Festo Didactic 10/2020

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Linearachse (Positionsregelung)

Linear axis (position control)

de

1. Aufbau/Funktion

Die elektrische Linearachse bildet eine Positionsregelstrecke

nach. Der Aufbau mit Leiterplatte und bedruckter Frontplatte

ist passend zu den Komponenten des TP 1013 Grundlagen

der Regelungstechnik gestaltet.

Ein DC Motor treibt über einen Zahnriemen ein

Linearpotenziometer an. Das Stellsignal y bestimmt die

Geschwindigkeit der Achse. Die Regelgröße x meldet die

aktuelle Position des Schleifers zurück.

Bei Anlegen einer Spannung am Stellsignal y fährt die Achse

gleichmäßig bis zum Anschlag. Dies zeigt die integrierende

Charakteristik der Strecke.

2. Anwendung

Die Positionsregelstrecke wurde als Ergänzung zum

Gerätesatz TP 1013 konzipiert. Die Anschlüsse und

Spannungspegel entsprechen denen der Komponenten des

Trainingspakets.

Die Linearachse ist nur für die Verwendung

mit den Komponenten der Trainingspaketes

TP1013 vorgesehen.

3. Anschlüsse

1: Stellgröße y (Motordrehzahl); 2: Regelgröße x (Position);

3: Motor (Antrieb); 4: Schleifer (aktuelle Lage); 5: Potenziometer

(Positionserfassung)

Am Eingang Stellgröße y wird ein Spannungssignal im

Bereich von 0…+10 V angelegt, welches die Geschwindigkeit

der Achse bestimmt. Dabei entsprechen die Spannungen

folgenden Geschwindigkeiten:

y = 0 V -vmax

y = 5 V v = 0

y = 10 V +vmax

mit vmax ca. 200 mm/s

Am Ausgang Regelgröße x wird eine Spannung im Bereich

von 0…10 V ausgegeben, die der Position 0…100 mm der

Achse entspricht. Die Position 100 mm (10 V) entspricht der

Stellung des Schleifers an der Motorseite und die Position

0 mm(0 V) entspricht der Stellung des Schleifers auf der

Seite der +15 V Einspeisung der Versorgungsspannung.

4. Beispielanwendung

Die oben dargestellt Schaltung zeigt einen Versuchsaufbau,

bei der die Position einer Linearachse von einen P-Regler

geregelt wird.

Es werden dafür Komponenten aus dem TP 1013 verwendet.

Über 1 Hz Ausgang des Generators und den Offset des

Summierglieds wird ein Rechtecksignal zwischen 2 V und 7 V

eingestellt, das den Sollwert w darstellt. Ein Vergleicher

bildet die Regeldifferenz aus dem Sollwert w und der

Regelgröße x (e = w – x).

Nachfolgend wird die Regeldifferenz von einem P-Regler

verstärkt und dem Begrenzer zugeführt. Dieser begrenzt die

Ausgangsspannung auf einen Bereich zwischen 0…10 V.

Diese Ausgangsspannung wirkt als Stellgröße y für den

Antrieb. Die Regelgröße x (Position) wird auf den Vergleicher

zurückgeführt und schließt den Regelkreis.

Messungen

Messung 1 zeigt die Reaktion der Regelgröße x (Position) auf

eine Sollwertänderung von 2 V auf 7 V. Es resultiert eine

bleibende Regelabweichung e. Die Verstärkung des

P-Reglers wurde zu klein gewählt.

Messung 2 zeigt ein deutliches Überschwingen der

Regelgröße x (a, b). Dies deutet auf eine zu hohe

Verstärkung des P-Reglers hin

Messung 3 zeigt das Ergebnis bei richtiger Einstellung der

Verstärkung. Die Regelgröße x folgt dem Sollwert ohne

Abweichung.

