Einen Elektromotor über labview steuern, ohne seine Drehzahl zu kennen

Ich habe ein paar Probleme, mein letztes Bachelor-Experiment durchzuführen. Was genau extrem hohe Reibungskräfte verursacht, wenn ein Stahlseil durch nassen Sand gezogen wird, sollen meine Gruppe und ich herausfinden, indem wir die Höhe des Sandes über dem Seil variieren.

Leider haben wir Probleme mit unserem Motor. In Labview verwenden wir eine Rampenfunktion, um die Spannung am Netzteil über die Zeit zu erhöhen. Normalerweise von 0,4 V bis 4 V in 400 s, wobei die Abtastrate des gesamten Systems 10 ms beträgt. Wir haben jedoch festgestellt, dass der Motor, wenn die Reibungskräfte zu hoch werden, anfängt, sich nach oben zu bewegen, wie in der folgenden Grafik gezeigt.

Kraft gegen Zeit und Strom gegen Zeit

Was Sie hier sehen können, ist, dass, wenn die Spannung linear ansteigt (nicht gezeigt), auch der Strom folgt. Wir messen die Kraft, indem wir eine Kraftmessdose zwischen Kabel und Motor platzieren. Sobald sich der Motor in Bewegung setzt, fällt der Strom ab und der Motor beginnt am Kabel zu ziehen. Die Kraft beginnt zuzunehmen. Aber irgendwann hört der Motor auf sich zu bewegen und der Strom schießt in die Höhe. Die abnehmende Kraft könnte die Spannung sein, die von der Rolle gelöst wird, das am Kabel befestigte Seil usw.

Das Stoppen des Motors könnte jedoch dadurch verursacht werden, dass die Reibungskräfte des Stahlseils zu hoch sind (Stick-Slip). Das ist unser Problem. Wir wollen nicht, dass der Motor aufhört, sich zu bewegen.

Ich dachte daran, einen Regelkreis zu verwenden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der die Spannung ansteigt, aber ich kann nicht sagen, wie hoch die Geschwindigkeit des Motors ist. Die Drehzahlmesser, die wir haben, funktionieren nicht, weil der Motor zu langsam dreht. Wir messen nur Kraft, Strom und Spannung.

BEARBEITEN: Dies sind die Motorspezifikationen: http://www.compucanjes.com/manuales/rs-555sh20.pdf

Und so sieht unser (beschissener) Testaufbau ausVersuchsaufbau

Dreht der Motor bei jeder dieser Spitzen 1/3 oder 1/5 Umdrehung? Wenn ja, sehen Sie die einzelnen Pole und die Tatsache, dass die vom Motor ausgeübte Kraft aufgrund seines inneren Aufbaus eine Funktion seines Drehwinkels ist. Ich denke, Sie benötigen einen Getriebemotor (z. B. 100: 1) als einfachste Möglichkeit, ein relativ konstantes Drehmoment zu erzielen.
@BrianDrummond Ich habe vergessen zu erwähnen, dass es sich tatsächlich um einen Getriebemotor mit einer sehr hohen Übersetzung handelt (was ich im Moment nicht weiß).
Beachten Sie dann, dass der Strombedarf des Motors ein ziemlich gutes Maß für das vom Motor ausgeübte Drehmoment ist. Dies kann auf ein mechanisches Problem hindeuten. Wirkt beispielsweise das Kabel als Feder? Somit zeigt der hohe Strom, dass der Motor die Feder wieder aufwickelt (der Motor dreht sich möglicherweise, aber das andere Ende an der Wägezelle nicht). Wenn Sie den Motor mit Drehmoment steuern möchten, fahren Sie ihn alternativ mit konstantem Strom und nicht mit konstanter Spannung (dh den Strom hochfahren)
Wir sind uns nicht sicher, was die genauen Mechanismen unter der Erde sind. Aber das Stahlseil dehnt sich unter diesen Kräften nicht. Es bewegt sich durch den Sand und baut dabei Reibungskräfte auf. Wir glauben, dass die Reibungskräfte an einem bestimmten Punkt zu hoch für den Motor sind, bis er genug Spannung aufbaut. Den Strom zu fahren ist tatsächlich eine Option, die wir uns angesehen haben, aber nicht rechtzeitig ausführen konnten (wir sind am Freitag zu spät auf das Problem gestoßen).
Prüfen Sie, ob das Getriebe klemmt, wenn seitliche Kräfte darauf einwirken. Ein Außenbordlager (auf dem Foto links von der Riemenscheibe) würde das wahrscheinlich lösen. Dies würde eine Erhöhung des Motordrehmoments erklären, während die "Kraft" auf die Wägezelle abnimmt.
Ich schlage vor, dass, wenn Sie einen Gleichstrom zur Steuerung des Motors verwenden, dieser wahrscheinlich nicht genug Strom liefern kann, um die Arbeit zu erledigen.

