Mikroprocesorowy układ sterowania i odtwarzania predkości mechanizmu napędu z połączeniem sprężystym

(1)

ZESZY TY N AU KO W E PO LITE C H N IK I ŚLĄ SK IEJ Seria: ELEK TRY K A z. 139

1994 N r kol. 1247

Kazimierz GIERLOTKA Tomasz BISKUP

M IKROPRO CESO RO W Y UKŁAD STERO W ANIA I O DTW ARZANIA PRĘDKOŚCI M EC H A N IZM U N A PĘ D U Z POŁĄCZENIEM SPRĘŻYSTYM

Streszczenie. W referacie przedstaw iono układ odtw arzania prędkości m echanizm u za bezinercyjnym połączeniem sprężystym . O pisano m ikroprocesorow y układ sterow ania napędu z połączeniem sprężystym zrealizow any przy w ykorzystaniu 16-bitowego m ikrokontrolera Intel 80C196KC. Podano w yniki w stępnych badań w spółpracy sterow nika m ikroprocesorow ego z działającym w czasie rzeczyw istym m odelem analogow ym napędu z elem entem sprężystym .

M ICR O PR O C ESSO R-BASED CO NTRO L SYSTEM AND LOAD SPEED OBSERV ER OF THE DRIVE W ITH ELASTIC JOINT

Sum m ary. The paper presents a load speed observer o f the elastic tw o-m ass system with inertialess elastic joint. A m icroprocessor-based control system o f the drive w ith elastic jo in t based on 16-bit Intel 80C196K C m icrocontroller is described. There are given results o f the initial tests o f m icroprocessor-based control unit, w hich associated w ith analog m odel o f the drive w ith elastic jo in t operating in the real time.

M IK RO PRO ZESSO RSTEURUN G SSY STEM UND LA STDREH ZAH L

BEO BACHTER EINES ELASTISCHEN ZW EIM ASSENSY STEM S

Zusam m enfassung. Es w urde ein L astdrehzahlbeobachter eines Zw eim assensystem s dargestellt. Das bearbeitende M ikroprozessorsteurungssystem enthällt einen 16-bit Intel 80C196KC M ikrocontroller. Im A rtikel w urden, auch die Forschungsergebnisse der M itarbeit des M ikroprozessorsteurungssystem s m it einem , in real Zeit arbeitendem , A nalogm odel des elastischen Zw eim assensystem , dargestellt.

(2)

1. WPROWADZENIE

Sprężystość połączeń m echanicznych układu napędow ego m oże być przyczyną powstania drgania układu napędow ego, co z kolei w pływ a na pogorszenie przebiegu procesu technolo

gicznego, wzrost naprężeń w elem entach układu mechanicznego, skrócenie żywotności napędu, pogorszenie jeg o niezawodności. N iekorzystny w pływ elastyczności połączeń m echanicznych m ożna w znacznym stopniu ograniczyć przez zastosow anie specjalnych struk

tur układu regulacji napędu i m etod doboru param etrów regulatorów. W publikacjach [1, 2, 5] przedstaw iono układy z dodatkow ym sprzężeniem od m om entu w elem encie sprężystym.

Inną m ożliw ością uzyskania dużego tłum ienia drgań układu je st zastosow anie w układzie regulacji dodatkow ego sprzężenia zw rotnego od prędkości m echanizm u za połączeniem sprężystym [3], Poniew aż zarów no m om ent w elem encie sprężystym (m om ent obciążenia silnika), ja k i prędkość mechanizmu za połączeniem sprężystym są na ogół niedostępne pom iarow o, do ich odtw orzenia stosuje się obserw atory [1,2,3,5,6,7,8], W artykule przedstaw iono układ regulacji napędu z połączeniem sprężystym z dodatkow ym sprzężeniem zw rotnym od prędkości m echanizm u zrealizow anym za pośrednictw em obserwatora.

Założono, że dostępnym i pom iarow o zm iennym i stanu są prędkość silnika i jeg o moment (lub wielkość bezpośrednio go kształtująca, np. prąd w irnika silnika obcow zbudnego).

