Tasajännitelähteen ohjausalgoritmin toteuttaminen mikro-ohjainjärjestelmällä
Turunen, Jussi-Pekka (2018)
2018
Tietotekniikka
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-12-05
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811212666
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201811212666
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä suunniteltiin ja toteutettiin ohjausalgoritmi mikro-ohjainjärjestelmälle ja vertailtiin manuaalisesti suunnitellun säätimen ja PID-säädintoteutuksen tuottamia tuloksia. Mikro-ohjainjärjestelmään kytketään alipäästösuodatin, jolle annetaan syötteeksi kanttiaaltoa. Ohjausalgoritmin tehtävänä oli tuottaa sopiva hyötysuhde kanttiaallolle, jotta haluttu tasajännitetaso saavutetaan alipäästösuodattimen ulostulossa.
Diplomityössä käydään läpi ohjausalgoritmin kannalta tärkeimmät alipäästösuodattimen komponenttien mitoituslaskut ja ohjauksen suunnittelun kannalta tärkeimmät laskukaavat. Komponenttien arvoja ja laskukaavoja käyttämällä tuotetaan ohjausparametrit Matlab-ohjelmistolla ja Simulink-mallilla simuloidaan ohjauksen toimivuutta. PID-säädintoteutukselle viritetään säätimen vahvistukset Matlab-työkalun avulla.
Käytännön kokeessa ohjausta testataan mikro-ohjainjärjestelmällä, johon lisätään alipäästösuodatin ja ohjelmoidaan ohjausalgoritmi. Ohjausalgoritmille annetaan Matlab-laskelmien tuottamat kertoimet. Ohjauksen toimivuutta testataan askelvaste– ja kuormituskokeilla. Askelvastekokeessa tarkastellaan ohjauksen reagointikykyä ja lopullista ohjauksen tuottamaa tasajännitetilaa ja kuormituskokeessa tarkastellaan ohjauksen tarkkuutta muuttamalla kuormitusta alipäästösuodattimen ulostulossa. Mittaukset tehdään oskilloskooppi – ja yleismittarimittauksilla ja ohjausprosessista tuotetaan lokitiedostot mikro-ohjaimella.
Mittaustuloksista selvisi, että ohjausalgoritmi ajaa ulostulon haluttuun referenssisyötteeseen ilman kuormaa. Kun alipäästösuodattimen ulostuloon kytkettiin kuorma, poikkesi ulostulon jännitetaso referenssiarvosta riippuen kuormasta läpi menevän virran määrästä. Tämä johtui siitä, että toteutettu säätöjärjestelmä oli P-säädin, joka itsestään ei ole riittävä ohjaustoteutus, kun ohjaukseen kytkeytyy häiriötä. PID-säätimellä saadaan tarkempi ohjaus mutta asetusaika on pidempi.
Diplomityössä käydään läpi ohjausalgoritmin kannalta tärkeimmät alipäästösuodattimen komponenttien mitoituslaskut ja ohjauksen suunnittelun kannalta tärkeimmät laskukaavat. Komponenttien arvoja ja laskukaavoja käyttämällä tuotetaan ohjausparametrit Matlab-ohjelmistolla ja Simulink-mallilla simuloidaan ohjauksen toimivuutta. PID-säädintoteutukselle viritetään säätimen vahvistukset Matlab-työkalun avulla.
Käytännön kokeessa ohjausta testataan mikro-ohjainjärjestelmällä, johon lisätään alipäästösuodatin ja ohjelmoidaan ohjausalgoritmi. Ohjausalgoritmille annetaan Matlab-laskelmien tuottamat kertoimet. Ohjauksen toimivuutta testataan askelvaste– ja kuormituskokeilla. Askelvastekokeessa tarkastellaan ohjauksen reagointikykyä ja lopullista ohjauksen tuottamaa tasajännitetilaa ja kuormituskokeessa tarkastellaan ohjauksen tarkkuutta muuttamalla kuormitusta alipäästösuodattimen ulostulossa. Mittaukset tehdään oskilloskooppi – ja yleismittarimittauksilla ja ohjausprosessista tuotetaan lokitiedostot mikro-ohjaimella.
Mittaustuloksista selvisi, että ohjausalgoritmi ajaa ulostulon haluttuun referenssisyötteeseen ilman kuormaa. Kun alipäästösuodattimen ulostuloon kytkettiin kuorma, poikkesi ulostulon jännitetaso referenssiarvosta riippuen kuormasta läpi menevän virran määrästä. Tämä johtui siitä, että toteutettu säätöjärjestelmä oli P-säädin, joka itsestään ei ole riittävä ohjaustoteutus, kun ohjaukseen kytkeytyy häiriötä. PID-säätimellä saadaan tarkempi ohjaus mutta asetusaika on pidempi.