Aulas de Laboratório SEM 0536
Contents
1. Tac metro Item 18 Encoder Item 17 Sinais anal To A D Item 28 Entrada UPM From D A Item 29 Tabela 1 3 Conex es t picas para o SRV 02 Conector S1 do UPM Item 25 Conector 53 do UPM Item 26 Conector Encoder 0 Item 22 Conector To Load do UPM Item 30 Entrada anal gica canais 0 3 Item 24 Sa da anal gica canal 0 Item 23 mini DIN 6 pin para mini DIN 6 pin mini DIN 6 pin para mini DIN 6 pin Stereo DIN 5 pin para Stereo DIN 5 pin Descri o Este cabo distribui 12V para o potenci metro e mede a tens o de S1 Este cabo resulta no sinal do tac metro medido em S3 no UPM O terminal da placa deve alimentar o encoder com 5V e terra O terminal ir medir os sinais amp B do canal Encoder 0 Este conecta a sa da do amplificador para o motor Pode se usar uma variedade de cabos que resultam em diferentes ganhos da entrada para a sa da Do UPM conecta todos os sinais anal gicos para a placa terminal tal que S1 medido no canal 0 Esta a sa da da placa terminal que necessita ser amplificada e aciona o motor 11 Figura 1 4 Vista inferior da l mina supe Figura 1 3 Vista frontal do SRV 02 rior do SRV 02 19 8 15 MOTOR ENCODER E gt an GEE TA 17 Figura 1 5 Vista das conex0es do SRV 02 Figura 1 6 Placa terminal u nova cara a Mh avensar com Figura 1 7 UPM 12 Figura 1 8 Liga es d2. de transfer ncia desejada w s NgNmK Kg KK m 1 8 Vin s JegRms BegRm 19m Km KtK 1 8 Sendo Jeg J NgJmK 1 4 Pr laborat rio 1 4 1 Especifica es do controlador Este laborat rio requer o projeto de um controlador para controlar a planta servo com as especifica es que seguem 1 O erro de estado do sistema deve ser zero para uma entrada degrau 2 A largura de banda deve estar em 100 rd s aproximadamente 16 Hz 3 O sistema de malha aberta deve ter uma margem de fase de aproximadamente 75 graus 4 O sistema n o pode ter overshoot o menor poss vel 1 4 2 Caracter sticas do sistema em malha aberta Quando projeta se um controlador de um sistema no dom nio da frequ ncia necess rio estudar a resposta do sistema em malha aberta Em casos onde o sistema n o pode ser modelado ou o sistema muito complicado um diagrama de Bode em malha aberta obtido colocando uma entrada sinusoidal de frequ ncia vari vel gra vando a magnitude e fase da sa da correspondente Neste caso o modelo de primeira ordem e suficientemente preciso O diagrama de Bode em malha aberta usado no projeto ser gerado pelo MATLAB usando o modelo da planta De modo a alcancar um erro fixo de estado para uma entrada degrau nosso sistema deve ser do tipo 1 Pela definic o um sistema do tipo 1 quando tem um p lo nico localizado na origem Por essa raz o introduz se um integrador na malha
3. Universidade de S o Paulo Escola de Engenharia de S o Carlos Departamento de Engenharia Mec nica Aulas de Laborat rio SEM 0536 Sistemas de Controle I S o Carlos 2008 ii Sum rio 1 Controle de Velocidade 1 11 ODjetivos ees pos 2 25 mu sera nA EE AA AE 1 2 Requisitos do sistema e 1 3 Modelo Matem tico En TA Pre laboratorio s au tates a hc aan a 1 4 1 Especifica es do controlador 2 22 o nenn 1 4 2 Caracter sticas do sistema em malha aberta 1 4 3 Par metros de controle 2 22 0 0 nn 1 5 Procedimento de Laborat rio o nn 1 5 1 Liga es e conex es aooaa 1 5 2 Implementa o do controlador 1 6 Relat rio 222222 1 6 1 Quest es de p s laborat rio 1 7 Ap ndice A Nomenclatura SRVO2 1 8 Ap ndice B Nomenclatura do sistema iii Oo CO N a a a a A A WCW WwW iv Cap tulo 1 Controle de Velocidade 1 1 Objetivos O objetivo neste experimento projetar um controlador que regule a velocidade de saida da haste No final desta sess o voc dever saber e Como modelar matematicamente a planta servo e Adquirir o diagrama de Bode do sistema e Projetar e implementar o controlador para as especifica es requeridas usando projeto de margem de fase e avaliar seu desempenho 1 2 Requisitos do sistema Para realizar este laborat rio o hardware abaixo requerido 1 M dulo de pot nc
4. e projeto foram alcancadas 1 5 Procedimento de Laborat rio 1 5 1 Liga es e conex es A primeira tarefa assegurar que todo o sistema est ligado corretamente Veja Ap ndice B Se voc est inseguro com a liga o chame o professor Com todos o sinais ligados corretamente voc estar pronto para iniciar o laborat rio 1 5 2 Implementa o do controlador Utilizando o LabVIEW implemente o controlador e observe os efeitos f sicos da planta 1 6 Relat rio O relat rio deve incluir Bode Diagram Gm Inf Pm 75 456 deg at 101 28 rad sec 40 HT rr oO Do 2 l v i he 1 5 i bA E i a i i i po piaui po rl po cl po ss rt AAA er er gt 90 T D gt o a 3 a 135 180 10 10 10 10 10 Frequency rad sec Figura 1 2 Diagrama de Bode em malha aberta do sistema completo incluindo o compensador Como pode se ver o sistema alcancou a margem de fase 75 graus como tamb m um largura de banda de 100 rad s 1 Caracter sticas do sistema diagrama de Bode Aqui deve se incluir todos os diagramas de Bodes gerados com todas figuras legendadas 2 Procedimento de projeto Claramente indique todos os passos de projeto feitos na obtenc o do controlador final Nesta sec o faca refer ncias claras aos diagramas de Bode utilizados e legende a margem de fase de cada figura 3 Qualquer repetic o no projeto do controlador deve ser d
