SERVOMOTOR HIZ VE POZİSYON KONTROLÜ

SERVOMOTOR HIZ VE POZİSYON KONTROLÜ Deneye Hazırlık: Deneye gelmeden önce DC servo motor çalışması ve kontrolü ile ilgili bilgi toplayınız. 1.1.Giriş 1. KAPALI ÇEVRİM HIZ KONTROLÜ DC motorlar çok fazla kullanılan motorlardır. Motor hızı motora bağlanan yükten bağımsız olarak sabit olmalıdır. Kapalı çevrim kontrol sisteminde hata sinyali istenilen ve herhangi bir andaki motor hızı arasındaki farktır. Bu sinyal yükseltilir ve çıkış sinyalini etkilemesi için yükseltecin girişine uygulanır. Geri besleme olan sistemler kapalı çevrim, olmayan sistemler ise açık çevrim kontrol sistemi olarak adlandırılır. Şekil 1. İki sistem arasındaki temel farklılık Şekil 1 de de görüldüğü gibi ilk grafikte kapalı çevrim kontrol sisteminde yük ne olursa olsun hız sabittir. Geri beslemeli sistemde yeteri düzeyde yükseltme önemlidir. Bizim sistemimizde U- 154 servo sürücü olmadan hata sinyali için kazanç yeterli değildir. Eğer kazanç yeterli olmazsa çalışma bandında ölü zaman oluşur ve bu zaman içinde otomatik kontrol düzgün çalışmaz. Şekil 2. Deney devresi eşdeğer devresi

Şekil 3. Deney bağlantı şeması 1.2. Deneyin Yapılışı 1. Şekil 3 ye göre bağlantıları yapınız. 2. U-152 modülünde seçiciyi a kademesine getiriniz. 3. U-151 modülünün ATT-2 potansiyometresini 10 kademesine ATT-1 potansiyometresini 5 kademesine getiriniz. 4. U-156 modülünü enerjilendiriniz. 5. U-157 modülünü kullanarak motorun hızının maksimum hızının yaklaşık yarısına (2500 rpm) ayarlayınız. 6. Fren pozisyonunu bir kademe arttırın ve U-159 daki değeri kaydedin. 7. Fren pozisyonunun bir fonksiyonu olarak hata sinyalinin değerlerini belirleyiniz. 8. U-151 modülünün ATT-2 potansiyometresini 5 kademesine getiriniz. U-157 modülünü kullanarak hızı 2500 rpm seviyesine getiriniz. 9. Fren pozisyonunu kademe kademe değiştirip her kademe için hata sinyali ve motor hızını kaydediniz. Elde ettiğiniz değerlerden yararlanarak şekil 4 teki grafikleri çiziniz 10. U-151 modülünün ATT-2 potansiyometresini 5 kademesine getiriniz. U-157 modülünü kullanarak hızı tekrar 2500 rpm seviyesine getiriniz. 11. 9. Adımı tekrarlayınız. 12. (3,7), (8,9) ve (10,11) aşamalarında bulunan sonuçları karşılaştırınız.

Şekil 4. (a) RPM x fren pozisyonu (b) Çıkış hatası x fren pozisyonu 2. POZİSYON KONTROL HATASI 2.1. GİRİŞ Pozisyon kontrolündeki temel amaç motorun pozisyonunu verilen giriş pozisyonuyla senkron yapmaktır. Bu hedefe ulaşmak için motor referans hıza ulaşana kadar döndürülmelidir. Ulaşılan pozisyonu saptamak için motora bir potansiyometre bağlanmalıdır, böylece deplasman yeri motorun bulunduğu yere karşılık gelir. Bu uygulama Şekil 5'de gösterilmektedir. Şekil 5. Pozisyon hatası belirlemede potansiyometrelerin kullanılması Uygulamamızda bulunan potansiyometre voltajda açısal yerdeğiştirme dönüştürücü olarak çalışır. Şekil 5'da Pi ve Po sırasıyla giriş ve çıkış potansiyometrelerini temsil etmektedir. İşlemsel yükselteç, girişlerine uygulanan voltaj değerlerini toplar ve girişlerden birisi negatif değerle dikkate alır, yani yükseltecin gürüşlerindeki değerler çıkışındaki voltaj sıfır olur.

