Milan Pavlović

Upravljanje step motorom

Predmet: Senzorski sistemi

Pojam upravljanja Pojam upravljanja, kao i pojam sistema, koristi se u

svim oblastima ljudske delatnosti.

Ekonomija, tehnika, HR.

Upravljanje čime?

Upravljanje objektima – na razne načine.

Kojim objektima?

Kako? Koje veličine možemo koristiti?

Upravljanje sistemima?

Šta je sistem?

Sistem Sistem u najopštijem slučaju predstavlja izdvojenu

celinu koja je sastavljena od skupa objekata(elemenata), njihovih utvrđenih svojstava i skupa relacija koje povezuju te objekte.

Sistem je skup međusobno zavisnih elemenata obrazovan radi postizanja određenog cilja posredstvom izvršavanja određenih funkcija.

Sistem je izdvojeni deo prostora kod koga postoji određena povezanost sa ostalim delom prostora.

Granice sistema su relativne, ali pri proučavanju nekogsistema one moraju biti precizno definisane.

Okolina deluje na sistem (na granice sistema), a sistem reaguje na dejstvo okoline.

Sistem Sistem je fizički ako i samo ako je deo fizičkog prostora

(avion, brod, parni kotao, rudarska mašina, ...).

Sistem je apstraktan ako i samo ako je deo apstraktnog prostora (skup diferencijalnih jednačina koje opisuju kretanje aviona, rakete, ...).

Organizovani fizički sistem predstavlja skup podsistema (elemenata, uređaja, organa, delova) međusobno povezanih u funkcionalnu celinu s ciljem da se ostvari određeni zadatak (kretanje, rad, proces) a na osnovu razmene materije i/ili energije i/ili informacija između podsistema u okviru sistema i između sistema i okoline.

Sistem Po svojoj prirodi sistem može da bude:

biološki (čovek, plantaža, ribnjak),

ekonomski (banka, privredna organizacija, trgovinsko preduzeće),

društveni (porodica, sportsko društvo, studenti),

tehnički (rudarska, poljoprivredna, alatna mašina, avion, raketa, automobil, turbina) ili

kombinovani.

Dijagram sistema (vreme)

SistemUlaz u(t) Izlaz y(t)

Veličina koja bitno utiče na rad sistema a nastala je van njegaje njegova ulazna veličina.

Veličina čija vrednost i čije promene vrednosti predstavljajurezultat rada sistema je izlazna veličina sistema

Dijagram sistema

SistemUlaz Xu Izlaz Xi

Sistem

Xu1

Xu2

Xu3

Xi1

Xi2

Xi3

𝑝𝑟𝑒𝑛𝑜𝑠𝑛𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑘𝑐𝑖𝑗𝑎 =𝐿𝑎𝑝𝑙𝑎𝑠𝑜𝑣𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑗𝑎 𝑖𝑧𝑙𝑎𝑧𝑎

𝐿𝑎𝑝𝑙𝑎𝑠𝑜𝑣𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑗𝑎 𝑢𝑙𝑎𝑧𝑎

Osnovne sprege sistema - redno Sistemi C1 i C2 su redno spregnuti u sistem C, ako i samo ako je:

ulaz Xu celog sistema C ujedno i ulaz Xu1 sistema C1,

izlaz Xi1 sistema C1 je istovremeno ulaz Xu2 sistema C2,

izlaz Xi2 sistema C2 ujedno izlaz Xi celog sistema C,

sistem C2 ne deluje na sistem C1.

Sistem C je redna sprega sistema C1 i C2, a oni su podsistemi sistema C.

Osnovne sprege sistema - paralelno Sistemi C1 i C2 su paralelno spregnuti u sistem C, ako i samo ako

je:

ulaz Xu celog sistema C istovremeno i ulaz Xu1 sistema C1 i ulazXu2 sistema C2,

izlaz Xi celog sistema je algebarski zbir izlaza Xi1 sistema C1 i izlaza Xi2 sistema C2,

sistemi C1 i C2 ne

deluju jedan na drugi.

sistem C je paralelna

sprega sistema C1 i

C2, koji predstavljaju

podsisteme sistema C.

Osnovne sprege sistema – povratna sprega

Sistemi C1 i C2 su povratno spregnuti u sistem C, ako i samo ako je:

ulaz Xu1 sistema C1 algebarski zbir ulaza Xu celog sistema C i izlaza Xi2 sistema C2,

izlaz Xi1 sistema C1 je istovremeno izlaz Xi celog sistema C i ulaz Xu2 sistema C2.

sistem C je sistem sa povratnom spregom, a sistemi C1 i C2 su njegovipodsistemi.

