פרופורציונאלית וזהוי פרמטרים של מנוע DC מטרת הניסוי 1 הכרת מנוע ,DCבקרתו באמצעות בקר פרופורציונאלי ,וזיהוי פרמטרי עומס מכני מתגובות מדרגה. רקע כללי 2 מנוע DCהמחובר לעומס מכני )ללא מטוטלת( ניתן למדל כפי שמתואר באיור .1הכניסה הינה הכניסה ליחידת DAC )) u(tמניחים ש־] .(u ∈ [−1, 1היציאה היא זוית הזרוע במעלות. Td - ? TL ẏ -180/πy 1 Js+f s Tr- i ωr TmV- iIu1 ηNr Ku K m La s+Ra -6 Kb ω Nr כח אלקטרומניע נגדי m איור :1מנוע DCהמחובר לעומס מכני כאן: • Km • Kb Nm A Vs rad – קבוע מנוע – קבוע כח אלקטרומניע נגדי(Kb = Km ) back emf , • Raו־ – Laפרמטרי המעגל החשמלי ) (La Ra • – Nrיחס התמסורת • – ηנצילות התמסורת • Jו־ – fפרמטרי העומס המכני • – Kuיחידת + DACמגבר חשמלי בהנחה ש־ ,La = 0פונקצית התמסורת בין הכניסה uלבין היציאה yניתנת לתיאור ע"י kp )s(τp s + 1 = )P(s כאשר τp > 0הוא קבוע הזמן ו־ kpהוא הגבר .מערכת מסוג זה ,אינה יציבה בחוג פתוח ,אך ניתנת לייצוב בחוג סגור ע"י בקר פרופורציונאלי שאת הקבוע שלו נסמן ב־ .kcראו איור ,2שבו ) F(sמסמן פרה־פילטר )מסנן מקדים( שנתון 302 .F(s) = s2 +1.6·30s+30מערכת בחוג הסגור מ־ rל־ yנתונה אז ע"י ע"י 2 1 d y - rF(s) - i- kc −6 ? u- )i- P(s איור :2חוג הבקרה עם בקר פרופורציונלי כשאות היחוס מוחלק ω2n · F(s), s2 + 2ζωn s + ω2n = )Tyr (s כאשר ωnו־ ζ > 0הינם קבועים אשר תלויים ב־ τp ,kpו־ .kcכפי שנלמד בקורסים קודמים ,הגבר הבקר משפיע על ביצועי המערכת ,ואופי התגותה .ככל שההגבר גבוה יותר כך גדל רוחב פס הסרט ) .(bandwidthהגדלת רוחב הפס מאיצה את התגובה הדינאמית של המערכת .מבחינת הביצועים בזמן ,בהזנחת ההשפעה של הפרה־פילטר ,ה־rise timeוה־ settling timeקטנים ואלו ה־ overshootגדל עד להתייצבותו על ערך קבוע. 3 תיאור הניסוי בניסוי זה תוכלו לראשונה לבקר מנוע DCבחוג סגור )עם בקר פרופורציונלי( .הניסוי יתבצע ללא מטוטלת ויכלול: • חקירת התנהגות של המערכת בחוג סגור עבור ערכים שונים של הגבר. • זיהוי פרמטריי המערכת מתגובות מדרגה של המערכת בחוג סגור. במהלך הניסוי יהיה עליכם לבנות קובץ S IMULINKשמתאים לחוג בקרה המתואר על איור , 2ולאחר מכך ממשק גרפי להצגת האותות והפרמטרים הדרושים. 4 הוראות בטיחות בניסוי • מתג ההפעלה הראשי )מספר (8יהיה במצב ” “offלמעט הזמן בו מתבצע הניסוי. • הגבר הבקר לא יעלה ,בשום מקרה ,מעל .0.03 5 מהלך הניסוי .1בנו קובץ S IMULINKעם בקר פרופורציונלי .ודאו ש: • ההגבר ההתחלתי הוא אפס; • הכניסה מוחלקת ע''י מסנן מעביר־נמוכים ) (Low Pass Filter) F(sכפי שמוגדר מעלה; • אות הבקרה עובר דרך "מעגל הבטיחות" )בונים במהלך מעבדה( .2הוסיפו לקובץ S IMULINKאת הגרפים הבאים: • גרף זווית הזרוע כתלות בזמן )ניתן להוסיף תצוגה נומרית של ערך זה(; • גרף אות הבקרה uכתלות בזמן; • גרף אות הייחוס rכתלות בזמן; .3חשוב לזכור: • ];kc ∈ [0, 0.03 • אות הייחוס יכול להשתנות בקפיצות של ◦30 בלבד. .4בצעו 3־ 4ניסויים עבור הגברים ] .kc ∈ [0.01, 0.03בכל אחד מהניסויים תזינו למערכת מדרגה בגובה ◦.30 שמרו את התוצאות וחלצו מהגרפים את המאפיינים הבאים: 2 • שגיאת מצב מתמיד; • ;Overshoot • ;Rise time • ;Settling time • המתח המקסימלי בכניסה למנוע. מדוע שגיאת מצב מתמיד לא מתאפסת ? איך הגבר הבקר משפיעה על כל אחד מהמאפיינים ? תסבירו את התוצאות. .5כעת בצעו שני ניסויים עם הגברים kc = 0.015, 0.025עבור כניסת מדרגה בגובה ◦ .30שמרו את התוצאות וחלצו מהתגובות את פונקציות התמסורת של מערכות בחוג סגור) .תשתמשו בתוכנת Matlabשבניתם במהלך העבודה על דו"ח מכין (.על סמך פונקציות תמסורת של מערכות בחוג סגור ,חישבו את פונקצית התמסורת של החוג פתוח ,כלומר ,חישבו את kpו־ .τpלאחר מכן ,חילצו את הפרמטרים הפיסיקלים הלא ידועים J :ו־ .fאת שאר הפרמטרים ניתן למצוא בעבודות קודמות ובמפרט של מנוע DCאשר ניתן להוריד באתר. הערה :אין לבלבל בין נצילות הכללית של המנוע ,שמופיע במפרט ,לבין נצילות התמסורת – .ηבקורס זה אנו נניח .η = 1 שימרו את כל קבצי הניסוי לשימוש בניסויים הבאים 6 דרישות לעריכת הדו''ח המסכם • מטרת הניסוי. • תשובות לשאלות שעלו במהלך הניסוי. • יש לצרף חישובים רלוונטיים ,וגרפים איכותיים ,שבין היתר מדגימים את נכונות הזיהוי של הפרמטרים. – יש לציג את התוצאות של כל שלבי הזיהוי כגון :פרמטרים של מערכת בחוג סגור ) ωn , ζעבור כל אחד מההגברים( ,פרמטרים של מנוע בחוג פתוח , kp , τpולבסוף ערכים פסיקלים אותם חילצתם. – עבור כל ניסוי יש להציג את הגרף של אות הבקרה כדי להראות שהוא לא נכנס לרוויה )הערה זו נכונה לכל המעבדות הבאות(. • יש לצרף להגשה שני קבצי ” ,”.matעם תוצאות של שני הניסויים שבעזרתם ביצעתם זיהוי פרמטרים .יש להגיש את הקבצים ללא עיבוד כלשהו )כמו שהם נשמרו מהניסוי(. • סיכום ומסקנות. • הצעות לשיפור במידה וישנן. 3
![: תרגיל: תרגיל : פתרון: פתרון [ ]](http://cdn3.abcdocz.com/store/data/002642100_1-664c3d032b21f070d06f42a6fde6fe7b-250x500.png)
© Copyright 2024