Servomecanisme

Lucrarea 1

Sisteme de reglare automata (SRA) utilizate în

servosisteme – prezentare generala

1.1. Notiuni teoretice

1.1.1. Introducere

Un sistem de actionare electrica (SAE) simplu contine un motor si o sarcina mecanica,

numita si masina de lucru. Între cele doua elemente este prevazut un cuplaj mecanic: ambreaj, curea

de transmisie, roti dintate. Daca motorul utilizat este unul de curent alternativ atunci vorbim despre

un SAE de curent alternativ. Sursa de alimentare, cel mai la îndemâna pentru aceste tipuri de

motoare, este reteaua de curent alternativ cu frecventa de 50 Hz. Daca însa este utilizat un motor de

curent continuu vorbim despre un SAE de curent continuu si în acest caz sursa de alimentare cel

mai la îndemâna este un VTC comandat sau un redresor PWM, acestea la rândul lor fiind alimentate

de la reteaua de curent alternativ cu frecventa de 50 Hz.

Conectarea la sursa de alimentare se face prin intermediul unor contactoare si a unor relee de

protectie. Eventual, cum este cazul SAE cu dificultati în procesul pornirii datorita inertiei sau a

cuplului de sarcina ridicat, în echipamentul de conectare pot fi integrate si mijloace de reducere a

curentului de pornire (rezistoare sau reostate de putere în trepte precum si elementele necesare

conectarii si deconectarii acestora: relee de timp si contactoare de putere redusa).

În toate aceste situatii parametrii mecanici, cuplul electromagnetic dezvoltat de motor, viteza

si respectiv pozitia rotorului, nu pot fi controlati sau modificati din exterior de catre operator. Se

obtine astfel un SAE cu ‘conectare directa la retea’. Aceasta este situatia majoritatii SAE întâlnite în

industrie.

Însa în prezent se observa si o crestere a numarului de aplicatii în care se impune

modificarea parametrilor mecanici în timpul functionarii. Aceasta tendinta apare fie din necesitatea

obtinerii unor performante tehnice ridicate, cum este cazul masinilor unelte sau a robotilor

industriali, fie din ratiuni de eficienta economica, de reducere a consumului de energie electrica în

cazul aplicatiilor de mare putere: pompe, compresoare, ventilatoare sau tractiunea electrica.

Dezvoltarea acestui gen de SAE a fost încurajata si de progresele remarcabile înregistrate în cadrul

reglarii automate si a electronicii de putere.

Un servosistem este, la modul general, un sistem de reglare automata a pozitiei unei masini

de lucru (ML) cu ajutorul unui motor electric (ME). Tot sub aceasta denumire vom include si

sistemele la care se regleaza doar turatia masinii de lucru.

Exista doua mari tipuri de servosisteme în functie de tipul motorului electric utilizat:

- Sisteme de reglare cu motoare de curent continuu (MCC );

- Sisteme de reglare cu motoare de curent alternativ (MCA ) (asincrone si sincrone).

Pentru a putea modifica parametrii mecanici este necesar sa controlam parametrii electrici cu

care alimentam motorul, adica frecventa si amplitudinea tensiunii de alimentare în cazul motoarelor

de curent alternativ si doar amplitudinea tensiunii de alimentare în cazul motoarelor de curent

continuu. Avem nevoie deci de o sursa de alimentare cu parametrii reglabili si bineînteles de o parte

de reglare care sa furnizeze comanda catre acesta conform cu un algoritm prestabilit. Obtinem astfel

un sistem de reglare automata (SRA) cu motor electric, prezentat într-o varianta simplificata în

Figura 1.1. În aceasta figura sursa fixa de tensiune poate fi sursa de tensiune altenativa sau continua.

Sisteme de reglare automata (SRA) utilizate în servosisteme – prezentare generala

1-2

Blocul de comanda (sistemul de reglare) are rolul de a controla sursa de alimentare astfel

încât motorul sa functioneze la parametrii impusi. Este elementul central al unui sistem de reglare

automata pentru servomecanisme si va fi prezentat în detaliu în capitolele (lucrarile) viitoare.

Sursa fixa

de tensiune

Sursa reglabila

de tensiune

Motor

electric

Masina

de lucru

Sistem de

reglare

comanda

Figura 1.1. Sistem de actionare electrica cu tensiune de alimentare reglabila

1.1.2. Elemente de teoria sistemelor de reglare automata

a. Introducere

Sistemele de reglare automata sunt sistemele care realizeaza în mod automat controlul uneia

sau a mai multor marimi electrice, mecanice, termice, etc. Exemple de astfel de sisteme se gasesc

pretutindeni, de la aparatele de uz casnic, pâna la cele mai sofisticate sisteme de navigatie.

Exista astfel un numar mare de aplicatii, din domenii foarte diferite uneori, ce se pot încadra

însa în ceea ce numim sisteme de reglare automata. Elementele comune pot fi sintetizate într-o

schema generala ca cea prezentata în Figura 1.2.

Din punct de vedere constructiv partea de comanda poate fi analogica sau digitala

(numerica). În cazul analogic complexitatea metodei de reglare ce poate fi utilizata este redusa, însa

la fel este si posibilitatea de modificare în timp a acesteia. În plus în cazul sistemelor de reglare

analogica performantele sistemului variaza cu temperatura si se pot modifica în timp datorita

îmbatrânirii componentelor.

Dezavantajele mentionate pentru cazul sistemelor analogice sunt eliminate în cazul comenzii

numerice, algoritmul de reglare fiind implementat utilizând microcontrolere, microprocesoare sau

procesoare digitale de semnal (DSP). Programul de control poate fi teoretic oricât de mare si poate

fi modificat foarte usor în cazul în care se doreste schimbarea totala sau partiala a metodei de

reglare utilizate. Mai mult decât atât în cazul comenzii digitale poate fi dezvoltata o interfata

flexibila, ‘prietenoasa’, care sa faciliteze utilizarea practica a sistemului de catre orice persoana

indiferent de nivelul de pregatire. Sistemele numerice au o comportare precisa, stabila în timp si

invariabila cu temperatura. Ca neajunsuri sunt de mentionat aparitia unei întârzieri în timp a

comenzii datorita esantionarii semnalelor si necesitatea unei mai bune pregatiri a proiectantului

unor astfel de sisteme.