Upravljanje sistemima - objekat Objekat je sistem od koga se zahteva da:

u propisanim (nominalnim) radnim uslovima ostvari propisano (željeno, zadato) dinamičko ponašanje,

u proizvoljnim radnim uslovima ima dinamičko ponašanje koje može da odstupi od njegovog željenog dinamičkog ponašanja najviše u dozvoljenim granicama.

Željeno dinamičko ponašanje objekta u nekom trenutku t, je definisano željenom vrednošću vektora izlaza Xž(t) u tom trenutku.

Upravljanje sistemima - objekat Tehnički objekti su projektovani za određene,

nominalne uslove rada.

Stvarni uslovi rada objekta često su različiti od nominalnih.

Usled toga se i stvarno ponašanje objekta razlikuje od njegovog željenog dinamičkog ponašanja.

Objekat sam od sebe ne može da ostvari željeno dinamičko ponašanje Xž.

To je moguće jedino ako na njega deluje ulaz koji se naziva upravljanje.

Upravljanje sistemima - poremećaj Ulazna veličina objekta koja nastaje i menja se

nezavisno od njegovog željenog dinamičkog ponašanja je njegova poremećajna veličina (Z).

Poremećajne veličine objekta se formiraju nezavisno od njegovog željenog dinamičkog ponašanja,

One su ”neželjene” ulazne veličine objekta.

Intenziteti, vreme nastanka, trajanje delovanja tih veličina, kao i njihove promene tokom vremena su unapred nepredvidive.

Upravljanje sistemima - upravljanje Ulazna veličina objekta koja se stvara na osnovu njegovog

željenog dinamičkog ponašanja Xž, da bi svojim dejstvom na taj objekt obezbedila njegovo željeno dinamičko ponašanje u nominalnom radnom režimu, odnosno njegovozadovoljavajuže dinamičko ponašanje u proizvoljnim radnim uslovima, je njegova upravljačka veličina (U).

Objekat na koji deluje upravljanje (čije se dinamičko ponašanje upravlja) je upravljani objekat, a njegov izlaz je upravljani izlaz.

Deo objekta u kome se ostvaruje njegovo dinamičko ponašanje za koje je taj objekat napravljen je njegov radni (procesni) deo, a njegov deo koji prima dejstvo upravljanja i prenosi ga na radni deo je upravljački (organ) deo objekta.

Upravljanje sistemima - upravljanje Sistem čija je izlazna veličina upravljanje za dati objekat je

upravljački sistem za dati objekat.

Ulazne veličine upravljačkog sistema nose informacije neophodne za formiranje upravljanja.

Željeno dinamičko ponašanje objekta opisano vektorom Xž je uvek jedan od ulaza upravljačkog sistema.

Proces upravljanja se ostvaruje dejstvom upravljanja na objekat, onda se na osnovu definicije upravljanja zaključuje da je za stvaranje upravljanja neophodna informacija o željenom dinamičkom ponašanju tog objekta.

Upravljanje može da se formira i korišćenjem dodatnihinformacija, npr. merenjem poremećaja.

Upravljanje sistemima - sistem upravljanja -

Sistem koji se sastoji iz objekta i upravljačkog sistema za taj objekt, koje povezuje upravljanje je sistem upravljanja.

Kako radi sistem upravljanja?

US

SU

Upravljanje sistemima Upravljanje sistemima – takva organizacija procesa

koja obezbeđuje postizanje određenih ciljeva.

Upravljanje je ručno ako je upravljački sistem samočovek. Tada je sistem upravljanja sistem ručnogupravljanja.

Upravljanje je poluautomatsko ako je upravljački sistem sastavljen od čoveka i uređaja. Tada je sistem upravljanja sistem poluautomatskog upravljanja.

Upravljanje je automatsko ako je upravljački sistem samo uređaj ili skup samo uređaja, bez neposrednog učešća čoveka. Tada je sistem upravljanja sistemautomatskog upravljanja.

Upravljanje sistemima

Početak u oblasti automatskog upravljanja –Vatov centrifugalni regulator za regulaciju brzine parne mašine (James Watt – 18. vek).

Sastoji se od dve kugle na jednoj vertikalnoj osovini koju pokreće parna mašina preko zupčanika.

Njegov rad se zasniva na centrifugalnoj sili.

Kada je mašina manje opterećena, kugle se brže vrte i veća centrifugalna sila ih podigne, pa se preko poluga pomalo zatvara dovod vodene pare.

Kada je mašina više opterećena, kugle će se sporije vrtiti i spuštati zbog centrifugalne sile, pa će preko poluga otvoriti veći dovod pare.

Na taj se način automatskireguliše dovod vodene pare u parni cilindar, a time i snaga mašine.

Upravljanje sistemima - osnovni elementi -

Senzor (davač, detektor);

Komparator;

Međuelement (pojačavač,...);

Kontroler?

