Elektrinio variklio greičio reguliavimas su Andruino valdikliu

1. Sukurta sistema Visose pramonės įmonėse siekiama gamybos procesus automatizuoti taip, kad kokybiškas gaminys būtų pagamintas kuo pigiau ir greičiau. Vis dėl to svarbesniu dalyku išlieka kokybė, o ne kiekybė ar greitis. Aukšta kokybė yra pasiekiama tiksliu ir patikimu automatiniu valdymu. Šiame darbe siekiau sumodeliuoti ir sukonstruoti variklio – generatoriaus sistemą, kurios tikslas išlaikyti pastovų variklio sukimosi greitį nepaisant nuo variklio apkrovos kitimo. Variklio apkrovos vaidmenį čia atlieka mova prijungtas toks pats elektrinis variklis, kuris sistemoje atlieka generatoriaus funkciją. Prie generatoriaus prijungiame keičiamą apkrovą, kuria sudarysime stipresnį pasipriešinimą pagrindiniam varikliui. Variklio greičio reguliavimui naudosime jutiklį matuojanti sukimosi greitį, tad norėdami išlaikyti pastovų sukimosi greitį valdymo sistemoje naudosime grįžtamąjį ryšį. Iš jutiklio duomenų matematiškai apskaičiuotas greitis reguliuojamas tranzistoriaus pagalba, kurį valdome mikrovaldikliu pasinaudoję impulso pločio moduliaciją (angl. Pulse width modulation). Impulso pločio moduliacija – impulsų generavimas prie pastovaus periodo, keičiant impulso plotį. 1 pav. matome impulso pločio moduliaciją: periodo T metu, yra formuojami stačiakampiai impulsai W. Jie kuriami siunčiant signalą, kurio aukštis lygus A, laikotarpiui ne ilgesniam kaip T. Laikas, kuriam buvo įjungtas aukštas signalas yra impulso plotis. Tokiu būdu galima simuliuoti analoginį signalą, kuris sukuriamas keičiant įtampą, naudojant pasyviniais elementais, tokiais kaip potenciometras. Kintant įtampos reikšmei (didėjant arba mažėjant), atitinkamai keičiasi ir tranzistoriaus bazės atidarymo laipsnis. Priklausomai nuo mikrovaldiklio, platforma turi nuo kelių iki keliolikos įvadų/išvadų su PWM funkcija. Arduino platformoje realizuota funkcija analogWrite(pin, value), leidžia pasinaudoti impulso pločio moduliacija, nurodžius jungties numerį ir sveikąjį skaičių intervale [0;255]. Kai value reikšmė – 0, periode T negeneruojamas joks impulsas, kai reikšmė padidinamas iki 255, impulso plotis tampa lygus periodui T. Jei value lygus kitai reikšmei nurodytame intervale, generuojamas pločio impulsas 1 Pav.Impulso pločio moduliacija 1. Modelio parinkti komponentai ir jų charakteristikos 1. Parenkami elektriniai varikliai su reduktoriais : • 12V DC • 1000RPM • Momentas 1,5 Ncm • Diametras: 25mm  • Ilgis: 52mm  • Veleno ilgis: 4mm  2 pav. 12V DC varikliai Vieneto svoris: 76 2. Mikrovaldiklis Arduino nano V3.0 • ATmega328 Microcontroller • Valdoma įtampa 5V • Įėjimo įtampa 7V-12V • Maksimali įėjimo įtampa 6V-20V 3 pav. Arduino nano V3.0 • Skaitmeninių signalų kiekis 14 (6 iš jų turi PWM) • Analoginiai įėjimai 8 • Nuolatinė išėjimo srovė 40 mA • Flash atmintis 32 KB • Dažnis 16 MHz • Dydis：45mm x 18 mm x 20mm 3. Optinis atspindžio jutiklis TCRT 1000 • Aptikimo tipas: fototranzistorius • Matmenys (L x W x H mm): 7 x 4 x 2.5 • Nominalus darbinis atstumas: 1 mm • Suveikimo ribos: nuo 0.2 mm iki 4 mm 4 pav. TCRT 1000 atspindžio jutiklis 4. Tranzistorius TIP 122 • Kolektoriaus – bazės įtampa 100V • Kolektoriaus – emiterio įtampa 100V • Emiterio – bazės įtampa 5V • Kolektoriaus srovė (DC) 5A • Bazės srovė (DC) 120 mA 5 pav. Tranzistorius TIP 122 5. Kiti pasyvieji elementai: šviesos diodai (9vnt); rezistoriai (6vnt – 70 omų, 2vnt – 150 omų, 1vnt – 2k omų, 2vnt – 10k omų); (klavišinis jungiklis; šliaužiklinis jungiklis (6 kontaktų); maitinimo lizdas; diodas. 