Regelungstechnik Labor Digitale Simulation einer Motorregelstrecke
Prof. Dr. Gusek
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FGA/FBM
Einführung Im Rahmen dieses Laborversuches wird mittels digitaler Simulation der systematische Entwurf einer Prozessregelung erprobt. Die direkte Ansteuerung des Motors soll durch den PC mit Hilfe des Programms DORA vorgenommen werden. Ziel des Versuchs ist der anschließende Vergleich der Ergebnisse mit der Simulation, sowie das Erlernen des Umganges mit DORA.
Prozess-Struktur und –Daten Die nachfolgende Abbildung zeigt schematisch den Aufbau der Motorregelstrecke. PC
PC-IF
System-IF mech. gekoppelt
U br
D A
Ur
D A
magn. gekoppelt
Stellglied Stellglied
Motor
Tacho
Bremse
Un
D A
Filter
Der Motor kann in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betrieben werden. In der internen Betriebsart wird die Drehzahl über die Steuerspannung am System-IF eingestellt. In der externen Betriebsart kann der Motor über den PC angesteuert werden. Die Steuerspannung entspricht hierbei in beiden Fällen einem Drehzahlbereich von ca. –3000 bis +3000 1/min. Die eingestellte Drehzahl wird vom angeschlossenen Tachogenerator gemessen. Auftretende Störungen werden anschließend durch ein Siebglied herausgefiltert. Das daraus gewonnene Signal (Spannung) wird in der A/D-Wandler-Karte im Rechner digitalisiert. Das Bremsmoment kann ebenfalls über das System-IF in gleicher Weise ein- und ausgeschaltet werden.
Entwickeln Sie die Blockschaltbilder der einzelnen Komponenten (Stellglied, Motor, Tacho, Siebglied) sowie deren Parameter. Entwerfen Sie das Blockschaltbild der kompletten Regelstrecke zunächst ohne Berücksichtigung der Bremse. Stellen Sie die DGL und die Frequenzgangfunktion der Regelstrecke auf. Modellieren und parametrieren Sie die Regelstrecke in DORA Nehmen Sie eine Sprungantwort der Simulation mit u e = 1,66 V auf und speichern Sie die Ergebnisse in eine Datei. Nehmen Sie eine Sprungantwort der realen Strecke mit u e =1,66 V auf. Dabei sollen die Werte aus der Simulation zum Vergleich mit aufgezeichnet werden. Erklären Sie die Abweichungen.
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HINWEIS: Vor dem ersten realen Lauf muss im Block „analoger Ausgang“ das Feld „letzten Wert der Simulation halten“ aktiviert sein. Weiterhin ist darauf zu achten, dass im Menü Simulation der Menüpunkt „Echtzeit“ aktiviert ist. Starten Sie die Programmausführung und stellen Sie anschließend den Schalter am System - Interface auf „extern“. Ankerkreis der Gleichstrommaschine
Ri U e = ur + ui + ui ur
ui = Li
Li
ul
Ue ui
M
di dt
U e = i(t ) ∗ Ri + Li
n ku
ui =
di n + dt ku vernachlässigt
ΣM = 0
Mm = Ml + M j
ki ∗ i(t ) = M l + 2π ∗ J
dn dt
M m = ki ∗ i(t ) i(t ) =
Mj = J
dω dn = 2π ∗ J dt dt
M l 2π dn + ∗J ki ki dt
M dn n 2π Ue = l + ∗ J ∗ Ri + ki dt ku ki
M ∗ Ri ∗ ku 2π ∗ J ∗ Ri ∗ ku dn ∗ + n = U e ∗ ku − l ki dt ki Tm
n0
mit J = 8,78 ∗ 10−3 kgm 2 ku = 2,167
∆n
Nm V 1 ki = 0,0708 Ri = 3,62 Vs A A
wird TMot = 6,1s Prof. Dr. Gusek
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Kennlinien der Wirbelstrombremse
16 ∗ k1
9 ∗ k1
4 ∗ k1
Aus den Kennlinien ist die quadratische Abhängigkeit des Bremsmomentes von der Eingangsspannung der Bremse ersichtlich. Im Bereich 1500