Technika mikroprocesorow a, coraz szerzej stosow ana w energoelektronice, um ożliw ia rea

lizację złożonych układów regulacji napędów z połączeniam i sprężystym i. W arunkiem jest zastosow anie m ikrokontrolera o dostatecznej mocy obliczeniow ej, um ożliw iającej w ykonanie zadań zw iązanych ze sterow aniem przekształtnika energoelektronicznego, regulacją napędu i odtw arzaniem niedostępnych zm iennych stanu w ograniczonym czasie, w ynikającym z zachow ania w ymaganej częstotliw ości próbkow ania sygnałów. W artykule przedstawiono w yniki wstępnych badań m ikroprocesorow ego układu sterow ania napędu z elem entem sprę

żystym zrealizow anego przy w ykorzystaniu 16-bitowego m ikrokontrolera Intel 80C196KC.

2. UKŁAD STEROWANIA NAPĘDU Z ELEMENTEM SPRĘŻYSTYM

S chem at funkcjonalny układu sterow ania napędow ego z połączeniem sprężystym przedsta

w iono na rys. 1. Silnik obcow zbudny prądu stałego zasilany z przekształtnika tranzystorowego napędza m echanizm o m om encie bezw ładności ^ za pośrednictw em elastycznego wału o w spółczynniku sprężystości c i w spółczynniku tłum ienia w ew nętrznego p. U kład regulacji zaw iera w ew nętrzny obw ód regulacji prądu silnika oraz nadrzędny obw ód regulacji prędkości ze sprzężeniam i od prędkości silnika O j i prędkości m echanizm u O ? Założono, że dostępne

(3)

M ikroprocesorow y układ.. 175

pom iarow o są prędkość silnika O j i prąd silnika /, natom iast prędkość m echanizm u 12? jest odtw arzana w obserw atorze.

R y s.l. Schem at funkcjonalny napędu z połączeniem sprężystym z układem odtw arzaniem prędkości m echanizm u

Fig. 1. Functional diagram o f the drive w ith elastic jo in and w ith load speed observer

2.1. Model układu mechanicznego z bezinercyjnym elementem sprężystym

U kład m echaniczny napędu elektrycznego przedstaw iony na ry s .l m ożna opisać rów naniem stanu w w ielkościach względnych:

x (t) = A x ( t) + B u ( t ) , ( i )

i rów naniem w yjścia:

y ( t ) = C x ( t) , (2)

w których oznaczono:

x ( 0 = [ « t ( 0 <K0 co2 ( t) ] 7 , u(/) == [ « ( 0 m i( 0 ] T y ( 0 = [® i(0 ] , (3)

-1/T«, - 1 /T ml 1/T tl ' 0

A = 1/TC 0 - 1 /T C B = 0 0 c = [i o o ] , (4)

- 1/T„ 1/Tm2 1/T « . 0 - 1 /T m2.

gdzie:

co], a^>2 - w zględne w artości prędkości silnika i prędkości m echanizm u, cp - w zględna w artość kąta skręcenia elem entu sprężystego:

fli „ Q 2 q 2 ( < * i - a 2)c

<P = -

L1n (5)

N N

M fj - prędkość znam ionow a i m om ent znam ionow y silnika, oti, a 2 - przem ieszczenie kątow e początku i końca elem entu sprężystego,

M M

m = --- , = — — - w zględne w artości m om entu elektrom agnetycznego silnika i Mn

m om entu obciążenia napędu.

M echaniczne stałe czasow e silnika Tml i m echanizm u oraz stała czasow a sprężystości Tc i stałe czasow e tłum ienia drgań m echanicznych Ttl > Tt2 określone są zależnościam i:

(4)

T _

-/Av

^T T _ M N T _ J \ T - J 2 ULS

— ’ y»>2 — —77— '» l l \ - — > A2 - — W

M y Afjy C^ N M A

W ielkościam i charakteryzującym i układ sprężysty opisany zależnościam i (1) - (4) są pulsacja drgań w łasnych nietłum ionych Q e i w zględny w spółczynnik tłum ienia drgań Q:

a = .

f i r_L+J_l

r — L .