2. 3D modelis Kuriant šią sistemą viena svarbiausių problemų buvo kaip tiksliai mova sujungti du variklius. Tam buvo pasinaudota 3D modeliavimo programa SolidWorks 2017. Šios programos pagalbą sukūrėme tinkamą įtvirtinimo stovą abiems varikliams 6 pav. Suprojektuotą stovą atspausdinome su 3D spausdintuvu. Atspausdintas stovas kartu su varikliais sutvirtinamas 6 mm varžtais bei veržlėmis. Modelio apačioje paliktos kiaurymės skirtos stova tvirčiau pritvirtinti prie stendo. Atlikus stovo tvirtinimo darbus ir jį išbandžius buvo susidurta su centravimo problemomis. Variklis nepajėgdavo išsukti generatoriaus be papildomos pagalbos, tai atsitiko dėl 3D spausdintuvo paklaidos. Tai būtų galima ištaisyti pasigaminus kitą, bet jau geresnę amortizuojančią movą. 4.Valdymo schema 7 Pav. Valdymo sistemos schema 5. Valdymo programa int Sensor = 12; // jutiklis int count = 0; // int variklis = 11; bool rising = false; double laikas; // long dtStore[2]; float rpm; int pwm = 0; void setup(){ pinMode(Sensor, INPUT); pinMode(variklis, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { int wheelVal = digitalRead(Sensor); // jutiklio nuskaitymas if (wheelVal == 0) { // jeigu jutiklis mato juoda spalva rising = true; } if (rising && wheelVal == 1) { // kai juoda spalva pereina i balta dtStore[0]=dtStore[1]; count++; dtStore[1] = millis(); laikas = dtStore[1]-dtStore[0]; // skaičiuojamas laikas tarp pirmo ir antro baltos spalvos fiksavimo rpm = 0.5/laikas*1000*60; // rpm skaičiavimas rising = false; } Serial.print(rpm); // išvedimas i ekrana Serial.print(" "); Serial.println(wheelVal); if(rpm = 360) { pwm--; } analogWrite(variklis, pwm); } Ant sujungimo movos priklijuojama juodai baltai dryžuota juostelė į kurią reaguoja TCRT 1000 jutiklis. Programa parašyta taip, kad mikrovaldiklis skaičiuoja laika per kurį jutiklis užfiksuoja du perėjimus nuo juodos prie baltos spalvos, dėka gauto laiko galime išskaičiuoti variklio veleno sukimosi greiti ir sklandžiai jį valdyti PWM signalu per TIP 122 tranzistorių. Kai rankiniu būdu padidinama apkrova variklio greitis mažėja, o sumažinus apkrova greitis didėja. Mikrovaldiklis reaguoja į šiuos svyravimus ir atlieka programoje numatytas funkcijas. Išvados 1. Varikliui sukantis be apkrovos veleno sukimosi greitis pasiekia apie 530 aps/min (dėl reduktoriaus). Tokiu atveju generatorius generuoja apie 11V įtampą. Esant pilnai apkrovai apkrovos grandine teka apie 250mA srovė. 2. Valdant varikli impulso pločio moduliacijos pagalba gaunami greičio svyravimai nuo užduotos reikšmės (350 – 360 aps/min), kai valdiklis greitį mažina jis krenta iki 338 aps/min, kai valdiklis greitį didina jis išauga iki 369 aps/min. Šie skaičiai parodo, kad naudojant šį reguliavimo būdą tenka susidurti su gan žymiais svyravimais. 3. Optiniam jutikliui matavimo tikslumą įtakoja matavimo atstumas, bei nepageidautinos baltos spalvos dėmės juodos spalvos zonoje. 4. Elektros variklių velenų sujungimą apsunkina standus sujungimas, patogiau būtų naudoti amortizuojantį sujungimą.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!