Costruire Un Regolatore Di Una Frizione Magnetica

[roberto8303]

Vorrei capire e magari realizzare un regolatore elettronico per svolgere tale funzione:

si ha un motore trifase 5,5 kw giapponese 400volt triangolo 1400rpm

a questo motore è collegata una frizione magnetica 90volt dc 2A 25ohm

il motore elettrico ha un grosso cilindro collegato al suo albero e gira costantemente a 1400rpm, all interno del cilindro cè la frizione libera di ruotare su cuscinetti, solo quando alimentiamo la frizione essa inizia a ruotare insieme all albero motore per il flusso generato dalla bobina della frizione.

questa frizione è usata per regolare la velocita in uscita, fermo restando la coppia che è fissa perche il motore ruota sempre a 1400rpm.

Sulla frizione inoltre è montato un piccolo generatore di tensione alternata a tre fasi, il suo rotore è fatto con magneti e quindi a questo generatore si affida il compito di dare il riferimento di velocita dell asse.

devo avere quindi, un alimentatore da 0 a 90volt dc circa 4A si imposta cosi con un potenziometro la tensione della frizione a piacere a secondo della velocita desiderata, mettiamo 50volt la frizione inizia ad ''attaccarsi'' e cerca quindi di prendere i giri del motore elettrico, a questo punto se il sistema viene carico si ha inevitabilmente una variazione di giri della frizione, il nostro generatore li avverte quindi generando meno tensione di riferimento, a questo punto questa tensione calata dovrebbe far aumentare la tensione di uscita per portarla a piu di 50volt per ottenere sempre gli stessi rpm!

insomma non è niente di complicato,è uno dei tanti regolatori che ci sono sul mercato per il controllo di velocita. solo che io vorrei sapere come realizzarlo, premetto che ho letto nella sezione didattica il corso scritto dal mio maestro Livio Orsini! pero non avendo le basi adeguate ho un po di difficolta per pensare di costruire un regolatore del genere! penso ci siano due strade, una avere la pappa bella pronta o comprare una scheda gia pronta, oppure iniziare a studiare dall inizio qualche libro di controllo e regolazioni per realizzare un domani il mio regolatore.Qualcuno sa consigliarmi un buon libro del genere?oppure spiegarmi grosso modo come devo iniziare e cosa serve per realizzare tale controllo per questa applicazione? Grazie a tutti.

[Livio Orsini]

Potresti procurarti il vecchio libro dell'ing. G. Montessori sugli azionamenti elettrici. Le nozioni di base su come funziona un convertitore a SCR per controllo motori ci sono e sono anche ben descritte.

Se invece ti interessano i controlli in sneso lato c'è solo l'imbarazzo della scelta. Io ti consiglierei, per iniziare, il vecchio testo del Giaccaglini di elettronica industriale per ITIS. Ha circa una quarantina d'anni ma, a mio giudizio, è sempre valido.

Il caso che hai descritto è facilmente approcciabile anche con un convertitore monofase monoquadrante; il fattore di forma per alimentare una frizione magnetica non è fondamentale. Visto che il rendimento del sistema è, per sua natura, scadentissimo non è il caso di accoppiarlo ad un alimentatore sofisticato.

In pratica è quasi un dimmer, dove al posto di un triac c'è un SCR. Se ti vuoi dilettare a fare prove ed esperiemnti apri una duiscussione sul forum verde sezione elettronica.

Modificato: 17 ottobre 2009 da Livio Orsini

[ASMO]

Dicevi per caso questo Livio ???

Se è lui, confermo !!! E' un ottimo libro.

Modificato: 17 ottobre 2009 da ASMO

[Livio Orsini]

L'è propii lu (per i transpadani: è proprio lui)

Asmo, mi sa che la tua data di nascita non è proprio recentissima

[roberto8303]

Grazie Ragazzi , provvedero subito a procurarmi questi libri e a studiarli! dovrei andare in una azienda lunedi se ho tempo e li hanno un motore simile, posso iniziare a vedere come è fatta la scheda che controlla la loro stessa frizione. pero mi servono i fondamentali che studiero appena avro questi libri...

ora se posso stesso in questo messaggio apro un altra discussione.

mi è venuta una idea per far pratica e capire meglio come funziona un controllo per la velocita costante di un asse, o semplicemente mantenere costante un qualsiasi valore. mi spiego meglio

ho preso un motore piccolo da 0,12 kw e un inverter, ho un altro motorino 12volt 3200rpm in dc, ho attaccato all asse del motore questo motorino dc 12volt, ora vorrei con il mio plc siemens 222 e il suo modulo em235 per la tensione applicare il segnale 0-10volt del motorino dc come se fosse una tachimetrica.

in pratica simulare un controllo ma con il plc.

quindi faccio un esempio ho un ingresso nel modulo di 0-8volt quando il motorino attaccato all albero motore compie es. 0-2000rpm

in uscita del modulo del plc dovrei manipolare un segnale 0-10volt che entra nell inverter per il riferimento di velocita del motore.