5. Technische Daten

Parameter Wert

Versorgungsspannung +15 V, -15 V, 0 V

Stellgröße y 0…+10 V

Entspricht einer

Geschwindigkeit von

-200 mm/s…+200 mm/s

Regelgröße x 0…+10 V

Entspricht einer Position

von

0…100 mm

Potenziometerwiderstand 10 kΩ / 0,5 W

Anschluss 2 mm Sicherheitsbuchsen

Zulässige

Umgebungstemperatur

+5…+55 °C

Abmessung L x B x H 154 mm x 67 mm x 50 mm

Gewicht 68 g

Änderungen vorbehalten

Die Endlagen der Linearachse besitzen keine

Dämpfung. Daher ist bei der Inbetriebnahme

darauf zu achten, dass die Achse nicht

dauernd mit hoher Geschwindigkeit in die

Endlagen fährt.

6. Entsorgung

Elektronische Altgeräte sind Wertstoffe und

gehören nicht in den Hausmüll.

Die Entsorgung erfolgt über die kommunalen

Sammelstellen.

en

1. Layout/Function

The electrical linear axis simulates a position controlled

system. The setup with a circuit board and a printed front

plate is suitably designed for the components of the TP 1013

Foundations of control technology.

A DC motor drives a linear potentiometer via a timing belt.

The manipulated signal y determines the speed of the axis.

The controlled variable x returns the current position of the

wiper.

When a voltage is applied at the manipulated signal y the

axis moves steadily to the stop. This shows the integrating

characteristic of the system.

2. Application

The position controlled system was designed as an addition

to equipment set TP 1013. The connections and voltage

levels correspond to those of the components in the training

package.

The linear axis is only supposed to be used

with the components of training package

TP 1013.

3. Connections

1: Manipulated variable y (motor speed); 2: Controlled variable x

(position); 3: Motor (actuator); 4: Wiper (current position);

5: Potentiometer (position detection)

At input manipulated variable y a voltage signal in the range

of 0…+10 V is applied which determines the speed of the

axis. Here the voltages correspond to the following speeds:

y = 0 V -vmax

y = 5 V v = 0

y = 10 V +vmax

with vmax approx. 200 mm/s

At output controlled variable x a voltage in the range of

0…10 V is output which corresponds to position 0…100 mm

of the axis. Position 100 mm (10 V) corresponds to the

setting of the wiper on the motor side and position

0 mm (0 V) corresponds to the setting of the wiper on the

side of the +15 V input of the supply voltage.

4. Sample application

The circuit displayed above shows a test setup where the

position of a linear axis is controlled by a P controller.

Components from TP 1013 are used for this. A square wave

signal between 2 V and 7 V is set via the 1 Hz output of the

generator and the offset of the summation block which

constitutes the setpoint value w. A comparator forms the

control difference between the setpoint w and the controlled

variable x (e = w – x).

Subsequently the control difference of a P controller is

amplified and sent to the limiter. This limits the output

voltage to a range between 0…10 V. This output voltage acts

as a manipulated variable y for the actuator. The controlled

variable x (Position) is fed back to the comparator and closes

the control loop.

Measurements

Measurement 1 shows the reaction of controlled variable x

(position) to a setpoint change from 2 V to 7 V. This results

in a lasting control deviation e. The value chosen for the

amplification (gain) of the P controller was too low.

Measurement 2 shows clear overshoot of the controlled

variable x (a, b). This points toward too high a gain value for

the P controller

Measurement 3 shows the result when the gain is set

correctly. The controlled variable x follows the setpoint

without any deviation.

5. Technical data

Parameter Value

Supply voltage +15 V, -15 V, 0 V

Manipulated variable y 0…+10 V

Corresponds to

a speed of

-200 mm/s…+200 mm/s

Controlled variable x 0…+10 V

Corresponds to

a position of

0…100 mm

Potentiometer resistance 10 kΩ/0.5 W

Connection 2 mm safety sockets

Approved ambient

temperature

+5 … +55° C

Dimensions L x W x H 154 x 67 x 50 mm

Weight 68 g

Subject to change

The end positions of the linear axes do not

have any cushioning. For this reason care

must be taken during commissioning to make

sure that the axis does not constantly

approach the end positions at high speed.

6. Disposal

Electronic waste contains reusable materials

and must not be disposed of in household

waste.

Bring electronic waste to a designated

collection point.

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73770 Denkendorf

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Eje lineal (regulación de posición)

Axe linéaire (régulation de la position)

es

1. Estructura/funcionamiento

El eje lineal eléctrico recrea un tramo de regulación de

posición. La estructura con placa de circuito impreso y placa

frontal impresa está diseñada para que se adapte a los

componentes del TP 1013 Fundamentos de técnicas de

regulación.