Antworten (2)

Da sich die Reibung in diesem System nicht linear mit der Geschwindigkeit ändert, werden Sie es schwer haben, mit einem System mit offenem Regelkreis eine konstante Geschwindigkeit zu erreichen.

In erster Näherung ist das Motordrehmoment proportional zum Strom und die Motordrehzahl proportional zur Spannung. Bei einem idealen Motor, der keinen Wicklungswiderstand hat und von einer idealen Spannungsquelle angetrieben wird, trifft dies genau zu. Sie können also versuchen, einen Motor mit niedrigem Wicklungswiderstand auszuwählen und sicherzustellen, dass Ihr Motortreiber so niederohmig wie möglich ist. Dadurch erhalten Sie eine bessere Geschwindigkeitsregelung in einem Open-Loop-System.

Es wird wahrscheinlich auch helfen, einen Motor mit einem hochwertigen Getriebe mit geringem Spiel auszuwählen. Jeder Schlupf in der Übertragung wird die Dinge wirklich schwer machen. Vielleicht gibt Ihnen eine hochwertige Kugelumlaufspindel eine linearere und vorhersehbarere Übertragung.

Eine andere mechanische Lösung wäre ein Schwungrad, das, wenn es massiv genug ist, die Drehmomentschwankungen von der Slip-Stick-Aktion auf ein handhabbares Niveau glätten würde.

Wenn Sie jedoch wirklich eine vorhersehbare Geschwindigkeit benötigen, wette ich, dass Sie ein System mit geschlossenem Regelkreis benötigen werden. Sie haben hier ein paar Möglichkeiten. Ein von Ihnen erwähnter Drehzahlmesser wäre großartig, aber wahrscheinlich möchten Sie, dass er sich vor der mechanischen Untersetzung auf der Motorwelle befindet. Hier wird es umso wichtiger, eine gute Übersetzung zu haben, da sonst der gesamte Getriebeschlupf als Fehler in Ihren Messungen auftaucht, selbst wenn die Motordrehzahlregelung perfekt ist.

Eine etwas weniger ideale Lösung ist die Messung der Gegen-EMK des Motors. Sie erhalten möglicherweise nicht die gleiche Präzision und Reaktionsfähigkeit wie mit einem Drehzahlmesser, aber es sind keine zusätzlichen Teile erforderlich. Siehe Wie kann ich die Gegen-EMK messen, um auf die Drehzahl eines Gleichstrommotors zu schließen?

Ein letzter Ansatz, den Sie in Betracht ziehen können, ist die Verwendung eines Schrittmotors . Vorausgesetzt, Sie können einen Motor und ein Getriebe mit genügend maximalem Drehmoment auswählen, damit keine Schritte ausgelassen werden, können Sie in einem System mit offenem Regelkreis eine konstante Geschwindigkeit erzielen. Ein Problem kann hier die hohe Drehmomentwelligkeit solcher Motoren sein, die für Ihr Experiment ein Problem darstellen könnte.

Das grundlegende Problem scheint mechanisch zu sein, nicht elektrisch. Ihr Motor hat bei niedriger Drehzahl nicht genug Leistung, um die gewünschte Aufgabe zu erfüllen. Einfach gesagt, Sie verwenden den falschen Motor.

Um dies zu beheben, besorgen Sie sich einen stärkeren Motor. Wenn Sie nicht viel Geschwindigkeit vom Motor benötigen, schalten Sie ihn herunter. Sogar der Motor, den Sie jetzt haben, kann das Kabel mit etwas Getriebe bei niedriger Geschwindigkeit reibungslos ziehen. Sie möchten das Getriebe so, dass das Kabel mit der maximalen Geschwindigkeit bewegt wird, mit der Sie testen möchten, wenn der Motor etwas unter seiner maximal vorgesehenen Geschwindigkeit läuft. Vielleicht kann Ihr aktueller Motor dies mit dem richtigen Getriebe zwischen ihm und der Last tatsächlich tun.

Einen Elektromotor über labview steuern, ohne seine Drehzahl zu kennen
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v