Tutto questo per svolgere la seguente funzione: scrivo dal pannellino una velocita tipo 5volt =25hz = x rpm e il motore si porta a quella velocita, non appena tendo di frenare il motore, e quindi la velocita scende, il motorino dc genera una tensione minore , e devo fare in modo da poter sfruttare questa variazione per aumentare i 5volt in uscita dal modulo verso il rif inverter. in questo modo la velocita sara costante e precisa e invariabile col carico del motore.

Tutti potrebbero dire, basta mettere un inverter retroazionato con encoder, resolver ecc ma a me serve per fare scuola ed esperienza. e propio perche non ho esperienza su i controlli chiedo se è fattibile quello che ho scritto. io intanto ci provo, sicuramente avro bisogno dei vostri consigli per realizzare tutto..

[ASMO]

Asmo, mi sa che la tua data di nascita non è proprio recentissima

Beh no infatti, Tu hai la stessa età della mia mamma, (che mamma giovane eh ? ) ed io sono un settembre 1965

Ciao

Modificato: 17 ottobre 2009 da ASMO

[roberto8303]

ho effettuato delle prove e rilevato alcuni valori:

1 volt del motorino dc corrisponde a 15,3 hz del motore 4 poli

2 volt del motorino dc = 30,4hz

1 volt del motorino nell ingresso +A -A del modulo em235 = nella tabella di stato IQW0 = da 2600 a 3370!! è strano perche nel tester la tensione è di 1,00volt e 1,01volt...ho provato a leggere l ingresso IQW0 ogni 100ms richiamando l interrupt a tempo ma c è sempre tale variazione...ho provato anche a filtrare gli ingressi analogici, cambia di poco.

comunque ho provato a frenare il motore è la tensione scende a 0,7volt...quindi cè una variazione significativa per cui io posso fare in questo modo:

stabilire un rapporto tra valore scritto di riferimento e valore letto dalla tachimetrica. tale valore a vuoto vale per esempio 10 e deve per far in modo che la velocita del motore effettiva e quella comandata sia uguale restare 10. se è di piu il rapporto faccio un esempio velocita impostata 100 valore letto 10 , il rapporto giusto deve essere 100/10 = 10 se freno l albero e il valore scritto è sempre 100 e la velocita letta dalla tacho è 8 quindi 100/8 =12,5 quindi penso di fare cosi tolgo 12,5 -10 =2,5 questo è l errore, lo moltlipico per il guadagno che devo stabilire di quanto essere , il risultato che viene fuori lo aggiungo o sottraggo ad AQW0 cioe al riferimento scritto che era 100. posso fare cosi?

[Livio Orsini]

Roberto, se hai letto il mio tutorial, questo tipo di controllo è spiegato passo per passo, prima in analogico, poi in digitale.

Che il programma sia scritto in pseudo "C" ha poca importanza. Se leggi con attenzione le istruzioni della funzione dovresti avere la traccia pronta per scrivere in AWL del 200.

Attenzione: la funzione richiamala con un interrupt da timer di sistema a 10 ms.

[Livio Orsini]

(che mamma giovane eh ? )

Effettivamente si. Che vuoi, la nostra è stata forse l'ultima generazione che si l'è sbrigata velocemente .

Tu sei solo leggermente "più vecchio" della mia promogenita.

Adesso m'inginocchio sui ceci (cotti ) causa OT

Modificato: 18 ottobre 2009 da Livio Orsini

[roberto8303]

Allora, spiego un attimo cosa ho combinato...

Nel interrpt a tempo ogni 10ms

Ho calcolato il rapporto tra il valore scritto in AQW0 con il pannello ed il valore di consegna della tachimetrica in IQW0 Esempio VW10/VW20 = VW30 15000/6000= 2,5 questo è l errore che è sempre lo stesso per tutta la gamma di velocita in quanto la velocita del motore e della tachimetrica hanno velocita angolare uguale.

moltiplico questo rapporto per un guadagno di valore 1000 punti, piu il motore scende di giri e piu il rapporto è alto e il quale moltiplicato per il guadagno 1000.

il risultato lo metto in VW40

Scelgo a che valore devo far intervenire la correzione, quindi se VW30 è > di 2 (vuol dire che il rapporto è piu alto perche il motore è stato frenato) allora sommo VW40 al valore scritto nel pannello VW10 cioe il valore di uscita AQW0 ed il motore riceve un riferimento di frequenza aumentato di circa 5 hz per accelerare. se Vw30 è <= di 2 allora rimane con Vw10 in AQW0.