Un motor DC impulsa un potenciómetro lineal mediante una

correa dentada. La señal de ajuste y establece la velocidad

del eje. La magnitud regulada x informa de la posición actual

del rectificador.

Al establecer una tensión en la señal de ajuste y, el eje se

desplaza de forma constante hasta el tope. Estas son las

características esenciales del tramo.

2. Aplicación

El tramo de regulación de posición se concibió como un

complemento del conjunto de equipos TP 1013. Las

conexiones y niveles de tensión corresponden a los de los

componentes del equipo didáctico.

El eje lineal solo está previsto para usarse con

los componentes del equipo didáctico

TP1013.

3. Conexiones

1: magnitud de ajuste y (revoluciones del motor); 2: magnitud

regulada x (posición); 3: motor (actuador); 4: rectificador (posición

actual); 5: potenciómetro (detección de posición)

En la entrada de la magnitud de ajuste y se crea una señal

de tensión de entre 0 y +10 V, que define la velocidad del

eje. Las tensiones corresponden a las siguientes

velocidades:

y = 0 V -vmáx

y = 5 V v = 0

y = 10 V +vmáx

con vmáx aprox. 200 mm/s

En la salida de la magnitud regulada x se emite una señal de

entre 0 y 10 V, que corresponde a la posición 0...100 m del

eje. La posición 100 mm (10 V) corresponde al lugar del

rectificador del lado del motor y la posición 0 mm (0 V)

corresponde al lugar del rectificador del lado de la

alimentación +15 V de la tensión de alimentación.

4º Ejemplo de aplicación

El circuito ilustrado anteriormente muestra una estructura

de prueba en la que la posición de un eje lineal se regula

mediante un regulador P.

Para ello se utilizan componentes del TP 1013. A través de la

salida de 1 Hz del generador y el offset de la etapa

totalizadora se ajusta una señal de onda rectangular de

entre 2 V y 7 V, que constituye el valor de consigna. Un

comparador genera la diferencia de regulación a partir del

valor de consigna w y la magnitud regulada x (e = w – x).

A continuación, un regulador P aumenta la diferencia de

regulación y el limitador la aplica. Este limita la tensión de

salida a un rango de entre 0 y 10 V. Esta tensión de salida

actúa como magnitud de ajuste y para el actuador. La

magnitud regulada x (posición) se transmite al comparador y

cierra el circuito de regulación.

Mediciones

La medición 1 muestra la reacción de la magnitud regulada x

(posición) en un cambio del valor de consigna de 2 V a 7 V.

Como resultado, se produce una variación permanente de la

regulación e. El aumento del regulador P era demasiado

bajo.

La medición 2 muestra una clara variación de la magnitud

regulada x (a, b). Esto indica un aumento demasiado alto del

regulador P

La medición 3 muestra el resultado con un aumento

ajustado correctamente. La magnitud regulada x respeta el

valor de consigna sin ninguna variación.

5. Especificaciones técnicas

Parámetros Valor

Tensión de alimentación +15 V, -15 V, 0 V

Magnitud de ajuste y 0…+10 V

Corresponde a una

velocidad de

-200 mm/s…+200 mm/s

Magnitud regulada x 0…+10 V

Corresponde a una

posición de

0…100 mm

Resistencia del

potenciómetro

10 kΩ / 0,5 W

Conexión Zócalos de seguridad de 2 mm

Temperatura ambiente

permitida

+5…+55 °C

Dimensiones Lo. x An. x

Al.

154 mm x 67 mm x 50 mm

Peso 68 g

Reservado el derecho de modificación

Las posiciones finales del eje lineal no tienen

amortiguación. Por eso, durante la puesta en

funcionamiento, se debe asegurar de que el

eje no se desplace constantemente hasta la

posición final a una velocidad elevada.

6. Eliminación

Los aparatos electrónicos antiguos son

reciclables y no son residuos domésticos.

