Soustruh S3
| Hlavní stránka | Laboratorní modely | Vyučované předměty | Vybavení | Historie | Správce laboratoře | Pro studenty | Odkazy | |
Model představuje systém soustruhu se všemi jeho podstatnými součástmi. Na rozdíl od skutečného systému ale nedovoluje reálné obrábění z důvodu malého výkonu servomotorů, určených k pohybu součástí. Suport svým pohybem jen kopíruje profil povrchu hotového obrobku a místo nože soustruhu je použit dotekový induktivní snímač vzdálenosti. Model vznikl jako součást diplomové práce Ing. Jiřího Nováka, který vyrobil celou konstrukci, navrhl řízení a připojení kautomatu ControlLogix. Na něj navázal Ing. Petr Matouch a navrhl nové servozesilovače místo původních. Fotografie modelu ja na obr. 1.
Obrázek 1: Soustruh S3
Schéma a konstrukce modelu
Konstrukci tvoří železný rám se základovou deskou, na které jsou umístěny vodicí tyče suportu, uchycení vřetene a panel ručního ovládání (obr. 3) s tlačítky přepínání režimu řízení a prvky určenými k ovládání pohybu. Na vodicích tyčích podél vřetene je umístěno těleso suportu s příčně posouvaným induktivním snímačem vzdálenosti (LVDT). U obou os je nainstalováno měřítko pro vizuální odhad skutečné polohy. Pohyb součástí je realizován tažnými šrouby spojenými se servomotory přes šnekovou převodovku. Polohy posuvů jsou jsou snímány inkrementálními rotačními čítači na osách pohonů. Vřeteno je poháněno taktéž přes šnekovou převodovku, ale jeho rychlost otáčení je snímána tachodynamem. Krajní polohy jsou detekovány koncovými spínači, umístěnými ve dvojicích na koncích vodicích tyčí. Vnitřní je provozní, připojený ke vstupům PLC a vnější havarijní je hardwarově propojen na modelu a odepíná zesilovač pro pohyb osy v daném směru. Celkové schéma konstrukce je na obr. 2.
Obrázek 1: Schéma modelu
Informace pro studenty
Obecné informace
Model je možné ovládat ručně nebo vzdáleně. Výběr režimu je volen pomocí panelu (obr. 3) ve spodní části modelu s možnostmi PC, PLC a Manual.
Obrázek 1: Panel na modelu
PC
Pro připojení modelu k PC jsou použity multifunkční měřící karty MF614. Model servomechanismu se řídí v programu Matlab/ Simulink s Real Time Toolboxem, kde jsou všechny veličiny převedeny na bezrozměrná čísla obvykle v intervalu (-1, +1).
PLC
Model je připojen k automatu ControlLogix, kterým je možné v případě potřeby nastavit přepínač do stavu PLC.
Manual
V tomto režimu je možné na modelu ovládat servomotory modelu pomocí potenciometrů na panelu.
Důležité vztahy
Při popisu systému vycházíme z následujících rovnic:
<math>L\frac{\mathrm{d} i(t)}{\mathrm{d}t}=-R\,i(t)-k_e\,\omega(t)+u(t)</math>, (1)
<math>J\frac{\mathrm{d} \omega(t)}{\mathrm{d}t}=k_m\,i(t)-b\omega(t)-M_z\,(t)</math>, (2)
<math>\frac{\mathrm{d} \varphi(t)}{\mathrm{d}t}=\omega(t)</math>, (3)
kde i(t) [A] je proud motoru,
ω(t) [rad s-1] jsou otáčky motoru,
φ(t) [rad] je úhel natočení hřídele,
u(t) [V] je vstupní napětí motoru,
Mz [N m] je vnější zatěžovací moment,
R [?] je elektrický odpor motoru,
L [H] je indukčnost motoru,
J [kg m2] je moment setrvačnosti motoru,
km [kg m2 s-2] je mechanická konstanta motoru,
ke [s V s-1] je elektrická konstanta motoru,
b [kg m2 s-1] je konstanta tření motoru.
Volba vstupních a výstupních veličin systému
Pro vřeteno volíme jako vstupní veličinu napětí motoru u(t), výstupní veličinou je rychlost otáčení ω(t). Pro ovládání os modelu volíma jako vstupní veličiny napětí motorů, výstupními veličinami jsou polohy os φ(t).
Literatura
1. MATOUCH, P. Model víceosého servosystému. Praha, 2004. 106 s. Diplomová práce. ČVUT, Fakulta elektrotechnická, 2004
2. NOVÁK, J. Model lineárnícho servomechanismu a jeho řízení. Praha, 2004. 80 s. Diplomová práce. ČVUT, Fakulta elektrotechnická, 2004
3. BUNDIL, Lukáš. Webová podpora výuky v laboratoři Allen-Bradley. Praha, 2011. 47 s. Bakalářská práce. ČVUT, Fakulta elektrotechnická, 2011