Z´ avˇ er
C´ılem diplomov´e pr´ace bylo praktick´e ovˇeˇren´ı pouˇzitelnosti krokov´eho motoru v dyna-micky n´aroˇcn´e aplikaci, kterou je pohon dvojice jeheln´ıch tyˇc´ı ˇsic´ıho stroje. Kaˇzd´a tyˇc je poh´anˇena vlastn´ım motorem, pˇriˇcemˇz pˇrevod rotaˇcn´ıho pohybu na line´arn´ı zdvih je reali-zov´an klikov´ym mechanismem. V r´amci pr´ace byla ˇreˇsena pˇresnost polohov´an´ı s ohledem na vlastn´ı dynamiku pohonu i vz´ajemn´a synchronizace dvojice pohon˚u.
Pro ´uˇcely pr´ace byla pouˇzita modern´ı sestava krokov´eho motoru a budiˇce, kter´a dis-ponuje polohovou zpˇetnou vazbou, jeˇz je schopna zabr´anit ztr´atˇe kroku pˇri kr´atkodob´em pˇret´ıˇzen´ı. Uk´azalo se, ˇze pro dosaˇzen´ı poˇzadovan´e pˇresnosti polohov´an´ı tato zpˇetn´a vazba nedostaˇcuje. Nem´a ˇz´adn´e nastaviteln´e parametry, jako napˇr. klasick´a kask´adn´ı regulace u servopohon˚u, a tud´ıˇz neposkytuje prostor k vyladˇen´ı odezvy. Probl´emem byly zejm´ena pˇrekmity na konci zdvihu jeheln´ı tyˇce, zp˚usoben´e momentem setrvaˇcnosti z´atˇeˇze a ne-vhodn´ym pr˚ubˇehem zdvihov´e funkce. K odstranˇen´ı tohoto jevu byla navrˇzena metoda dopˇredn´eho ˇr´ızen´ı bez zpˇetn´e vazby, jej´ımˇz c´ılem je optimalizace budic´ıho pr˚ubˇehu tak, aby odezva motoru na nˇej byla pokud moˇzno aperiodick´a. Pro tento ´uˇcel byl identifikac´ı z´ısk´an aproximaˇcn´ı model ˇr´ızen´e soustavy, na jehoˇz z´akladˇe byl navrˇzen kompenzaˇcn´ı filtr s inverzn´ım pˇrenosem.
Praktick´a realizace si vyˇz´adala n´avrh vlastn´ı experiment´aln´ı ˇr´ıdic´ı jednotky. Ta umoˇzˇnuje synchronizovan´e ˇr´ızen´ı dvou krokov´ych motor˚u a generov´an´ı pr˚ubˇeh˚u s obecn´ym pr˚ubˇehem zrychlen´ı, coˇz je nezbytn´e pro realizaci poˇzadovan´ych zdvihov´ych z´avislost´ı.
Tuto vlastnost komerˇcnˇe dostupn´e ˇr´ıdic´ı jednotky nemaj´ı. Souˇc´ast´ı ˇreˇsen´ı je i n´avrh a praktick´e ovˇeˇren´ı metody pro odmˇeˇren´ı referenˇcn´ı polohy mechanismu, kter´a nevyˇzaduje ˇz´adn´y speci´aln´ı sn´ımaˇc polohy. Spoˇc´ıv´a v najet´ı na mechanick´y doraz se zn´amou polohou a vyhodnocen´ı stavu, kdy se mˇeˇren´a poloha pˇrestane mˇenit.
Dynamick´e chov´an´ı motoru bylo nejprve vyˇsetˇrov´ano pˇri zat´ıˇzen´ı n´ahradn´ım se-trvaˇcn´ıkem. Byla provedena identifikace parametr˚u aproximaˇcn´ıho modelu kmitav´eho line´arn´ıho syst´emu 2. ˇr´adu, s c´ılem pˇribliˇznˇe popsat vlastn´ı kmity soustavy jako celku.
Z´ıskan´y model byl n´aslednˇe pouˇzit pro optimalizaci budic´ı funkce. Vzhledem k tomu, ˇze aproximace neline´arn´ı soustavy line´arn´ım modelem je velmi hrub´a, byly optim´aln´ı hod-noty jeho parametr˚u zkorigov´any experiment´alnˇe. Pˇresto bylo v t´eto f´azi dosaˇzeno velmi dobr´ych v´ysledk˚u. Podaˇrilo se optimalizovat budic´ı funkci tak, ˇze amplitudy neˇz´adouc´ıch
pˇrekmit˚u splnily stanovenou mez a poˇzadovan´e polohy byly dosaˇzeny v definovan´ych ˇcasech. Rovnˇeˇz synchronizace obou pohon˚u pracovala bezchybnˇe.
Koneˇcnou f´az´ı byly zkouˇsky na funkˇcn´ım modelu ˇsic´ıho stroje. Byly pouˇzity budic´ı zdvihov´e funkce z´ıskan´e v pˇredchoz´ı f´azi se setrvaˇcn´ıky, pˇriˇcemˇz se pˇredpokl´adalo, ˇze bude nutn´e znovu prov´est identifikaci a optimalizaci budic´ıch funkc´ı. Uk´azalo se vˇsak, ˇze aˇz na zv´yˇsen´ı
”skluzu“ bˇehem zdvihu, kter´y ale nen´ı sledovanou veliˇcinou, jsou s p˚uvodn´ım nastaven´ım odezvy vyhovuj´ıc´ı. K tlumen´ı pˇrekmit˚u napom´ahaj´ı pasivn´ı odpory v kluzn´ych loˇzisk´ach jeheln´ı tyˇce. Z´avˇerem bylo ovˇeˇreno pˇred´av´an´ı jehly mezi jeheln´ımi tyˇcemi, kter´e v rozsahu pouˇz´ıvan´ych rychlost´ı stroje (162 – 250 cykl˚u/min) fungovalo zcela vyhovuj´ıc´ım zp˚usobem. T´ımto krokem bylo splnˇeno zad´an´ı pr´ace. Funkce ˇsit´ı ovˇeˇrena b´yt nemohla, jelikoˇz na funkˇcn´ım modelu stroje zat´ım chyb´ı ostatn´ı mechanismy, tj. posun l´atky a manipulace s nit´ı.
Dosud nevyˇreˇsen´ym probl´emem z˚ustalo odmˇeˇrov´an´ı polohy s vyuˇzit´ım vnitˇrn´ıho sn´ımaˇce krokov´eho motoru. I kdyˇz pro samotn´e ˇr´ızen´ı nen´ı zpˇetn´a vazba potˇreba, bude v kaˇzd´em pˇr´ıpadˇe nezbytn´a pro kontrolu polohy bˇehem chodu stroje i pro navrˇzen´y zp˚usob odmˇeˇrov´an´ı referenˇcn´ı polohy. Ten byl navrˇzen s pˇredpokladem vyuˇz´ıt existuj´ıc´ı odmˇeˇrov´an´ı budiˇce krokov´eho motoru a uˇsetˇrit tak za vyhrazen´y sn´ımaˇc polohy. Kv˚uli chyb´am v sign´alu polohy poskytovan´em budiˇcem motoru vˇsak muselo b´yt odmˇeˇrov´an´ı nakonec ˇreˇseno extern´ım IRC sn´ımaˇcem (´uspˇeˇsnˇe). Bude-li ze strany zadavatele z´ajem o popsanou variantu pohonu, bude prvn´ım z dalˇs´ıch krok˚u konzultace s dodavatelem kro-kov´eho motoru ohlednˇe moˇzn´ych zp˚usob˚u ˇreˇsen´ı tohoto probl´emu.
Hlavn´ım pˇr´ınosem t´eto pr´ace je zjiˇstˇen´ı, ˇze modern´ı krokov´e motory mohou pˇri vhodn´em zp˚usobu ˇr´ızen´ı zastat i ´ulohy, kter´e jsou typick´e sp´ıˇse pro draˇzˇs´ı servomotory.
Vzhledem k absenci zpˇetnovazebn´ıho ˇr´ızen´ı nelze sice oˇcek´avat takovou robustnost v˚uˇci zmˇen´am z´atˇeˇze, jakou disponuj´ı klasick´e servopohony, konkr´etnˇe v textiln´ım pr˚umyslu to vˇsak nemus´ı b´yt na z´avadu, protoˇze stroje zpravidla pracuj´ı s pˇredem zn´am´ym zat´ıˇzen´ım, na kter´e lze pohon nastavit. D´ılˇc´ım v´ysledkem pr´ace je metoda v´ypoˇctu a generov´an´ı ˇr´ıdic´ıch pulz˚u pro ˇr´ızen´ı pohybu krokov´eho motoru s obecn´ym pr˚ubˇehem zrychlen´ı. Tato metoda umoˇzˇnuje pouˇz´ıt krokov´y motor i pro konstrukci dynamicky m´enˇe n´aroˇcn´e elek-tronick´e vaˇcky.