f-U -M

VT. vil Tm 2

^{, ’}

2QCvT„ Tt2J

⁽⁷⁾

2.2. Odtwarzanie prędkości mechanizmu napędu z bczinercyjnym elementem sprężystym

Rozw ażony zastanie obserw ator zredukow any [5], odtw arzający tylko niedostępne zm ienne stanu układu. W stępnie założono dostępność pom iarow ą m om entu obciążenia mm napędu. D la układu opisanego zależnościam i (1) - (4) obserw ator odtw arzający w ektor niedostępnych zm iennych stanu:

x 2(t)= [< p (t) co2(t)]T (8)

opisany je st wówczas zależnościam i [5j:

x 2( t ) = z ( t ) + L y ( t ) , (9)

ż ( t) = ( A 22 - L A I2) ( z ( t) + Ly(t>) + ( A 21 - L A ,,) y ( t) + ( B 2 - L B ,) u ( t ) , (10) w których A,j i Bj są podm acierzam i m acierzy A i B [5], a L jest m acierzą współczynników obserw atora zredukowanego:

L = [l, 12]T . (11)

N a podstaw ie w yrażeń (8) - (10) otrzym uje się zależności opisujące przebiegi odtw arzanych zm iennych stanu:

< K t) = z 9(t)+ l,c o I( t ) , (12)

<S2( t ) = z . 2 + l 2a > ,( t), (13)

gdzie:

ż T(t ) = ^ ^ t ) + M - + ^ L ( t ) - ( 3 2( t ) ) - ^ m ( t ) , (14)

m l ' Ac A t l ' m l

^ + ^ ] ( c D 1( t ) - a 2( t ) ) + ^ - m ( / ) - - i - m m( / ) . (15)

k t2‘ l i\J ¡m\ l m2

W przypadku gdy m om ent obciążenia układu napędow ego mm nie je st m ierzony (nie jest w prow adzany na w ejście obserw atora), ustalone uchyby odtw orzenia niedostępnych pom iarow o zm iennych stanu w yznaczone z układu rów nań (12)-(15) wynoszą:

-1|TC Tm ,Tt2 + l,Tm 2Tc

2u = T +T

*ml 2 ra2 t

m “ ’ A<Pu = ' T T r T T T T u'

Tt2( I m l+ l 2Tra2J

(,6)

W przypadku braku inform acji o w artości m om entu obciążenia nie je s t m ożliw e uzyskanie zerow ej w artości ustalonego błędu odtw orzenia kąta skręcenia Atpu. A by ustalony błąd odtw orzenia prędkości m echanizm u Ag>2(1 był rów ny zero.należy spełnić warunek:

(5)

M ikroprocesorow y układ. 177

/, = 0 . (17)

" r r G H l Z I

^—

) — ■$— I 7 i

Rys.2. Schem at blokow y układu odtw arzania prędkości m echanizm u napędu z bezinercyjnym połączeniem sprężystym

Fig.2. Block diagram o f the load speed observer o f the drive w ith inertialess elastic joint D la niedostępnego m om entu obciążenia i zerow ej w artości w spółczynnika 1/ na podstaw ie zależności (26) - (29) otrzym uje się przedstaw iony na rys. 2 schem at blokow y układu odtw arzania prędkości m echanizm u.

Dla zespolonych pierw iastków rów nania charakterystycznego m acierzy (A 22 - L A 12) w łaściw ości dynam iczne obserw atora określone są przez pulsację 0 0 oraz w zględny w spółczynnik tłum ienia przebiegów układu które dla l[ = 0 opisane są zależnościam i:

Rys. 3. Zależność param etru a od w spółczynnika I2 układu odtw arzania prędkości m echanizm u

Fig.3. D ependence o f param eter a on coefficient I2 o f load speed observer

n

W ,

1, 1

C o =

1

2 0 v r t. t,

(18) 12 z

i dla l2 = 1 są rów ne pulsacji drgań w łasnych O e i w zględnem u w spółczynnikow i tłum ienia drgań £ układu sprężystego. W raz ze zm ianą w artości w spółczynnika l2 w artości param etrów Q 0 i Co zm ieniają się w identyczny sposób. N a rys. 3 przedstaw iono w pływ w spółczynnika l2 na w artość param etru a określającego w zględną w artość pulsacji Ci0 oraz tłum ienia prze

biegów ę,j układu odtw arzania prędkości m echanizm u odniesioną do odpow iednich w ielkości układu m echanicznego:

(6)

biegów Qj układu odtw arzania prędkości m echanizm u odniesioną do odpow iednich wielkości układu m echanicznego:

a = Q o = Ś o = l h J 2 + J l

(19)

« , C ] J 2 + Ą

Z zależności (18) i (19) oraz w ykresu przedstaw ionego na rys. 3 m ożna dobrać wartość w spółczynnika l2 zapew niającą uzyskanie w ym aganych w łaściwości dynam icznych układu odtw arzania prędkości mechanizm u.

