Praca inżynierska

W ramach pracy dyplomowej opracowane zostało stanowisko laboratoryjne do wyznaczania charakterystyk dynamicznych silnika krokowego. Podstawowym założeniem było osiągnięcie niskiej ceny wykonania. Dlatego zrezygnowano ze standardowego momentomierza na rzecz pomiaru pośredniego. W metodzie tej obciążenie belki tensometrycznej przeliczane jest na moment silnika. Możliwe jest to dzięki zastosowaniu sprężyny do połączenia wózka przesuwnego, który napędzany jest przez silnik krokowy poprzez przekładnię cięgnową. Schematycznie metodologia pomiaru przedstawiona została na rysunku.

idea pomiaru

Wózek przesuwany jest do momentu zgubienia kroku przez silnik. Wykrycie tego zjawiska możliwe jest dzięki zastosowaniu enkodera optycznego. W miejscu zgubienia kroku wykonywany jest pomiar obciążenia belki tensometrycznej. Obciążenie to przelicza się na moment silnika obrotowego.

Wyznaczenie siły w belce tensometrycznej odbywa się na podstawie wskazań czterech tensometrów oporowych. Otrzymuje się w ten sposób układ pełnego mostka Wheatstone’a co powoduje, że układ taki jest wrażliwy tylko na zginanie.

Zaletą takiego rozwiązania jest zapewnienie obciążenia silnika w wyniku rozciągania sprężyny. Zbędny więc staje się hamulec co upraszcza konstrukcję. Wadą jest oscylacyjny charakter pracy wózka co wymusza programową kompensację wyników.

Do obsługi enkodera optycznego, belki tensometrycznej i sterowania silnika korkowego wykorzystano płytkę Arduino UNO, mostek tensometryczny HX711, sterownik EasyDriver.

Stanowisko jest zdolne do wyznaczenia charakterystyki dynamicznej silnika w zakresie użytecznym. Oznacza to, że na wykresie pomijane są wartości momentu obrotowego jeżeli w odpowiadającym im częstotliwościach start-stop, silnik uzyskuje moment obrotowy poniżej wartości momentu krytycznego. Wartość momentu krytycznego definiowana jest tutaj jako moment obrotowy, który musi posiadać silnik aby pokonać opory ruchu i siłę wstępną sprężyny. Warunek taki należy spełnić aby test mógł się rozpocząć.

Zaprojektowane stanowisko przedstawione zostało poniżej.

wygląd stanowiska

Arduino obsługuje czujniki i przesyła dane do programu, który rysuje charakterystykę i pozwala ją zapisać. Program ten został napisany w języku Java. Składa się z pięciu podstawowych elementów:

  • Górnego panelu służącego do zarządzania połączeniem z Arduino.
  • Bocznego panelu z parametrami testu.
  • Panelu do opisywania i dodawania pomiarów.
  • Wykresu z narysowaną charakterystyką.
  • Górnej belki. W menu możliwe jest zapisanie danych do pliku .txt

Interfejs programu:

interfejs programu

W ramach podsumowania prac nad stanowiskiem wykonano trzy pomiary testowe dla wartości zasilania 6V, 7V i 12V. Charakterystyki 7V i 12V nie różnią się zbytnio od siebie ponieważ sterownik EasyDriver dostosowuje skuteczne napięcie zasilania w zależności od silnika stosując funkcję PWM. Napięcie 6V nie jest prawidłowe (zgodnie z notą katalogową EasyDriver działa poprawie od napięcia 7V). Pomiar dla tego napięcia wykonany został, aby pokazać wpływ nieprawidłowego zasilania na osiągi silnika.

przykladowa charakterystyka