Literatura
[1] PEJCHAR, Karel. Anal´yza a optimalizace dynamick´eho chov´an´ı ˇsic´ıho stroje DECO 2000. Liberec, 2005. 80 s. Diplomov´a pr´ace. Technick´a univerzita v Liberci, Fakulta strojn´ı, Katedra textiln´ıch a jedno´uˇcelov´ych stroj˚u.
[2] BERAN, J., NˇEME ˇCEK, P., PROCH ´AZKA, V., ˇZABKA, P., PEJCHAR, K. Nov´y pohon jeheln´ıch tyˇc´ı ˇsic´ıho stroje EBS MARK II.
Liberec, 2009. 31 s. V´yzkumn´a zpr´ava. Technick´a univerzita v Liberci, Fakulta strojn´ı, Katedra textiln´ıch a jedno´uˇcelov´ych stroj˚u.
[3] Oriental Motor. Closed Loop Stepping Motor and Driver Package, AS & ASC series [online]. 2009 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z WWW:
http://www.orientalmotor.com/products/pdfs/2009-2010/C/usa st as.pdf.
[4] Oriental Motor. αstep AS series operating manual [online].
2008 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z WWW:
http://www.orientalmotor.com/products/pdfs/opmanuals/HM-40016-3E.pdf.
[5] LARM. Inkrement´aln´ı rotaˇcn´ı sn´ımaˇce IRC 300 aˇz 325, technick´a specifikace [online].
2006 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z WWW:
http://www.larm.cz/CZ/katalogy/snimace/czIRC300-325.pdf.
[6] Avago Technologies. HCTL2032, Data Sheet [online].
2007 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z WWW:
http://www.avagotech.com/docs/AV02-0096EN.
[7] Microchip. PIC18F4685, Data Sheet [online].
2007 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z WWW:
http://www.microchip.com/PIC18F4685.
[8] Microchip. MPLAB ICD 3 In-Circuit Debugger User’s Guide [online].
2008 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z WWW:
http://www.microchip.com/icd3.
[9] Microchip. MPASM Reference Manual [online].
2008 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z WWW:
http://www.microchip.com/mpasm.
[10] MODRL ´AK, Osvald. Anal´yza dynamick´ych syst´em˚u, studijn´ı materi´aly [online].
2004 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z:
http://mono.rss.tul.cz/skola/pdf/tar1 ads.pdf.
[11] MODRL ´AK, Osvald. ´Uvod do identifikace, studijn´ı materi´aly [online].
2004 [cit. 2.5.2010]. Dostupn´e z:
http://mono.rss.tul.cz/skola/pdf/tar1 zid.pdf.
TECHNICK ´ A UNIVERZITA V LIBERCI
Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborov´ ych studi´ı
Syst´em ˇr´ızen´ı pohonu jeheln´ıch tyˇc´ı
P ˇ R´ILOHY DIPLOMOV´ E PR ´ ACE
2010 Bc. Petr V´ aˇ sa
Seznam pˇ r´ıloh diplomov´ e pr´ ace
A – V´ysledky identifikace
B – V´ysledky mˇeˇren´ı se setrvaˇcn´ıkem C – V´ysledky mˇeˇren´ı na funkˇcn´ım modelu D – Sch´emata zapojen´ı
E – Software na CD
Pˇ r´ıloha A
V´ ysledky identifikace modelu se setrvaˇ cn´ıkem
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08
−90
Pˇ r´ıloha B
V´ ysledky mˇ eˇ ren´ı na modelu se setrvaˇ cn´ıkem
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 1
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 2
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 3
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 4
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 5
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 6
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 7
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 8
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
Pˇ r´ıloha C
V´ ysledky mˇ eˇ ren´ı na funkˇ cn´ım modelu
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 1
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 2
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 3
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 4
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 5
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 6
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 7
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
Pozadovana poloha w(t), merena poloha y(t), rychlost 8
w(t)
Polohova odchylka e(t) = w(t) − y(t)