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maxneo

1° Progetto Inseguitore Solare - problema dimensionamento motori

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maxneo

Salve sono nuovo del forum.

Studio ingegneria, ma purtroppo questa è la prima volta che vado ad affrontare problemi come quello che sto per descrivervi.

Spero in un aiuto da parte degli utenti con l'intento di riuscire ad apprendere meglio la materia ed ottenere consigli pratici sul progetto didattico che devo realizzare per l'università.

Vorrei realizzare un INSEGUITORE SOLARE per un pannello fotovoltaico, lo scopo del progetto è quello di definire:

-specifiche del progetto in base all'obiettivo da raggiungere

-scelta dei componenti e loro collegamento

-utilizzare un PIC per il controllo dei dispositivi automatici

Il tutto deve essere descritto a livello teorico anche se con un elevato dettaglio.

Date le specifiche:

- pannello fotovoltaico da 1 kW di forma rettangolare 1.58 ×0.808 [metri] di peso 15 Kg

- la velocità deve essere 0.834 giri/minuto=0.0345 m/sec=(5°)/sec

- l'alimentazione da batteria è a 12V

- angoli di rotazione del pannello fotovoltaico: azimut 230° ; zenit 70°

Il mio primo dubbio è su come dimensionare i motori(uno sarà fissatto all'estremità in alto di un asse in posizione orizzontale,mentre l'altro sarà posizionato alla base per far ruotare l'asse) ho scelto che il carico dovrà andare ad una

Velocità carico = (360°)/min=(5°)/sec=(0.087266 rad)/sec=0.8337giri/min

Quando vado a determinare la coppia massima che dovrà erogare un motore brushless:

Il peso del carico non va considerato nel calcolo della potenza del motore perchè è sotenuto dalla struttura?

Devo o non devo calcolare l'inerzia del carico?

Per il dimensionamento dei due motori su quali differenze devo porre attenzione?

Capisco che non sia facile dare consigli su una spiegazione approssimata, ma non volevo appesantire troppo il messaggio già abbastanza lungo.

Ringrazio chiunque mi possa dare dei consigli, se qualcuno mi richiede ulteriori dettagli sarò felice di fornirli.

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roberto8303

scusa ma perche non fai la rotazione dopo tanti secondi di tot gradi e non continua da 70 a 230?

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AVC_Veronica
scusa ma perche non fai la rotazione dopo tanti secondi di tot gradi e non continua da 70 a 230?

in teoria i passi non sono sigmetrici se si considera il tutto in termini di rendimento/consumo motorizzazione.

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Livio Orsini
Il mio primo dubbio è su come dimensionare i motori...

In questa sezione, nelle discussioni in rilievo, c'è una discussione proprio sul dimensionamento dei motori. Nel primo post cìè il link al mio tutorial su come dimensionare i motori.

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roberto8303
in teoria i passi non sono sigmetrici se si considera il tutto in termini di rendimento/consumo motorizzazione

cosa vuoi dire? il motore farebbe es 10 movimenti di tot gradi, si risparmierebbe energia per tenerlo sempre in funzione per come la vedo poi bisognerebbe provarlo in realta...

io ho partecipato ad un progetto che utilizza un microchip che conosce la posizione in cui spostare il pannello dopo tot secondi e funziona bene, il motore è un asincrono con ridttore.

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maxneo
scusa ma perche non fai la rotazione dopo tanti secondi di tot gradi e non continua da 70 a 230?

Vorrei usare dei motoi brushless comandati da un sistema di feedback che si basa su un sensore di irradiazione solare (formato da 4 fotoresistenze), praticamente lo scopo è avere sempre il pannello posizionato nella posizione di massima irradiazione.

In questa sezione, nelle discussioni in rilievo, c'è una discussione proprio sul dimensionamento dei motori. Nel primo post cìè il link al mio tutorial su come dimensionare i motori.

Ho già studiato quel tutorial, devo dire che è molto utile ed anche una rarità, perchè su internet non ho trovato nient'altro che parla così bene dell'argomento.

In questo caso io ho un problema a monte che è quello di identificare in maniera corretta il carico.