Izvršni organ (aktuator).

Čovek - sistem?

Princip upravljanja u otvorenom kolu Otvoreni sistem AU.

Princip upravljanja po poremećajima.

Upravljački sistemi koristi samo informaciju o željenom izlazu objekta.

Koristi se uzrok greške, tj. sam poremećaj na osnovu čijeg merenja se formira upravljačka promenljiva.

Mašina za sušenje veša

Tajmer PrekidačiBubanj,

motor, grejači

Željena

vlaga

Trenutna

vlaga

Programator,iskustvo

Objekat

Princip upravljanja u zatvorenom kolu Princip upravljanja na osnovu informacija o rezultatima

upravljanja.

Princip upravljanja sa povratnom spregom, princip upravljanja po grešci.

Upravljačka promenljiva se formira na osnovu informacija o odstupanju trenutne (stvarne) od željene vrednosti.

Automobil (poremećaj?, promena stvarne brzine?)

Mašina za sušenje veša (poremećaj?, promena trenutne vlage?)

Kombinovani princip Upravljačko dejstvo se formira na bazi kombinacije principa

upravljanja po poremećajima i principa upravljanja po grešci – otvorenog i zatvorenog kola.

Upravljanje step motorom Step motor (koračni motor)

Postoje više podela, na osnovu broja faza, konstrukcionog izvođenja itd.

Kod oba tipa motora jedan dovedeni impuls uzrokuje ugaono pomeranje za jedan korak čija veličina u stepenima zavisi od vrste primenjenog step motora.

Upravljanje motorom se vrši direktno računarom, mikrokontrolerom, ili programibilnim logičkim kontrolerom.

Zbog svoje konstrukcije bez četkica, koračni motori su pouzdani, izdržljivi, i ne zahtevaju nikakvo održavanje.

Ova vrsta motora obezbeđuje precizno pozicioniranje.

Koriste se o kod preciznih mašina, robota, medicinske opreme, štampača i plotera i starijih modeli računarskih diskova.

Primer upravljanja motora hard diska Upravljanje bez povratne sprege - gde se upravljački impulsi

direktno dovode na motor, ali nemamo povratnu informaciju o tome da li sam motor prati sekvencu kojom se pobuđuje.

Upravljanje sa povratnom spregom – sekvenca impulsa kojom se pobuđuje motor su direktno prati obrtanje motora. HDD motori starije generacije koriste Hall senzore za dobijanje te povratne informacije, a noviji koriste kontraelektromotornu silu. Mana primene kontraelektromotorne sile je to što je pri svakom pokretanju motora prvo potrebno dovesti neku sekvencu impulsa da bi se motor zavrteo do brzine pri kojoj je vrednost kontraelektromotorne sile dovoljno velika.

Primer upravljanja motora hard diska

Primer upravljanja motora hard diska

Upravljanje bez povratne sprege Motor nastoji da prati sekevencu promene stanja.

Ako je frekvenca promene stanja velika, motor neće moći da je prati i prestaće sa radom.

Ako na motor deluje opterećenje, a on nema dovoljni obrtni moment da savlada opterećenje, motor prestaje sa radom.

Ako bismo usporili motor rukom, onda bi on potpuno stao jer motor ne bi mogao da isprati brzinu kojom se napon dovodi na namotaje.

Pogodan je režim samo kada je potrebna niža brzina obrtanja motora.

Promena broja obrtaja motora se vrši pomoću generatora pravougaonih impulsa, gde se uz pomoć potenciometra menja frekvencija, a ta frekvencija odgovara brzini kojom se menjaju signali na upravljačkim ulazima tranzistora.

Upravljanje sa povratnom spregom Za realizaciju povratne sprege na osnovu

kontraelektromotorne sile, potrebno je koristiti komparatore napona.

Kada vrednost kontraelektromotorne sile dovoljno poraste, komparator menja stanje i na osnovu tog signala mikrokontroler vrši promenu signala na upravljačkim ulazima.

U ovom slučaju su nam potrebna tri ovakva komparatora (imamo tri izvoda sa motora), gde se izlazi komparatora vezuju na multiplekser koji će mikrokontroleru da prosledi signal sa željenog komparatora.

Ukoliko se motor optereti rukom, motor će gubiti na obrtajima, ali će po prestanku delovanja opterećenja, on opet ubrzati do određenog broja obrtaja.

Zašto SAU? Šta može mašina a ne može čovek?

Šta treba mašina da radi a ne čovek?

U kom okruženju može da radi mašina, a ne sme čovek?

U kojim uslovima može da radi mašina, a ne sme čovek?

Tačnost datih informacija, podataka?

Tačnost izvršenih radnji?

Bezbednost?

Efikasnost?

...

Hvala na pažnji!