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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
O desenvolvimento de soluções de sincronismo eletrónico de motores tem-se tornado numa área
bastante atrativa em aplicações industriais uma vez que, em comparação com os métodos tradicionais,
permite simplificar drasticamente o acoplamento mecânico e ao mesmo tempo aumentar a sua
flexibilidade e reutilização em diferentes cenários, dando espaço ao aparecimento de novos produtos
anteriormente difíceis de fabricar. A redução de custos, a facilidade de implementação e a sua robustez
são alguns dos argumentos para a sua aplicação em larga escala em ambientes industriais.
Este trabalho teve como finalidade estudar uma solução de controlo em cadeia fechada de dois
acionamentos em modo mestre-escravo. O estudo focou o emergente método de sincronismo entre
motores síncronos de magnetos permanentes, que tem por base o protocolo de rede Ethernet de tempo
real IEEE1588-V2 para envio da referência de posição, e teve como termo de comparação o método de
sincronismo clássico que faz uso dos sinais discretos em quadratura para a transmissão da referência de
posição. O estudo da resposta do acionamento escravo durante o seguimento do acionamento mestre,
permitiu investigar as vantagens e desvantagens de cada um dos métodos de sincronismo, tendo como
objetivo obter o conhecimento necessário de modo a aplicar cada um na situação mais vantajosa.
Como base de estudo, foi criado um perfil de movimento trapezoidal no acionamento mestre,
composto por um deslocamento total de dez rotações no veio do motor, executado no tempo total de
350 ms. A informação de posição proveniente do transdutor de posição do acionamento mestre foi então
transmitida ao acionamento escravo pelos dois métodos distintos acima referidos.
Os dados adquiridos durante os vários ensaios realizados foram registados com recurso à ferramenta
com funcionalidade de osciloscópio integrada no hardware dos variadores eletrónicos de velocidade. O
armazenamento dos dados de posição de ambos os transdutores de posição (mestre e escravo) foi
efetuado em zona de memória não volátil do variador eletrónico de velocidade com um período de
amostragem de 1 ms. A validação dos resultados obtidos internamente nos variadores eletrónicos de
velocidade, foi feita com recurso a um osciloscópio externo ligado a dois codificadores incrementais de
4096 impulsos/volta (pulses per revolution, ppr), acoplados nos veios dos motores síncronos de
magnetos permanentes.
Na comparação dos dois métodos, foi dado especial ênfase à latência na transmissão dos sinais entre
os dois acionamentos.
The implementation of electronic motor synchronism has become a very attractive field in industrial applications. As compared to traditional mechanical coupling methods, they can drastically simplify mechanics while increasing flexibility and reuse in different scenarios, as such, they allow de development of new products previously almost impossible to manufacture. Cost savings, ease of implementation and robustness are increasingly convincing arguments for their large-scale application in industrial environments. The main subject of this work was the study a two-drive closed loop control solution in master-slave mode. The study focused on the emerging permanent magnet synchronous motor synchronization method, which is based on the IEEE1588-V2 real-time Ethernet protocol for position reference sending and was based on the well implemented classic synchronization method, which makes use of discrete quadrature signals for position reference transmission. The study of the slave drive’s response while following the master drive, allowed the investigation of the advantages and disadvantages of each type of synchronization methods, aiming to obtain the necessary knowledge to support the use of each one in the most advantageous situation. A trapezoidal motion profile was created in the master drive, consisting of a total displacement of ten revolutions on the motor shaft, executed in a total time of 350 ms. Position information from the master drive encoder was then transmitted to the slave drive by each of the two above mentioned methods. The slave drive followed the motion profile of the master drive. The experimental data produced during the various tests was recorded using the oscilloscope tool integrated in the variable speed drive hardware. The position data of both encoders (master and slave) was stored in the non-volatile variable speed drive memory with a sampling period of 1 ms. The results obtained in the variable speed drives were validated with an external oscilloscope connected to two 4096 pulse per revolution incremental encoders, coupled to the permanent magnet motor shafts. When comparing the two methods, special emphasis was given to the latency in signal transmission between the two drives.
The implementation of electronic motor synchronism has become a very attractive field in industrial applications. As compared to traditional mechanical coupling methods, they can drastically simplify mechanics while increasing flexibility and reuse in different scenarios, as such, they allow de development of new products previously almost impossible to manufacture. Cost savings, ease of implementation and robustness are increasingly convincing arguments for their large-scale application in industrial environments. The main subject of this work was the study a two-drive closed loop control solution in master-slave mode. The study focused on the emerging permanent magnet synchronous motor synchronization method, which is based on the IEEE1588-V2 real-time Ethernet protocol for position reference sending and was based on the well implemented classic synchronization method, which makes use of discrete quadrature signals for position reference transmission. The study of the slave drive’s response while following the master drive, allowed the investigation of the advantages and disadvantages of each type of synchronization methods, aiming to obtain the necessary knowledge to support the use of each one in the most advantageous situation. A trapezoidal motion profile was created in the master drive, consisting of a total displacement of ten revolutions on the motor shaft, executed in a total time of 350 ms. Position information from the master drive encoder was then transmitted to the slave drive by each of the two above mentioned methods. The slave drive followed the motion profile of the master drive. The experimental data produced during the various tests was recorded using the oscilloscope tool integrated in the variable speed drive hardware. The position data of both encoders (master and slave) was stored in the non-volatile variable speed drive memory with a sampling period of 1 ms. The results obtained in the variable speed drives were validated with an external oscilloscope connected to two 4096 pulse per revolution incremental encoders, coupled to the permanent magnet motor shafts. When comparing the two methods, special emphasis was given to the latency in signal transmission between the two drives.
Description
Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Eletrotécnica – Automação e Eletrónica Industrial
Keywords
Sincronismo mestre-escravo Master-slave synchronism Motores síncronos de magnetos permanentes Permanent magnet synchronous motor Latência Latency Norma IEEE1588-V2 IEEE1588-V2 standard Transdutor de posição Encoder Sinais em Quadratura Quadrature signals Ethernet
Citation
MANUEL, José Fernando Mateus - Desenvolvimento de solução de controlo em cadeia fechada de dois acionamentos em modo mestre-escravo. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2019. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa