Controllo In Cascata Motore Dc

[mfanto83]

FERRARA Lì 19-03-2005

Il problema da segnalarvi è il seguente.

Sono un perito elettrotecnico e le mie conoscenze in campo di regolazione automatica si limitano a semplici utilizzi di regolatori PID.

Ora mi è stato proposto di eseguire un controllo in cascata di un motore DC.

I dati che sono riuscito a rilevare inerenti alle specifiche per il tipo di controllo che devo eseguire sono le seguenti:

Si consideri l’azionamento a motore DC caratterizzato dai seguenti parametri.

Limiti di funzionamento motore:

PNOM = 2kW

wNOM = 150rad/s

k = 1.1Nm/A

VNOM = 190V

Parametri motore:

R = 2W

L = 4mH

J (motore + carico meccanico) = 15gm2

b = 0.011Nm/(rad/s)

Limiti di funzionamento dell’amplificatore di potenza:

VMAX = 190V

IMAX = 30A

SPECIFICHE DA OTTENERE

1. Banda passante massima ammissibile per il controllo di corrente 4000 rad/s.

2. Inseguimento di un profilo di moto (da determinare) che in tempo “quasi minimo” dia la

transizione da posizione 0rad a 30rad. Si assuma che durante il moto si possa avere un disturbo

di coppia pari al 70% del valore nominale del motore. Si determini la condizione peggiore per

l’applicazione del disturbo e si verifichi in simulazione cosa accade con un disturbo pari al

100% della coppia nominale.

3. Reiezione di errori a gradino sulla posizione con tempi di assestamento inferiori a 1s e assenza

di overshoot.

4. Reiezione totale dei disturbi di coppia a gradino con overshoot in velocità inferiore al 10% e

tempo di assestamento inferiori a 100ms. Si assuma la presenza di disturbi di coppia in

condizioni di posizione di riferimento costante fino al 100% del valore nominale del motore.

5. Assumere un errore del 20% sui parametri del motore e garantire un errore di inseguimento di

posizione nullo in condizioni di riferimento di posizione a rampa (velocità costante) e disturbo

di coppia costante.

Confido in un vostro aiuto

Distinti saluti

Marco Fantini

[Mario Maggi]

Marco, e' un problema scolastico, vero?

Non capisco che aiuto vuoi, fare un progetto di un servosistema anomalo in cascata o trovare sul mercato un prodotto esistente o cosa?

Ciao

Mario

[mfanto83]

Si, è un problema scolastico e quello che mi richiedono è di eseguire un progetto di un servosistema.

Ora quello che dai dati riesco a ricavare è ovviamente la F.d.t. del motore DC e verificare con MATLAB la stabilita del sistema inserendo un regolatore PID in un primo caso nel dominio della variabile complessa s ed eventualmete, discretizzando, nel dominio della variabile z ( controllo digitale ).

Il proplema in esame non richiede un semplice controllo con regolatore PID, ma una regolazione in cascata mediante i tre anelli di posizione, velocità ed accelerazione.

Quello che proprio non riusciamo a fare io e i miei compagni è proprio come fare a proseguire nel progetto una volta calcolata la F.d.t. del motore DC.

Purtroppo materiale reperibile in internet o sui testi scolastici in cui ci sia già un progetto svolto da seguire per capire come si opera non siamo riusciti a reperirlo e giustamente il professore vuole vedere alla fine dei lavori che cosa abbiamo ottenuto, effetuando delle ricerche senza il suo supporto.

Se potete darci qualche informazione ulteriore, ve ne saremo molto grati.

DISTINTI SALUTI

Marco Fantini

[Livio Orsini]

Forse non hai dato tutti i dati o hai trascurato qualche cosa. Dici che devi controllare un motore tramite tre anelli in cascata: velocità, posizione e accelerazione. Secondo me ce uno di troppo, accelerazione, e uno di meno, importantissimo, quello di corrente.

Forse è per questo che ti risilta difficile risolvere il problema.

Dici che hai ricavato la f.d.t del motore in continua. Presumo che tu intenda quella canonica dove omega=fVa.

Generalmente un controllo di posizione è composto, partendo dall'anello interno, da un anello di corrente, il riferimento all'anello di corrente viene generato dall'anello di velocità, il cui riferimento viene generato dall'anello di posizione.

La reiezione ai disturbi di coppia è data dall'anello di corrente. Ora non specifichi (o non l'ho visto io) il tipo di servo che intendi usare; Se usi un convertitore a tyristori con rete 50Hz trifase sei già limitato nella risposta del primo anello, quello di corrente. Per bene che vada non puoi avere variazioni di corrente in un tempo inferiore a 6.6 ms. Se usi un convertitore chopper i limiti sono dati dalle costanti elettriche del motore.

Questo tanto per darti qualche spunto. Tieni presente che non è prticamente posibile trattare l'argomento in modo esauriente sul forum: richiederebbe troppo spazio e troppo tempo.

Dovresti studiarti i servoazionamenti in continua, nateriale in rete, anche a livello di tesi universitarie, se ne trova parecchio.

[mfanto83]

Ok, effettuerò una ricerca sui testi universitari per avere maggiori informazioni.

Se avrò dei problemi vi contatterò. Grazie mille!

P.S.: (x il Sig. Orsini Livio ) ha ragione sul terzo anello, si tratta di un anello di corrente ( è stato un errore di battitura ) che suppongo sia equivalente ad un anello di coppia considerato che nel motore DC la coppia è proporzionale alla corrente.

Distinti saluti

Marco

[Livio Orsini]

...suppongo sia equivalente ad un anello di coppia considerato che nel motore DC la coppia è proporzionale alla corrente.

No, trattasi di anello di corrente. Nei motori cc la coppia è quasi proporzionale alla corrente di armatura, a flussi costante. la formula Cm=k*Ia è approssimata. Il coefficiente varia nel tempo in funzione di alcuni parametri non quantificabili in modo teorico come, ad esempio, la temperatura.

PS sul forum usiamo il "tu" e lasciamo stare alcune formalità come "sognore" Diamo per scontato che tutti sono signori, salvo smentirsi con comportamenti non signorili

[birkof]

Cerca di fare in modo di disaccoppiare gli anelli di controllo, ovvero cerca di rendere gli anelli piu' interni piu' veloci (in ordine di velocita', l'anello di corrente deve essere il piu' veloce..) di quelli piu' esterni. In questo modo puoi trascurare i tempi di risposta es. dell'anello di corrente durante la taratura del PID dell'anello di velocita'. Che senso avrebbe fornire un riferimento di corrente, proveniente dal regolatore di velocita', al tuo regolatore di corrente se poi lui non e' ingrado di "inseguirlo velocemente" ?

ciao