Secondo voi è corretto questo ragionamento che mi consente di determinare la corretta coppia di spinta che deve erogare la coppia motore + riduttore è (per il motore alla base):

-il peso del carico è ininfluente perchè è supportato dalla struttura

-calcolo l'inerzia della struttura in verticale sulla quale è posizionato il pannello come

I=1/2 M * R^2

dove la massa è uguale al peso della struttura verticale ed R il suo raggio?

- calcolo Accelerazione carico =ω^2 R , dove R è sempre il raggio della struttura verticale?

- da queste due calcolo il Momento= I* accelerazione angolare

- ed infine Coppia= Momento * R, sempre il raggio della struttura verticale?

P.S.: è possibile allegare foto al messaggio?

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Livio Orsini
-il peso del carico è ininfluente perchè è supportato dalla struttura

Errato! Il peso del carico influenza ne più ne meno come il peso della struttura.

Per quantificare la coppia necessaria è indispensabile conoscere il tipo di trasmissione, le masse da movimentare, gli attriti. Se hai letto il mio tutorial dovresti aver visto anche alcuni esempi in funzione di differenti tipologie.

-calcolo l'inerzia della struttura in verticale sulla quale è posizionato il pannello come I=1/2 M * R^2

Questo è valido nel caso di un cilindro. Dubito che tutto il sistema possa essere ricondotto ad un cilindro.

Metti in linea lo schema della trasmissione con tutti i dati necessari, quali: rapporti di riduzione, velocità, accelerazione, masse, etc.

P.S.: è possibile allegare foto al messaggio?

Certo! Le immagini le devi prima "appoggiare" ad un sito di histing, poi premi il pulsante con l'icona che simboleggia una figura (quello dopo il "+" verde) e copi il link dell'immagine. Dovresti anche leggere le FAQ che ti chiarirrebbero moltoi dubbi. Le abbiamo inserite appositamente.

...comandati da un sistema di feedback che si basa su un sensore di irradiazione solare..

Personalmente lo sconsiglio, perchè subisce molti, troppi condizionamenti ambientali.

Molto meglio usare un posizionamento ad anello aperto, basato sulle effemeridi. Questo metodo è univoco e non può essere influenzato da condizioni ambientali.

Edited by Livio Orsini

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roberto8303
Personalmente lo sconsiglio, perchè subisce molti, troppi condizionamenti ambientali

sono daccordo, e infatti basta qualche nuvola che va e viene a far muovere sempre la struttura.

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maxneo

strutturainseguitore3.gif

Metti in linea lo schema della trasmissione con tutti i dati necessari, quali: rapporti di riduzione, velocità, accelerazione, masse, etc.

Ho postato un immagine grossolana in cui è rappresentata la struttura, può essere ipotizzato che il motore disegnato sia attaccatto al baricentro del pannello. L'altro motore (non riportato in figura) è posto alla base della strutta.

Le masse da movimentare sono appunto il pannello:

15 kg; 1.58 x 0.808 m;
e la struttura cilindrica verticale(ipotizzata):
5kg;  altezza 1.40 m; diametro 0.2 m
Vorrei che il carico andasse ad una
Velocità  =  (360°)/min=(5°)/sec=(0.087266 rad)/sec=0.8337giri/min

Il mio prof non ha mai accennato ad attriti, forse perchè si tratta di un progetto teorico. Oppure perchè questi sono approsimabili rispetto alla coppia che serve a muovere il pannello?

Come faccio a sapere di che rapporto di riduzione ho bisogno se non riesco a calolare in modo corretto la coppia? ed inoltre non dovrei considerare riduttori preferibilmente della stessa marca dei motori? Quindi scegliere prima il motore e poi il riduttore?

basta qualche nuvola che va e viene a far muovere sempre la struttura.

Nel progetto ho previsto un sensore di irradiazione solare composto da 4 fotoresistenze a cui viene aggiunto un filtro passa basso che risolve i disturbi ambientali.

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roberto8303
Come faccio a sapere di che rapporto di riduzione ho bisogno se non riesco a calolare in modo corretto la coppia? ed inoltre non dovrei considerare riduttori preferibilmente della stessa marca dei motori? Quindi scegliere prima il motore e poi il riduttore?

il rapporto di riduzione resta comunque vincolato da cosa c è in commercio. primo occorre conoscere la coppia,e quanti rpm occorrono, cosi scegli il motore adatto, sapendo che il riduttore ti moltiplica la coppia erogata del motore e ti riduce gli rpm del motore.

es giusto per renderti l idea: ti servono 8 Nm e 2 rpm allora scegli un motore con 10rpm e 2Nm, quindi inserisci un riduttore con rapporto 1:5, la coppia sara 2nm*5 *rendimento= <10Nm e gli rpm saranno 10/5=2rpm.