3. WYNIKI WSTĘPNYCH BADAŃ MIKROPROCESOROWEGO UKŁADU STEROWANIA NAPĘDU Z POŁĄCZENIEM SPRĘŻYSTYM

W zakładzie napędu elektrycznego i energoelektroniki Instytutu Elektrotechniki Teoretycznej i Przem ysłow ej Politechniki Śląskiej w ykonano stanow isko laboratoryjne do badania układów z połączeniem sprężystym . O gólny schem at układu laboratoryjnego jest identyczny z zam ieszczonym na rys. 1. Elem entem sprężystym je st cienki stalow y wałek o średnicy 8,3 m m i długości 550 m m łączący prądnicę obciążającą z silnikiem obcow zbudnym zasilanym z przekształtnika tranzystorow ego. W celu pogorszenia w arunków tłum ienia drgań układu na w spólnym w ale z silnikiem zam ocow ano dodatkow ą tarczę zw iększającą jego m om ent bezw ładności. Podstaw ow e param etry układu laboratoryjnego są następujące:

- m oc znam ionow a silnika P ^ 2,2 kW

- prędkość znam ionow a silnika nN 1500 obr/m in

- prąd znam ionow y silnika IN 11 A

- napięcie znam ionow e silnika U N 220 V

- m om ent bezw ładności silnika z tarczą Jj 0,1125 k g m ^ - m om ent bezw ładności prądnicy obciążającej J2 0,0125 k g m ^ - w spółczynnik sprężystości elem . sprężystego c 43 N m /ra d - w spółczynnik tłum ienia elem . sprężystego p 0,25 N -m s/rad

Stanow isko w yposażono w m ikroprocesorow y układ sterow ania, w którym wykorzystano 16-bitowy m ikrokontroler Intel 80C196K C taktow any zegarem o częstotliw ości 16 MHz.

(7)

M ikroprocesorow y układ. 179 i û> û)

i n

UKLAD DOPAS.

SYG. ANALOG.

EEPROM poj 128B

HSO przet

jj K

1-0 A/C

INTEL

80C196KC HSO

5-3 HSI

UKŁAD DOPASON SYG STER TRANZYST IGBT

T1 T2 T3 T4

PAMIEĆ EPROM 2x27C256 poj. 64kB

PAMIEĆ RAM 2x6116 poJ . 4kB

MAGISTRALA ADRESONA^ DANYCH I SYGNALÔN STERUJĄCYCH %

BUFOR 3-STANOWY 74LS244

i Z

ZATRZASK 74LS373

I Ł

-—O O—

k 1auisze

r

OD CD CO

- > F -

^ sespół LED-óu

BUFORY 3-STANOWE

74LS244

— ---

ZNAKI MIERZONYCH WIELKOŚCI ANALOGOWYCH

ZESPÓL WYŚWIETLACZY

Rys.4. Schem at blokow y sterow nika m ikroprocesorow ego Fig.4. Błock diagram o f the m icroprocessor unit

O gólna struktura sterow nika została przedstaw iona na rys.4. 16-bitowe m agistrale adresow a i danych łączą poszczególne elem enty układu z m ikrokontrolerem . D ostępna pam ięć została podzielona na pamięć program u (58 kB ) oraz danych (4 kB), a pozostałe adresy przypisano urządzeniom wejścia/wyjścia. Sterow nik m ikroprocesorow y realizuje następujące funkcje:

- przetw arzania w ielkości analogow ych (prędkości coI i » ¿ o r a z prądu silnika), - odtw arzania prędkości m echanizm u za połączeniem sprężystym ,

- regulacji prędkości i prądu układu napędow ego,

- sterow ania przekształtnika tranzystorow ego (m odulacja szerokości im pulsów przy stałej częstotliw ości im pulsow ania fj= 2 kHz).