Il sistema si comporta cosi:

Porto il motore a velocita con la frequenza dell inverter a 25hz, acc e dec nell inverter 0,5secondi. metto una fascia sulla ruota del motore e tendo a frenarlo, ad un certo punto che freno sento abbassarsi un po la velocita,e nel pc vedo che si avvera il confronto del rapporto maggiore di 2,e la frequenza si porta 30 -31 hz il motore cerca di recuperare i giri che io ho tentato di abbassare. come lascio la presa esco dal confronto e il motore lavora a 25hz di nuovo.

vorrei pero correggere questo difetto, cioe quando freno il motore si alza il rapporto perche nella divisione del valore ingresso e quello di consegna il valore di consegna dimuisce (tachimetrica) come posso fare pero per avere un rapporto piu grande ?? ora succede che se freno il motore poco o molto non cambia molto la frequenza rimane tra 30 32 hz se lascio va a 25 pero io vorrei che avvertisse di piu la frenata non so se mi spiego...

[Livio Orsini]

Mi sa che hai fatto un bell'UCAS

Tralascio, per il momento tutto il discorso feedforward (che andrebbe affrontato) e concentro il ragionaemnto sulla reazione.

Normalizziamo tutto a 10v; in altri termini il valore di consegna (riferimento di velocità) poniamo sia 10v @ 50hz, la tachimetrica dia 10 V a 3000 rpm (se non è così poi ti puoi riscalare il tutto). Sempre per comodità rapportimao i 10 v di f.s. con 32000 punti dell'A/D del 200.

Mettiamo che si voglia mantenere la velocità a 25Hz ==> 5V ==> 16.000 punti dell'A/D.

Campioni l'ingresso di tachimetrica e sottroi il valore dai 16.000 punti di riferimento. Il risultato è il tuo errore.

Questo lo moltiplichi per K_p ed avrai la quantitò di correzione proporzionale. Lo moltiplichi anche per K_i ed il risultato lo sommi al contenuto della memoria d'integrale, hai la correzioen integrale che sommerai al quella proporzionale, il tutto lo metti come riferimento per l'inverter (ovviamente con conversione D/A).

Questo in sintesi è il regolatore PI. Perchè diventi operativo ci va aggiunto il controllo sui limiti ed anche il feedforward, ma per questo ti ripeto di legerti bene quello che ho già scritto.

Gli under-overshoot che hai notato sono connaturati al sistema. Li puoi minimizzare, ma non eliminare; almeno se vuoi un sistema pronto. Se vai con fattori di smorzamento elevati, diciamo dallo 1 in su non sovra e sotto elongazione, ma la risponsta diventa....bisettimanale. Però puoi cercare di ottimizzare il sistema per renderli quaqsi inavvertibili.

Come?

Tieni presente che il guadagno proporzionale compensa l'errore istantaneo, quindi più spingi il guadagno proprozionale più il sistema è pronto. Attento, però, oltre uncerto limite diventa instabile tutto il sistema.

L'integrale introduce sempre un ritardo, è un passa basso. Devi cercare di tenerlo più veloce possibile, cioè K_i elevato.

Poi ci sarebbe da mettere un bell'anticipo sulla reazione, serve proprio per minimizzare i fenomeni dovuti alle prese di carico; in altri termini estrai la derivata dalla misura della tachimetrica e la sommi alla correzione, detto così è molto semplificato ma, come al solito, se ti studi le funzioni che ho scritto vedrai comne si deve fare.

[roberto8303]

Mi sa che hai fatto un bell'UCAS

Se vai con fattori di smorzamento elevati, diciamo dallo 1 in su non sovra e sotto elongazione, ma la risponsta diventa....bisettimanale

certo capisco!

Allora non devo calcolare nessun rapporto cioe divisione tra il valore di riferimento e il valore della tachimetrica.

ho pensato di fare cosi perche la mia non è propio una tachimetrica, è un motorino dc e a 25hz del motore, essa fornisce appena 2 volt...quindi dovrei modificare questo valore?? moltiplicarlo a x per avere a 50hz 10volt? quindi 32000 punti in IWQ0? cosi posso sottrare il valore tachimetrica modificato all valore di riferimento per sapere il mio errore. giusto? purtroppo ho il difetto che capisco bene solo se applico cio che studio...