Sistemin çıkışındaki hata: Ke (θi-θo) olacaktır, bu da iki pozisyonun (referans ve mevcut olanın) yükseltecin kazanç sabiti ile çarpımı anlamındadır. Bu şekilde, pozisyonlar arasındaki fark arttıkça hata da artar. Kapalı bir çevrim kontrol sisteminde, hata motora iletilir. Bu sinyali aldıktan sonra, motor tepki verir ve istenen konuma erişmeye çalışarak döner ve hatayı sıfıra indirmeye çalışır. Şekil 6. Deney bağlantı şeması 2.2. Deneyin Yapılışı 1. Şekil 6 daki gibi bağlantıları yapınız. 2. U-157 ve U-158 potansiyometrelerini 180 ye ayarlayınız 3.U-152 modülünün seçicisini a konumuna getirin ve U-152 modülünü enerjilendirin. 4. Voltmetreyi kullanarak U-157 ve U-158 potansiyometrelerinin gerilimlerini ölçün ve 0 V a ayarlayınız. 5.U-152 modülünün çıkışını ölçün ve 0 V olduğundan emin olunuz. 6.U-157 potansiyometresini saat yönünde 15 çeviriniz (195 ) ve U152 modülünün çıkışını ölçünüz. Potansiyometreyi 210 ye kadar 5 er derece arttırın ve her kademede U-152 modülünün çıkış gerilim değerlerini kaydedin. 7. U-157 modülü 210 iken U-158 180 den 210 ye kadar 5 er derece arttırın. Her adımda U- 152 modülünün çıkışını ölçün ve kaydedin. Sonuçlarınızı yorumlayınız.

8. U-157 modülünü saatin tersi yönde 165 ye kadar değiştirin ve 150 ye kadar 5 er derece azaltıp U-152 modülünün çıkışını ölçün. 9. U-157 modülü 150 iken U-158 modülünü 150 ye kadar 5 er derece değiştirin. Her adımda U-152 modülünün çıkışını ölçün ve kaydedin. Sonuçlarınızı yorumlayınız. 10. 7 ve 9. Adımlardaki verilerden yararlanarak açısal konum değişimi x gerilim değişimi grafiğini çiziniz. 3. KAPALI ÇEVRİM POZİSYON KONTROLÜ 3.1. GİRİŞ Kapalı çevrim konum kontrol sistemi, Şekil 10 da gösterildiği gibi, istenilen konum (girdi) ve motorun bulunduğu konum (çıkış) hakkında bilgi taşıyan geri besleme sisteminden oluşur. Geri bildirim, hatanın sıfıra neden olduğu motor konumunu düzeltmek için tasarlanmıştır, yani motor istenen konuma gelmelidir. Şekil 7 de A1, hata sinyali üreticisi, A2, hata yükselteci ve A3, motor sürücüsüdür. Arzulanan konum (giriş) ile ilgili bilgi potansiyometre P1 vasıtasıyla sisteme verilir. P1 ve Po tarafından işgal edilen konumlar farklı olduğunda, güçlendirilmiş hata sinyali motora uygulanır. Motor daha sonra hata voltajının değerini 0'a düşürme eğilimi gösteren bir yönde döner. Bu durumda yükselteç kazancı da yüksek olmalıdır. Şekil 7. Deney devresi eşdeğeri

Şekil 8. Deney bağlantı şeması 3.2.Deneyin Yapılışı 1. Şekil 8 den yararlanarak bütün bağlantıları yapın. 2. U-152 anahtarını "a" konumuna ve U-151 anahtarını 10 konumuna getirin. U-156 modülünü enerjilendirin ve U-157 potansiyometresini 180 dereceye ayarlayın. 3. U-153modülünün ZERO ADJ kumandasını, U-154 modülünün çıktısı sıfır olacak şekilde ayarlayın. Bir kez ayarlandıktan sonra, bu denetim artık denemenin sonuna kadar değiştirilmemelidir. 4. U-151 trimpotunu 9. konuma getirin. U-157 potansiyometresini 160 ile 200 derece arasında çevirin. U-158 modülünün potansiyometresinin değişimini gözlemleyip kaydedin. U-158 potansiyometresi, U-157 potansiyometresi ile aynı yönde hareket etmelidir. Geri dönüş gerçekleşirse, motor bağlantıları ters çevrilmelidir (U-161 modülü). 5. 0 dereceden başlayarak, U-157 potansiyometresini saat yönünde 10 derece art arda çevirin, 150 derece konumuna getirin, her durum için U-158 potansiyometresinin gösterdiği açı konumunu okuyun. İşlemi, U-157 modül potansiyometresini saat yönünün tersine çevirerek tekrarlayın. 6. U-151'i 7, 5, 3 ve 1. konumlara ayarlayarak devrenin kazancını arttırın. Bu değerlerin her biri için 5. adımı tekrarlayın.