G łów na pętla program ow a, w której w ykonywane są trzy pierw sze z w ym ienionych powyżej zadań, je s t realizow ana co 512 (ts.

Przełączanie tranzystorów przekształtnika je st realizow ane za pom ocą układu szybkich w yjść (H SO -unit) m ikrokontrolera z dokładnością do 1 p.s. T ranzystory są zabezpieczone program ow o przed zbyt krótkim i im pulsami przełączającym i i zw arciam i skrośnym i.

U żytkow nik m a m ożliw ość komunikacji ze sterow nikiem za pom ocą klaw iatury, zespołu w yśw ietlaczy i diod LED. Poza podstaw ow ą inform acją o prędkości zadanej można

(8)

w yświetlić wartości prądu silnika, rzeczyw istych prędkości silnika co/ i m echanizm u ću?oraz odtw orzonej w obserw atorze prędkości m echanizm u a 2. W ybrane param etry układu regulacji, takie ja k w zm ocnienie i stała czasow a regulatora prędkości oraz w zm ocnienie w torze sprzężenia od prędkości m echanizm u, są zapisywane w pamięci EEPRO M . Umożliwia to łatw ą zmianę ich w artości oraz badanie w pływ u zm iany tych param etrów na właściwości dynam iczne napędu.

Rys.5 ilustruje zastosow aną m etodę pom iaru w ar

tości średniej prądu silnika i. Ze w zględu na skończoną w artość indukcyjności obw odu, przebieg czasowy prądu m a kształt w przybliżeniu trójkątny o częstotli

w ości f j równej częstotliw ości przełączeń tranzystorów. W układzie dokonyw any jest pomiar chw ilow ych w artości m inim alnej i m aksym alnej prądu w ystępujących w chw ilach przełączeń tranzystorów (procedura pom iarow a jest synchronizow ana z tymi zdarzeniam i). W artość średnia prądu jest wyliczana jak o średnia arytm etyczna w artości m inim alnej i m aksym alnej. U możliwia to dokładne wyznaczanie wartości średniej prądu w każdym pulsie napięcia wyjściow ego przekształtnika tranzystorow ego bez w prow adzania do układu pom iarow ego dodatkow ych

inercji.

W celu spraw dzenia koncepcji układu sterow ania oraz m ożliw ości realizacji układu regulacji oraz układu odtw arzania prędkości mechanizm u za połączeniem sprężystym , przeprowadzono badania w spółpracy sterow nika m ikroprocesorow ego z w yidealizow anym obiektem regulacji, którym był m odel analogow y układu elektrom echanicznego pracujący w czasie rzeczyw istym (skala czasu rów na jedności). W badaniach tych w ykorzystano układ Evaluation Board E V 80C 196K C firmy Intel. Ogólna struktura m ikroprocesorow ego układu sterow ania była identyczna z przedstaw ioną na ry s .l. W ielkością w yjściow ą sterownika m ikroprocesorow ego było w tym przypadku napięcie sterujące przekształtnik tranzystorowy, który został zam odelow any ja k o w zm acniacz inercyjny. Param etry zam odelow anego układu elektrom echanicznego były identyczne z rzeczyw istym układem laboratoryjnym .

Nastawy regulatora prędkości oraz wartość w zm ocnienia w torze dodatkow ego sprzężenia zwrotnego od prędkości m echanizm u za połączeniem sprężystym dobrano w edług metody przedstawionej w publikacji [3] tak, aby w spółczynnik tłum ienia drgań w zamkniętym układzie sterow ania był rów ny V2 / 2 .