[Livio Orsini]

No. Io ho posto 10V per comodità. Se hai 4v a 50Hz fa lo stesso. Basta che riferimento e reazione siano congrui.

Sarebbe meglio generare subito un bel feedforward facendo, p.e., 10v a 50Hz ciè 0,2v/hz. BUtti fuori il riferimento poi a questo sommi la correzione. Prima di sommare la correzione puoi mettere, per esempio, un fattore di riduzione 10, in altri termini la correzione al massimo puo pesare per 1V, cioè il 10% dell'intero riferimento. Dovresti avere notevoli miglioramenti.

Preparati comunque a parecchio lavoro di sperimentazione, prove e variazioni. L'esoperienza bisogna farsela

Modificato: 19 ottobre 2009 da Livio Orsini

[roberto8303]

Ci provero!! Senti Livio una domanda banalissima, cosa succederebe se cambio il tempo di 10ms? il sistema controlla con ritardo? avviene un controllo piu dolce?oppure dipende dalla cpu in questione? se io avessi una cpu piu potente posso diminuire il tempo dei 10ms??

[Livio Orsini]

Così ad occhio, visto il tipo di azionamento, il tempo di campionamento ideale è tra 10ms e 20ms. Se vai troppo veloce serve a niente: il controllo comanda ma il servop non reagisce. Se vai troppo lento il sistema è lento a rispondere e gli errori aumentano

[roberto8303]

Così ad occhio, visto il tipo di azionamento

devo imparare pure io cosi ad occhio !!!

volevo ordinare il libro che mi hai consigliato cosi inizio seriamente...non vorrei comprare qualcosa per un altra...puoi indicarmi quale ordinare?

è questo?

http://www.unilibro.it/find_buy/Scheda/lib...ndustriale_.htm

oppure qui?

http://www.hoepli.it/cercato.asp pero l editore è Bellini Armando... quale mi consigli dei due? mi serve uno che fa riferimento anche alle regole di elettronica visto che ne sono un po a digiuno

[Livio Orsini]

Il primo link, quello della Levrotto & Bella editrice, è quello che ho io, risale a oltre 45 anni fa ma penso che sia stato aggiornato; però i fondamentali della regolazione non sono mutati, è mutata soilo la tecnologia disponibile.

devo imparare pure io cosi ad occhio

Roberto, purtroppo è un a questione legata alla carta d'identità

[roberto8303]

ok ricevuto

purtroppo è un a questione legata alla carta d'identità

carta d identita, preparazione, esperienza, passione!! per ora io ho solo un po di passione e presunzione nel dire di voler capire ad occhio il problema come te !!! conosco bene l oceano che ne passa tra l occhio mio e il tuo!!!

[roberto8303]

buongiorno Livio, ho ripreso il lavoro sospeso, devo chiederti due cose

Questo lo moltiplichi per Kp ed avrai la quantitò di correzione proporzionale. Lo moltiplichi anche per chi ed il risultato lo sommi al contenuto della memoria d'integrale, hai la correzioen integrale che sommerai al quella proporzionale

chi e kp sono due costanti? cioe numeri scelti per ''manipolare l errore''?

Come posso sapere quanto deve essere kp?

Moltiplicare l errore campionato ogni 10ms anche per chi serve per caso a stabilire la risposta piu o meno nervosa del sistema? posso iniziare quindi a moltiplicare per quanto?

[roberto8303]

ho iniziato cosi

Rif tacho= Vw10

Rif velocita= Vw20

Errore = VW30= VW20-VW10

il mio dubbio ora è questo

10volt =50hz = 32000

dalla tacho leggo con i valori sopra descritti 3,88volt

ora potrei scegliere due strade per calcolarmi l errore.

1- 3,88volt sono 12416 punti letti e posso moltiplicarli per una costante cioe 2,57 in modo da avere il riferimento tacho a 50hz di 32000punti.

2- resto 3,88 volt quindi 12416 punti, ma facendo la differenza per calcolare l errore ho paura che mi esca fuori un errore troppo grande!

[roberto8303]

ecco la risposta

Sarebbe meglio generare subito un bel feedforward facendo, p.e., 10v a 50Hz ciè 0,2v/hz. BUtti fuori il riferimento poi a questo sommi la correzione. Prima di sommare la correzione puoi mettere, per esempio, un fattore di riduzione 10