Analog motorlab
Et helt analogt servosystem bygget av operasjonsforsterkere: hastighetsmåler, PI-regulator, posisjonsmåler og posisjonsregulator.
- Kretsanalyse
- Regulering
- Lab
Frekvensrespons og regulering
Målepunktene er fra rapporten. Bytt mellom de to måleseriene og legg på en enkel lavpassmodell, eller prøv hastighetsregulatoren med og uten integralledd.
- Frekvens [Hz]
- Før pekeren over plottet for å lese av verdier ved en bestemt frekvens.
Mål
Bygge et analogt servosystem og forstå hvordan delsystemene fungerer, både hver for seg og sammen.
Løsning
Differensialforsterker og instrumenteringsforsterker skalerer tachometersignalet til regulatorens område på ±10 V. Hastighetsregulatoren er en PI-regulator. Posisjonsmåleren skalerer potensiometersignalet til 1–5 V, og posisjonsregulatoren gir en hastighetsreferanse til hastighetsløyfen.
Resultat
Systemet fulgte referansene i hovedsak som forventet. Uten integralledd ble det et stasjonært avvik på ca. 2 V, som integratoren fjernet. Instrumenteringsforsterkeren var robust mot motorkortets utgangsimpedans, mens differensialforsterkeren ikke var det. Frekvensanalysen viste lavpassoppførsel med knekkfrekvens rundt 5 Hz.
Det jeg tok med meg
- Impedans betyr noe: instrumenteringsforsterkerens høye inngangsimpedans gjør den mer robust enn differensialforsterkeren.
- Integralleddet fjerner stasjonært avvik og lar systemet tåle lastendring.
- Wrap-around: potensiometeret hopper fra den ene enden til den andre, og motoren kan snurre en hel runde.
- Små monteringsfeil og komponentavvik kan påvirke store analoge kretser.
Kaskaderegulering
Referanse θd
Ønsket vinkel, satt med et potmeter. En zenerdiode holder referansespenningen stabil.
Posisjonsregulator
P-regulator: gjør posisjonsfeilen om til en hastighetsreferanse.
Hastighetsregulator
PI-regulator (Kp ≈ 4,0, Ti ≈ 13,5 ms) som styrer motorpådraget.
Servomotor
Maxon-motor på motorkort. Gir målinger av både hastighet og posisjon.
Posisjonsmåler
Inverterende buffer og forskyvningsforsterker som skalerer vinkelen til 1–5 V.
Hastighetsmåler
Instrumenteringsforsterker som skalerer tachometersignalet til ±10 V.
Tachometer og potensiometer
Gir hastighet og vinkel fra motorkortet.
Hold pekeren over, eller trykk på, en boks for å se hva den gjør.