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Livio Orsini

Dici di aver letto il mio breve ed essenziale tutorial sul dimensionamento die motori, ma fai domande a cui si danno risposte prorpio sul tutotial.

Come faccio a sapere di che rapporto di riduzione ho bisogno se non riesco a calolare in modo corretto la coppia?

La coppia è una conseguenza del rapporto di riduzione. Il rapporto di riduzione discende automaticamente dalla velocità del motore, che hanno valori standard, e dalla velocità del carico.

Come sempre si parte dalle necessità finali e si risale.

Se ti necessitano 0.8337giri/min puoi, ad esempio, prevedere un riduttore 1:1000 e scegliere un motore con velocità di 1000 rpm, così hai anche del margine.

Con questo rapporto di riduzione la quasi totalità della coppia erogata verrà assorbita dal riduttore. Il costruttore del riduttore, come dato di catalogo, in genere da il rendimento del riduttore stesso. Comunque tieni presente che se il carico necessitasse di una coppia di 10 Nm, il motore dovrebbe erogare solo 0.01 Nm!

Il mio prof non ha mai accennato ad attriti, forse perchè si tratta di un progetto teorico. Oppure perchè questi sono approsimabili rispetto alla coppia che serve a muovere il pannello?

Bisognerebbe chiederne conto a lui del perchè. Ad essere cattivi si potrebbe ipotizzare che non conosca alcuna delle problematiche tipiche di un controllo automatico con servo azionamento. Ma è solo una mia cattiveria. Ci sono anche insegnanti capaci e allievi attenti, ci sono insegnanti capaci e allievi distratti, ci sono insegnati incapaci ed allievi volonterosi ed alla fine, purtroppo, insegnanti incapaci ed allievi lavativi. :(:angry:

Nel progetto ho previsto un sensore di irradiazione solare composto da 4 fotoresistenze a cui viene aggiunto un filtro passa basso che risolve i disturbi ambientali.

Ma a questo punto l'insegnate che ci sta a fare?

Un semplice filtro passa basso serve a nulla, anzi forse può far solo danni.

Per posizionare ad anello chiuso sulla luminosità, in modo stabile, il dispositvo in oggetto è necessario un filtro abbastanza complesso. Ripeto è molto più efficace un posizionamento ad anello aperto basato sulle effemeridi. Buona parte dei sistemi professionali si avvalgono di questa tecnica. Questo dovrebbe darti qualche cosa su cui ragionare.

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maxneo

Il motivo per cui credo che il prof mi abbia detto di tralasciare gli attriti potrebbe essere dovuto al fatto che si tratta di un progetto didattico e voleva semplificare quest'aspetto. Non posso chiedere chiarimenenti al prof perchè non è reperibile all'univ e non risponde all'email.

Per il filtro Passa Basso mi aveva detto di discretizzare con Tustin, scrivere l'euqazioni alle differenze ed inserire il tutto nel programma del pic. Infatti questo aspetto sarà un altro grosso grattacapo.

Per quanto riguarda il metodo degli effemeridi, da quanto ho capito si tratta di pianificare l'orientamento del pannello in base a valori già calcolati. Non so neanche quanto il prof sia a conoscenza di questo argomento perchè ho dovuto scegliere io il progetto da svolgere, il motivo della mia scelta è dovuto al fatto che trattava una problematica attuale. Il controllo ad anello chiuso ha forse un maggior interesse controllistico a livello didattico, in più mi costringe ad usare un sensore (uno dei punti importanti della tesina per il progetto è descrivere i collegamenti tra I/O).

Ritornando al dimensionamento del motore, per quanto riguarda il motore alla base:

1) calcolo l'inerzia approssimando l'intera struttura ad un parallelepipedo? Oppure considero il centro di massa eccentrico?

2) per calcolare poi il Momento dovrei scegliere un valore per l'accelerazione del carico, che ragionamento posso fare per scegliere tale valore?