T1.T4

I I

Rys.5. Ilustracja metody pom iaru prądu silnika

Fig. 5. Illustration o f the method o f m otor current m easurem ent

(9)

fvVv A *

A M

TO

A rM

^{W *}

i/liilW

^V⁰^,

I s t ,

Rys.6. Przebiegi rzeczyw istej i odtw orzonej prędkości m echanizm u w otw artym układzie sterow ania

Fig.6. W aveform s o f m easured and estim ated load speed in the open-loop control system

f ' - « 1

\

i y

i

for

^ćt>2

L

iii

Is L

Rys.8. Przebiegi prędkości silnika a>] oraz prędkości m echanizm u a j w układzie z bezpośrednim dodatkow ym sprzęże niem zw rotnym od prędkości m echanizm u

Fig.8. W aveform s o f the m otor speed and load speed in the control system with additional load speed feedback

Rys.7. Przebiegi prędkości silnika a)j oraz prędkości m echanizm u a j w układzie napędow ym bez dodatkow ego sprzężenia od prędkości m echanizm u Fig.7. W aveform s o f the m otor speed and

load speed in the control system w ithout additional load speed feedback

Rys.9. Przebiegi prędkości silnika a j oraz prędkości m echanizm u a j w układzie z dodatkow ym sprzężeniem zw rotnym od prędkości m echanizm u zrealizow a

nym za pośrednictw em obserw atora Fig.9. W aveform s o f the m otor speed and load speed in the control system w ith additional load speed feedback carried out by observer

W ybrane w yniki badań przedstaw iają oscylogram y pokazane są na rys.6 - rys.9. Na rys.6 zam ieszczono przebiegi rzeczyw istej prędkości m echanizm u a j i odtw arzanej w

(10)

W ybrane w yniki badań przedstaw iają oscylogram y pokazane są na rys.6 - rys.9. Na rys.6 zam ieszczono przebiegi rzeczyw istej prędkości m echanizm u a>2 i odtw arzanej w obserw atorze <S2 podczas rozruchu nieobciążonego silnika w układzie otw artym (skokowa zm iana napięcia zasilania od 0 do 0,1 t/y ), a następnie skokow ego obciążenia napędu m om entem znamionowym . R ys.7 przedstaw ia przebiegi prędkości silnika a>i oraz prędkości m echanizm u coo, otrzym ane w zam kniętym układzie regulacji bez dodatkow ego sprzężenia od prędkości mechanizmu podczas cyklu składającego się z rozruchu, obciążenia i odciążenia układu napędowego. W tym przypadku przebiegi prędkości m echanizm u za połączeniem sprężystym są silnie oscylacyjne.

W prow adzenie dodatkow ego sprzężenia zw rotnego od prędkości m echanizm u za połączeniem sprężystym um ożliw ia uzyskanie dużego tłum ienia drgań układu. Przebiegi w takim układzie przedstaw ione są na rys. 8 (bezpośrednie sprzężenie od prędkości m echanizmu oj2) oraz rys.9 (sprzężenie od prędkości m echanizm u co, odtw arzanej w obserwatorze).

4. PODSUMOWANIE

W artykule przedstaw iono układ odtw arzania prędkości m echanizm u za elem entem sprężystym , który charakteryzuje się tym, że ustalona w artość błędu estymacji prędkości m echanizm u je st rów na zero m im o braku inform acji o w artości m om entu obciążenia układu napędowego. Przedstaw iony obserw ator m oże być zastosow any w układach sterow ania napędów z elem entem sprężystym . M ożliw e jest w tedy uzyskanie dużego tłum ienia drgań napędu spow odowanych sprężystością w ięzów mechanicznych.

Przeprowadzone w stępne badania m ikroprocesorow ego układu sterow ania napędu elektry

cznego z połączeniem sprężystym potw ierdziły przydatność opracowanej i przedstawionej w publikacji [3] metody doboru param etrów obw odu regulacji prędkości tych napędów, um ożliw iającej uzyskanie dużego tłum ienia drgań spow odowanych elastycznością w ięzów m echanicznych. Została także spraw dzona koncepcja zastosow ania opisanego układu odtw arzania prędkości m echanizm u za połączeniem sprężystym .

Sterownik mikroprocesorow y, w którym zastosow ano m ikrokontroler Intel 80C196KC, pełni funkcje układu regulacji napędu oraz sterow nika przekształtnika tranzystorowego. W artykule przedstaw iono w yniki badań w spółpracy sterow nika m ikroprocesorow ego z m odelem analogow ym napędu z połączeniem sprężystym . Sterow nik został także sprawdzony w e w spółpracy z układem rzeczyw istym (przekształtnik tranzystorow y i silnik), pracującym w otw artym układzie sterowania. W najbliższym czasie przew iduje się pełne uruchom ienie układu laboratoryjnego napędu z połączeniem sprężystym z m ikroprocesorow ym układem sterowania.