5. ia Quanser UPM 2405 1503 ou equivalente 1 Quanser MultiQ MQ3 ou equivalente 1 Planta servo Quanser SRVO2 E 1 PC equipado com o requirido programa como declarado no manual do usu rio 1 3 Modelo Matem tico Comecaremos examinando o esquema el trico de um motor mostrado na Fig 1 1 Figura 1 1 Circuito da armadura no dom nio do tempo Usando a lei de Kirchhoff de tens o obt m se a equac o abaixo dIm Vin mim Ln a dt Eemf 0 1 1 Desde que Lm lt lt Rm pode se desconsiderar a indut ncia do motor assim Vm emf In 1 2 Rm a4 Sabe se que em f criada pelo motor proporcional a velocidade do rotor wm tal que Vin Kmwm I TO 1 3 Rm 1 3 Mudando para o aspecto mec nico do motor e aplicando a segunda lei de Newton de movimento para o rotor do motor Ti I nw En mum m Ka 1 4 Sendo a carga de torque visto direto das engrenagens E m a efici ncia da caixa de engrenagens Aplicando a segunda lei de movimento na carga do motor Jw Ti Begw 1 5 Sendo Beg O coeficiente viscoso de amortecimento Substituindo 1 4 em 1 5 Jw NgKgIm ze NgKgJmwm T Bequr 1 6 Sabe se que wm Kyw e Tm Nm Km sendo mm a efici ncia do motor 1 6 pode ser escrita como Ji 99 K Jm r Bego Nm Kg Kelm 1 7 Finalmente pode se combinar as equa es el tricas e mec nicas substituindo 1 3 em 1 7 resultando na fun o
6. ocumentada Se o pro jeto original n o alcan ar as especifica es requeridas ou se quiser melhores re spostas 4 Um diagrama de Bode do sistema completo em malha aberta 5 Uma resposta degrau do sistema incluindo as velocidades reais e a entrada de comando 6 Observa es e conclus es finais como tamb m as respostas das quest es de p s laborat rio 1 6 1 Quest es de p s laborat rio 1 Durante o laborat rio houve algum problema ou limitac o Se sim quais foram e como foram solucionados 2 A resposta real do sistema igual esperada Explique 1 7 Ap ndice A Nomenclatura SRVO2 Tabela 1 1 Par metros do Sistema Valor nominal Tensao de entrada do circuito de armadura Corrente de entrada do circuito de armadura PAN Rai Resist ncia de armadura E RS EA Fon ion dom a Piedade un ade aulas de ste domos A reame OO ar Wade soga de ste deco a Tone grado pomos E ande mega A cn de regio JO ie Bra o mann a a Reis naar de riramo e Raat damen o Ce Gat propia Ke Gato e loe x oo O 1 8 Ap ndice B Nomenclatura do sistema Tabela 1 2 Nomes dos componentes Engrenagem de sa da Engrenagem do motor 24 dentes 6 Engrenagem potenci metro Engrenagem da carga 120 dentes 8 Saida da haste Canal 0 DAC Po sor a Ea alga co 0 Bloco de apoio Conector From D A Conector do potenci metro Conector To Load 10 Potenci metro Item 16
7. os m dulos
8. para que a entrada degrau fique sem erro de estado Tem se uma func o de transfer ncia G s com um integrador resultando em uma func o de transfer ncia e 1 43 Par metros de controle Depois de alcangar o primeiro crit rio de erro de estado zero com o integrador a pr xima tarefa deve ser definir a largura de banda do sistema 1 Gerar um diagrama de Bode do sistema em malha aberta e determinar quanto ganho K deve ser introduzido para alcancar a largura de banda desejada Dica A largura de banda ser zero ao cruzar o zero do diagrama de Bode de G s S malha aberta Lembre se de usar quando gerar o diagrama de Bode Depois de selecionar o ganho K desejado seu sistema de malha aberta ser KpG s e Usando o novo sistema de malha aberta gere outro diagrama de Bode para determinar a margem de fase e Calcule a quantidade de fase que o compensador vai requerer para que a especificac o de projeto seja alcancada 2 Uma vez que se tenha decidido sobre os par metros projete um compensador que adicione a fase requerida para alcancar a margem de fase de 75 graus em uma frequ ncia wm 100rd s Usando T tan zo B Tp 4 TR 1 1 9 o compensador dado por o s E 1 10 s B s Bwm sendo o acr scimo de fase Depois de determinar o controlador C s gere um diagrama de Bode completo do sistema em malha aberta Bes para determinar se todas as especifica es d
Download Pdf Manuals
Related Search