7. 5. ve 6. adımların sonuçlarıyla grafikler oluşturun. 4.1. GİRİŞ 4. HIZ GERİ BİLDİRİMİ VE POZİSYON KONTROLÜ Önceki deneylerde, sistemdeki yüksek kazanç ölü bölgeyi düşürmekte ancak aynı zamanda aşma gücünün oluşumuna sebep olduğu görülmüştür. Aşma, motor gücüyle orantılı olan bir fren bağlanarak ortadan kaldırılabilir. Ancak, bu ideal bir çözüm olarak düşünülemez, çünkü motor gücü çok kaybedilir ve şarj olduğunda ivmesi çok düşük olur. Soruna daha iyi bir çözüm, bir jeneratör fişi ve bir frekans / voltaj dönüştürücü çıkışından oluşacak ikinci bir geri besleme döngüsünün kurulması olacaktır. Bu döngünün geribildirim sinyali, eksen hızına orantılı olan bir genlikte bir DC sinyali olacaktır. Buna hız geribildirimi denir ve komple sistem iki kapalı çevrim sunar, bunlardan biri pozisyon geribildirimi için diğeri hız geribildirimi için. Şekil 9'de, bu ikinci geri bildirim halkasının konum kontrolü üzerindeki etkisini göstermektedir. Şekil 9. Hız geribildiriminin etkisi Şekil 9'de gösterilen sinyaller, giriş potansiyometresi Pi'nin bir kare dalga jeneratörü ile değiştirilmesi ve sistemin çıkışının osiloskopun Y eksenine uygulanmasıyla osiloskop üzerinden gözlemlenebilir. Osiloskopun X eksenine uygulanan giriş sinyali, bir fonksiyon üretecinin rampa çıkışından elde edilir.

Şekil 10. Deney devresi eşdeğeri Şekil 11. Deney bağlantı şeması 4.2. Deneyin Yapılışı 1. Şekil 11 ten yararlanarak tüm bağlantıları yapınız. 2. ATT-1 ve ATT-2'yi 10 konumuna ayarlayın ve U-152 anahtarını "b" konumuna getirin. 3. U-156 modülünü enerjilendirin ve bu modülün çıkışını 0 yapmak için U-153 modülündeki ZERO ADJ kontrolünü kullanın. Osiloskobu XY modunda ve fonksiyon üretecini de 0,2 Hz olarak ayarlayın.

4. ATT-1 potansiyometresi aracılığıyla sistemin zayıflamasını azaltın, osiloskop görüntüleme sinyalinde bir salınım gözlemlenene kadar 10'dan 0'a yavaş yavaş hareket ettirin. 5. Osiloskop ekranında elde edilen sinyali gözlemleyerek ATT-2 potansiyometresi ile aynı işlemi gerçekleştirin. Bu aşamalarda elde edilen şekilleri kaydedin. 6. ATT-1 potansiyometresini 4. adımda elde edilen değerin yarısına eşit bir değere ayarlayın ve 5. adımı tekrarlayın. 7. U-153 anahtarını "a" konumuna getirin ve 4. ve 5. adımları tekrarlayın. Gecikme faktörü değiştiğinde servo sistem performansları arasındaki farkı not edin. ED 4400B seti içinde bulunan malzemeler U-151 Dual Attenuator (0, 9/10... 1/10, etc) U-152 Amplifier Adder (gain: 0 db and can be modified with external component) U-153 Preamplifier (Gain: 20 db) U-155 Tacho Circuit Unit U-156 Power Supply DC (+15 V 0.5 A, -15 V 0.5 A) U-157 Motor Amplifier Driver (Gain: 0 db) U-155 Potentiometer (Reference 1kohm/5W ) U-158 Potentiometer U-161 Servo Motor Unit - Motor: 12 V / 4.5W - Tacho Generator: about 3V / 5000 RPM U-162 Function Generator 0.1-1 Hz ; 1-10 Hz and U-163 Output Ramp Electromagnet: Brake (10 positions)