(11)

LITERATURA

1. B randenburg G.: Stability o f a speed-controlled elastic tw o-m ass system w ith backlash and Coulom b friction and optim isation by a disturbance observer. A pplied M odelling and Sim ulation o f T echnological System s, IM ACS, pp. 371-381, 1987.

2. B randenburg G.: Einfluss und K om pensation von Lose und C oulom bscher R eibung bei einem drehzahl- und lagegeregelten, elastischen Zw eim assensystem . A utom atisierung- technik, vol.37, 1989. Teil 1, N o .l, p .23-31. Teil 2, No.3, pp. 111-119.

3. G ierlotka K.: U kłady sterow ania napędów elektrycznych z elem entam i sprężystym i. Zesz.

Nauk. Pol. Śl.ser. E LEK TR Y K A , z. 129, G liw ice 1992, s. 146.

4. K aczo rek T .: Teoria sterow ania, PW N ,W arszaw a, 1 9 7 7 ,1.1.

5. O hm ae T., M atsuda T, K anno M ., Saito K., Sukegaw a T.: A m icroprocessor-based m otor speed regulator using fast-response state observer for reduction o f torsional vibration.

IEEE Transaction on Industry A pplication, vol IA -23, No. 5, 1987, pp. 863-871.

6. Tom ei P.: An observer for elastic jo in t robots. IEEE Transactions on A utom atic Control, 1990, vol.35, N o 6, pp. 739-743.

. Tondos M.: Z asady odtw arzania m om entu obciążenia w napędach z połączeniam i sprężystym i. M ateriały X IV SPETO , W isła 1992, s. 309-316.

8. T ondos M.: Sterow anie napędam i z połączeniam i sprężystym i. W ybrane zagadnienia.

M ateriały Konf. "N ow oczesne M etody Sterow ania w Energoelektronice i N apędzie Elektrycznym ", Łódź - D obieszków 1993, s. 506-513.

9. Płonka P.: M ikroprocesorow y układ sterow ania napędem elektrycznym z elem entem sprężystym . Praca dyplom ow a w ykonana w Inst. Elektrotechniki T eoretycznej i Przem ysłow ej Polit. Śl., G liw ice 1993.

R ecenzent:' D r hab. inż. M aciej Tondos W płynęło do Redakcji 11 m arca 1994

A b s t r a c t

V ibrations o f the system generated by the elasticity o f m echanical constraints, and also other harm ful phenom ena resulted from this, m ay appear in such electric drives as hoisting m achines, rolling m ills, etc. T he vibrations m ay be elim inated by the use o f the special control system s, e.g. o f the system w ith additional load speed behind elastic jo in t feedback.

Because usually the load speed is inaccessible for m easurem ent, observers m ay be applied to estim ate them. The control system o f the drive using the load speed observer is presented in Fig. 1. It contains the inner loop o f the current control and the outer loop o f the speed control w ith the m otor speed feedback and the load speed feedback carried out by the observer.

The paper presents the synthesis o f the load speed observer in the drive w ith inertialess elastic joint. It has been assum ed, that m otor speed coj and m otor torque m are the

(12)

accessible state variables o f the system. R educed-order state observer o f this system is described by equations (12) - (15) and (17). Its block diagram is presented in Fig. 2.

D ynam ical properties o f the load speed observer, specified by (Eq. 18) depends on param eter o f the observer (Fig. 3).

Results o f exam ination o f the control system based on Intel 80C196K C m icrocontroller are presented in the paper. M icrocontroller w orks as:

- analog-digital converter o f the arm ature current and m otor speed signals, - current controller and speed controller,

- load speed observer,

- driver o f the converter transistors.

T here are executed the initial tests o f the m icroprocessor-based control system , which associated w ith the analog m odel o f the drive w ith elastic jo in t operating in the real time.

T heir results are presented in Fig. 6 - Fig. 9.