Transcript Mágneses lebegtetés: érzékelés és irányítás
Mágneses lebegtetés: érzékelés és irányítás
Fábián Zalán Márk Neukirchner Péter Talabér Gábor László konzulens: Kiss Bálint, Dr.
Tartalomjegyzék
• • • • • • • • • A feladat Felvetődő problémák Elméleti háttér Méretezés Érzékelés Szabályozás Összefoglaló Tanulságok Kitekintés
A feladat
• • Mágneses lebegtetés Ismert probléma • Alkalmazások • Célkitűzés: egyensúlyi helyzet stabilizálása • Alfeladatok: méretezés, érzékelés, szabályozás, beavatkozás
Felvetődő problémák
• Erőhatás mágnesek között • Helyzet érzékelése • Egyensúlyi távolság • Szabályozás megvalósítása • Szabályozás algoritmusa
Két tekercs esetén:
Elméleti háttér
Mágnesre cseréljük az egyik tekercset, figyelembe vesszük a gravitációt:
Elméleti háttér
Az állapotváltozós leírás összeállítása munkaponti linearizálás: k és α ismeretlen paraméterek
Elméleti háttér
Paraméterek meghatározása
a mágnes d távolságban való egyensúlyban tartásához szükséges I tekercsáram
Méretezés
• • Tekercs kiválasztása: nagyobb L, kisebb tekercsáram A laborban rendelkezésre állók közül választottunk, majd méréssel meghatároztuk a paramétereit (R,L,N) Az induktivitás mérése:
•
Méretezés
Mágnes kiválasztása: o kis tömeg o nagy remanens indukció o o geometria ár
az általunk alkalmazott mágnes
N48 neodímium mágnes 10 mm x 5 mm m = 3 g B rmax = 1,4 T • Neodímium mágnesek: o legnagyobb mágneses tér az árkategóriájában o o o forgásszimmetrikus kivitelben is kapható az általunk alkalmazható méretűek tömege ~1-2 g elérhető ár o sérülékeny
Érzékelés
• • • Kell: mágnes és tekercs távolsága Felhasználjuk: B-tér távolság függése Módszer: Hall-szenzoros helyzet érzékelés
Érzékelés
• szenzor kiválasztása SS59ET (SS495A1) • • érzékenység kérdése érzékelt B-tartomány
transzfer karakterisztika (5V tápfeszültség estén)
Érzékelés
• • előzetes mérés kell -> munkapont kiválasztása értékek: LUT-ban
a szenzor feszültsége a mágnestől való távolságának függvényében
a szenzor-mágnes munkaponti távolságát 2,5 cm-re választjuk
Érzékelés
• • Probléma: tekercs tere Munkapont ismeretében korrekció
a szenzor feszültségváltozása az elektromágnes áramának hatására
Szabályozás
• Hardware háttér: dSpace kártya (DS1102) • SW: Matlab-Simulink • LUT-ok implementálása: Simulink o o o (1) tekercs áram - korrekciós feszültség (2) szenzor feszültség - távolság lineáris interpoláció • Szabályozó: állapot visszacsatolás
Szabályozás
• • • • • • A szakasz: o egy negatív valós, ill. egy képzetes póluspár (!) Zárt kör viselkedése o domináns póluspár: tapasztalati úton o gyors pólusok: domináns kb. háromszorosa K számítása Ackermann-formulával Állapotmegfigyelő tervezése Alapjel figyelembevétele Szaturáció, LUT-ok elhelyezése, munkapont figyelembe vétele
Szabályozás
• Egyszerűsített modell a teszteléshez
Összefoglalás
A félév eredményei: • a rendszer térelméleti elemzése • az elméleti számítások gyakorlati ellenőrzése, paraméterek meghatározása • a beavatkozó tekercs méretezése, karaterisztikájának megállapítása • a szenzor kiválasztása, feszültségének távolságfüggésének kimérése • a tekercs tere által okozott mérési hiba meghatározása, kompenzálása • kezdetleges szimuláció összeállítása
Tanulságok
• • • • • • • • előre kell gondolkodni (HW megfontolása) nem mindig térül meg az analitikus módszer pontos méréshez megfelelő eszközök kellenek mérési hibák végiggondolása eredmények reálisak?
kapott eredmény kielégítő-e, ha nem teljesen, érdemes-e változtatni?
adatlap alapos átnézése rendelés előtt időmenedzsment
Folytatás, kitekintés
• • • • • • Beavatkozó elektronika illesztése Szabályozás kijavítása Tesztelés élesben További szabályozási algoritmusok megvalósítása Más érzékelési elv kipróbálása Komplett, demonstrációs célú rendszer elkészítése