3) scelgo il rapporto di riduzione

4) calcolo la coppia che il motore dovrà erogare

5) verifico la disponibilità degli elementi scelti con quelli in commercio, se necessario riadatto i valori.

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Livio Orsini
Non posso chiedere chiarimenenti al prof perchè non è reperibile all'univ e non risponde all'email.

Ci avrei scommesso!

Il motivo per cui credo che il prof mi abbia detto di tralasciare gli attriti potrebbe essere dovuto al fatto che si tratta di un progetto didattico e voleva semplificare quest'aspetto.

Peccato che, visto il tipo di apparato, gli attriti abbiano un effetto preponderante sulle inierzie. Anzi, dato il rapporto di riduzione che necessariamente dovrai usare, l'inerzie del carico, ridotte all'asse motore, saranno insignificanti. :angry:

Mi prude la tastiera dalla voglia di scrivere un giudizio su certi insegnanti.......

Se il sistema è puramente didattico poni pure l'enfasi sul controllo ad anello chiuso. Però cerca almeno di ricordarti che nella attività reale le cose sono un po' differenti. Meno eqauzioni alle differenze finite e maggior ricerca della funzionalità, ovvaimente impiegando il minor tempo possibile.

Più che un filtro passa basso avresti bisogno di un mini modello che tenga conto di differenti fattori ambientali. Pensa a cosa può succedere in una giornata in cui ci sia un continuo passaggio di nuvole con continue variazioni di insolazione. Oppure cosa succede se una nuvola vela il sole improvvisamente.

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maxneo

Ho fatto un pò di conti, mi potete dire se sono corretti.

Ho calcolato l'Inerzia dell'intera struttura:

peso pannello=15Kg; resto della struttura=5kg; peso tot=20kg
inerzia2.jpg Uploaded with ImageShack.us Le lunghezze della struttura che potete vedere in figura sono:
a= 140 cm
b0= 20 cm
b1= 40 cm
b2= 158 cm
d1= 5 cm
d2= 3.5 cm

Area della Sezione= B*H - b*h = 40*140 -20*131.5=2970 cm^2

Momento d'inerzia= ( B*(H)^3 - b*(h)^3  ) / 12 = 5356781.875 cm^4

raggio d'Inerzia= I = sqrt( Momento d'inerzia / Area della sezione) = 42 cm = 0.42 m

Momento d'inerzia di Massa = 20 kg * (0.42 m )^2 = 3.528 kgm^2
inerzia3.jpg Ho provato a fare i calcoli anche con un altro metodo approssimando tutta la struttura ad un parallelepipedo. Usando la formula riportata nella seconda figura dove:
a= 0.8 m; b= 1.58 m  e peso=20kg
Ottengo
Momento d'inerzia di Massa =5.22kgm^2

Tali calcoli possono essere ritenuti accettabili per il progetto teorico di cui vi ho parlato? Ed in caso di risposta affermativa quale può essere il calcolo più corretto tra i due?

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Livio Orsini

Non saprei. Bisognerebbe avere il parere di un meccanico.

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maxneo

Continuo imperterrito a cercare di concludere questo dimensionamento.

Ascoltando anche altri pareri ho scelto di calcolare l'inerzia come nel secondo metodo mostrato nel mio precedente post, approssimando (per il motore alla base) l'intera struttura ad un parallelepipedo.

Momento d'inerzia di Massa =5.22kgm^2 =Ib

per l'inerzia del motore posizionato in alto alla struttura la formula è uguale a quella usata precedentemente a differenza che invece di larghezza e lunghezza ho usato larghezza e spessore, per il peso invece ho considerato solo quello del pannello:

1/12 * 15 ((0.8^2)+(0.035)^2 )=0.801 [kgm^2] =Is

Calcolo dell'accelerazione con profilo di velocità trapezoidale:

Velocità carico=0.087266 [rad/s]

scelgo tc=1 tf=3

accellerazione= Velocità carico/tc= 0.087266 [rad/s^2]

è uguale per tutte e due i motori.

E' arrivato il momento di calcolare la coppia motrice:

Coppia_b= Ib * accellerazione = 5.227 * 0.087266 = 0.45614 [Nm]

Coppia_s= Is * accellerazione = 0.801 * 0.087266 = 0.0699 [Nm]

Secondo voi sono corretti?

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