Servokäytön nopeussäädön automaattinen viritys
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2009
Department
Major/Subject
Tehoelektroniikka
Mcode
S-81
Degree programme
Elektroniikan ja sähkötekniikan tutkinto-ohjelma
Language
fi
Pages
77
Series
Abstract
Tässä työssä tutkitaan servokäytön nopeussäädön automaattista viritystä. Työn tavoittee-na on löytää menetelmä, jonka avulla servokäytön nopeussäätäjä voidaan virittää ilman, että käyttäjältä edellytetään säätöteknistä asiantuntemusta. Menetelmän tulee lisäksi olla laskennallisesti kevyt, jotta sitä voidaan soveltaa osana kaupallisen taajuusmuuttajan oh-jelmistoa. Työn teoriaosuudessa käsitellään sähköisen servokäytön ominaisuuksia ja no-peussäädön suhdetta taajuusmuuttajan kaskadisäätöön perustuvaan säätöjärjestelmään. Kirjallisuustutkimuksessa käydään läpi nopeussäädössä käytettyjä säätöteknisiä ratkaisuja ja erilaisten säätöjärjestelmien virittämiseen sopivia menetelmiä. Työssä kehitetään rele-takaisinkytkentään perustuva nopeussäädön identifiointiajo, jonka avulla voidaan tehdä säädettävää prosessia kuvaava ensimmäisen kertaluvun prosessimalli ja muodostaa esti-maatit järjestelmän kriittiselle vahvistukselle ja jaksonajalle. Estimoidun prosessimallin perusteella suoritetaan PI-säätimen viritys Ziegler-Nicholsin kokeellisten virityskaavojen avulla ja mallipohjaisella IMC-säätösuunnittelulla. Työssä kehitetään myös menetelmä nopeussäädön trajektoriseurantaa parantavan kiihtyvyyden kompensoinin automaattiselle viritykselle. Nopeussäädön automaattisen virityksen toimintaa tutkitaan simulointien ja kahdella eri kestomagneettitahtikoneella tehtävien mittausten avulla. PI-säätimen viritys reletakaisinkytkennän ja Ziegler-Nicholsin kokeellisten virityskaavojen avulla tuottaa hyvän säädetyn järjestelmän suorituskyvyn simuloinneissa ja molemmilla servomootto-reilla tehdyillä mittauksilla. IMC-säätösuunnittelu ei tuota hyvää säädetyn järjestelmän suorituskykyä työssä käytetyllä testilaitteistolla. Työssä kehitetty kiihtyvyyden kompen-soinnin automaattinen viritys toimi hyvin toisella mittauslaitteistolla, mutta menetelmä edellyttää vielä jatkotutkimuksia, jotta sitä voitaisiin käyttää yleisesti erilaisten servokäyt-töjen nopeussäädön virittämisessä.This thesis deals with auto-tuning of the speed controller of servo drive. The goal is to find out a method that does not require expertise in control engineering. The method should be computationally efficient so that it can be implemented in the firmware of a commercial frequency converter. The theoretical part of the thesis covers the characteris-tics of typical servo drives, the role of the speed controller in cascade control schemes and different controller types used in speed control. An identification run based on relay feedback is developed for the speed control. The identification run results in a first-order model of the process driven by the speed controller and also gives the estimates of the ultimate gain and cycle time. The PI regulator is then designed using Ziegler-Nichols tuning formulas or Internal Model Control (IMC) method. The accuracy of reference tracking is improved by acceleration compensation, which is also tuned automatically by means of a method developed in this thesis. The validity of automatic tuning is investi-gated using various simulations and experiments. Measurements on two servo motors show that the relay feedback and Ziegler-Nichols tuning formulas give a successful re-sult. The IMC method does not work well in the tested servo drives. The tuning method for the acceleration compensation worked well in one of the servo drives, but it had major difficulties with the other drive. Thus it requires some further development.Description
Supervisor
Luomi, JormaThesis advisor
Lammi, MikkoKeywords
servo drive, speed controller, PI-controller, auto-tune, relay feedback, servokäyttö, nopeussäätö, PI-säädin, automaattinen viritys, reletakaisinkytkentä