Se eliminan en lugares de acopio municipales.

fr

1. Conception/Fonction

L'axe linéaire électrique reproduit un système asservi de

position. La conception avec circuit imprimé et plaque avant

imprimée est adaptée aux composants du TP 1013 Bases de

la technique de régulation.

Un moteur à courant continu entraîne un potentiomètre

linéaire via une courroie crantée. Le signal de réglage y

détermine la vitesse de l'axe. La variable commandée x

indique en retour la position du curseur.

Par l'application d'une tension au signal de réglage y, l'axe

se déplace de manière uniforme jusqu'en butée. Cela

indique la caractéristique intégrante du système.

2. Application

Le système asservi de position a été développé comme

complément au jeu d'équipement TP 1013. Les

branchements et niveaux de tension correspondent à ceux

des composants de l'ensemble de formation.

L'axe linéaire n'est prévu que pour

l'utilisation avec les composants de

l'ensemble de formation TP 1013.

3. Branchements

1 : Valeur de réglage y (vitesse du moteur) ; 2 : Variable commandée x

(position) ; 3 : Moteur (actionneur) ; 4 : Curseur (position actuelle) ;

5 : Potentiomètre (détection de position)

À l'entrée, la valeur de réglage y, un signal de tension est

appliqué dans la plage 0…+10 V, ce qui détermine la vitesse

de l'axe. Dans ce cadre, les tensions correspondent aux

vitesses suivantes :

y = 0 V -vmax

y = 5 V v = 0

y = 10 V +vmax

avec vmax env. 200 mm/s

À la sortie, valeur commandée x, est émise une tension dans

la plage 0…10 V, elle correspond à la position 0…100 mm de

l'axe. La position 100 mm (10 V) correspond à la position du

curseur côté moteur et la position 0 mm (0 V) correspond à

la position du curseur côté alimentation de la tension +15 V.

4. Exemple d'application

Le circuit ci-dessus illustre un montage d'essai sur lequel la

position d'un axe linéaire est asservie par un régulateur P.

Des composants du TP 1013 ont été utilisés ici. Un signal

rectangulaire entre 2 V et 7 V est réglé par le biais de la

sortie 1 Hz du générateur et le décalage du sommateur. Ce

signal représente la valeur de consigne w. Le comparateur

établit la variable de différence de régulation à partir de la

valeur de consigne w et de la variable commandée x (e = w –

x).

La variable de différence de régulation est ensuite amplifiée

par le régulateur P et transmise au limiteur. Il limite la

tension de sortie sur une plage entre 0…10 V. Cette tension

de sortie joue le rôle de valeur de réglage y pour

l'actionneur. La variable commandée x (position) est

renvoyée au comparateur et ferme la boucle de régulation.

Mesures

La mesure 1 illustre la réaction de la variable commandée x

(position) à une modification de la valeur de consigne, qui

passe de 2 V à 7 V. Il s'ensuit une erreur de réglage

résiduelle e. L'amplification du régulateur P a été

sélectionnée trop petite.

La mesure 2 illustre une suroscillation significative de la

variable commandée x (a, b). Cela indique une amplification

trop importante du régulateur P.

La mesure 3 illustre le résultat lorsque le réglage de

l'amplification est correct. La variable commandée x suit la

valeur de consigne sans écart.

5. Caractéristiques techniques

Paramètres Valeur

Tension d'alimentation +15 V, -15 V, 0 V

Valeur de réglage y 0…+10 V

Correspond à une vitesse

de

-200 mm/s…+200 mm/s

Variable commandée x 0…+10 V

Correspond à une position

de

0…100 mm

Résistance du

potentiomètre

10 kΩ / 0,5 W

Branchement Fiches de sécurité de 2 mm

Température ambiante

autorisée

+5…+55 °C

Dimensions L x l x H 154 mm x 67 mm x 50 mm

Poids 68 g

Sous réserve de modifications

Les fins de course de l'axe linéaire ne

disposent pas d'amortissement. C'est

pourquoi il faut veiller, à la mise en service, à

ce que l'axe ne se déplace pas longtemps à

grande vitesse dans les fins de course.

6. Mise au rebut

Les appareils électroniques usagés sont des

produits de valeur et ne doivent pas être jetés

aux ordures ménagères.

Ils doivent être déposés dans les centres de

collecte communaux.

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