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Tauchspulmotor mit kaskadiertem Lageregler implementieren

 

wildwing83
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     Beitrag Verfasst am: 22.03.2017, 07:51     Titel: Tauchspulmotor mit kaskadiertem Lageregler implementieren
  Antworten mit Zitat      
Hallo zusammen, ich bin neu hier im Forum und hoffe auf Eure Unterstützung bei meinem Problem.

Es soll ein elektrodynamischer Linearantrieb (Tauchspulmotor) untersucht werden. Das elektro-mechanische Ersatzschaltbild hänge ich hier mit an (Abbildung 1).

Der Antrieb soll eine Lastmasse innerhalb von 200 ms über eine Distanz von 10 mm hin und her bewegen können, wobei zwischen jeder Bewegung eine Ruhezeit von mindestens 20 ms zur Ausführung eines Prozesses (z.B. Setzen eines Lötpunktes) eingehalten werden muss. Dabei soll die Antriebsposition auch unter Prozesskrafteinfluss Fp(t) in einem Toleranzbereich von +- 50µm gehalten werden.

Es soll eine möglichst einfache Ansteuerung nach Abbildung 2 (siehe Anhang) vorgesehen werden. Die Ansteuerung übermittelt Führungsgrößen an einen analogen P Lageregler (P-Verstärlung Kpx) mit unterlagertem PI Geschwindigkeitsregler (P-Verstärkung Kpv, Integrator Nachstellzeit Tn). Der Geschwindigkeitsregler erzeugt als Stellgröße die Pulse zur Ansteuerung der Transistorbrücke. Die Zwischenkreisspannung soll direkt aus einer einphasigen Netzspannung erzeugt werden.

Hier die Daten des Tauchspulmotors:
Reglerverstärkung im Lageregelkreis: Kpx = ?
Regelverstärkung im Geschwindigkeitsregelkreis: Kpv = ?
Nachstellzeit im Geschwindigkeitsregelkreis: Tn = ?
Masse von SPule, Schlitten und Last: m = 1 kg
Ohm'scher Widerstand der Spule: R = 2Ω
Induktivität der Spule: L = 2 mH
Reibungskraft der Führung: FR = 5 N
Kraftkonstante des Motors: KF = 12 N/A
Spannungskonstante des Motors: KV = 12 (V s)/m
Zwischenkreisspannung: UZ = 300 V
Taktfrequenz der Pulsweitenmodulation: fTAKT = 2 kHz
Reibungskraft der Führung: FR = 1 N
Lastkraft des Prozesses: FP = 5 N
Thermischer Widerstand der ruhenden Spule: Rth = 5 K/W
Positionsauflösung des Wegmesssystems: ∆x = 1 µm

Folgende Fragestellung soll gelöst werden:
1) Implementieren Sie das Modell des Linearmotors mit kaskadiertem Lageregler und Führungsgrößengenerator (Simulink-Modell und Matlab Script-Datei)

2) Stellen Sie die Regelverstärkungen Kpx, Kpx und die Nachstellzeit Tn des Integralanteils so ein, dass der Antrieb der Führungsgröße möglichst dynamisch und überschwingfrei folgt und gleichzeitig eine möglichst kleine Abweichung unter Lastkrafteinfluss zulässt. Achten Sie darauf, dass der Motorstrom I den Wert von maximal 8 A nicht überschreitet. Prüfen Sie, welchen Einfluss eine Vorsteuerung hat.

3)Welche Erwärmung der Wicklung erwarten Sie bei der Reglereinstellung gemäß Punkt 2) und Dauerbetrieb mit dem Lastzyklus gemäß Abbildung 2? (Keine thermische Starrkörpermodellierung erforderlich)


Ich bin hier wirklich am verzweifeln und würde mich sehr über Eure Hilfe/Vorschläge freuen.

Danke und viele Grüße
Markus

Abbildung 2 - Zeitverlauf von Führungsgröße (Sollposition) und Last.jpg
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Abbildung 1 - Elektro-mechanisches Ersatzschaltbild.jpg
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wildwing83
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     Beitrag Verfasst am: 27.03.2017, 06:36     Titel:
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Hallo zusammen,

hat hier niemand einen Tipp oder eine Idee für mich? Sad
Ich komm hier überhaupt nicht weiter und würde mich riesig über Unterstützung/Hilfe freuen.

Danke und eine schöne Woche.

Markus
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wildwing83
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     Beitrag Verfasst am: 04.04.2017, 10:26     Titel:
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Hat hier wirklich niemand eine Idee? Sad
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Epfi
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     Beitrag Verfasst am: 04.04.2017, 16:45     Titel:
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Es wäre etwas einfacher, wenn Du kurz beschreiben könntest, was genau Du schon gemacht hast, wie Du Dein weiteres Vorgehen planst und wo Du aktuell hängst bzw. was Du nicht verstehst.

Im Normalfall freuen sich übrigens auch Dozenten und Übungsleiter sehr, wenn Menschen, die sich Gedanken zu ihren Aufgaben gemacht haben, in ihre Sprechstunden kommen und da Fragen stellen.
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wildwing83
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     Beitrag Verfasst am: 05.04.2017, 07:57     Titel:
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Hallo Epfi,

Ich hänge bereits ganz am Anfang, da ich leider bisher noch nie etwas mit Matlab/Simulink zu tun hatte.
Mir fehlt also der Einstieg wie ich bei dieser Aufgabenstellung am besten beginne und hatte gehofft, dass mir hier jemand weiterhelfen kann.

Generell hast du Recht, allerdings ist das bei einem Fernstudium nicht so einfach mit der Sprechstunde Wink
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Epfi
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     Beitrag Verfasst am: 05.04.2017, 17:08     Titel:
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Und Du bist sicher, dass Du die Aufgabenstellung an sich verstanden hast? Also weißt Du, was die ganzen Sätze und Wörter bedeuten und weißt Du, was das Ziel ist und wie Du das erreichen kannst? Normalerweise ist die Benutzung von Simulink in dem Fall die kleinste Hürde...

Erster Schritt wäre hier, die Modellgleichungen aufzuschreiben. Dafür brauchst Du die Kirchhoff'schen Regeln, die Differenzialgleichungen für Spulen und beschleunigte Massen und dann noch die Gleichungen, die auf dem Ersatzschaltbild angegeben sind. Das passiert alles erst mal auf Papier.
Wenn Du die Gleichungen hast, kannst Du einen Signalflussplan (Blockschaltbild) von Deinem System malen. Auch das würde ich erst mal auf Papier machen.

Wenn Du den Plan hast, kannst Du den in Simulink übertragen. Und dann kommt der interessante Teil ;-)
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wildwing83
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     Beitrag Verfasst am: 06.04.2017, 08:06     Titel:
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Hallo Epfi,

danke für deine Nachricht.

Ich denke schon dass ich es soweit verstanden habe.

Das Blockschaltbild habe ich anhand der unterschiedlichen DGL erstellt (siehe Anhang).

Nun geht es tatsächlich im die Übertragung nach Simulink und da hab ich leider echt keinerlei Erfahrungen.

Gruß
Markus

vollständiges Blockschaltbild des Tauchspulmotors.pdf
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 Dateiname:  vollständiges Blockschaltbild des Tauchspulmotors.pdf
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Epfi
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     Beitrag Verfasst am: 20.04.2017, 18:23     Titel:
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Sorry, Mail ging unter... Simulink: einfach nur noch das Blockschaltbild abmalen? Musst nur die passenden Blöcke in den Bibliotheken rausfinden (Linear und Math Operations (?) sollten reichen) und zusammenklicken...
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