ﾓｰﾀｰ角度制御実験装置
USB-1208FS用
取り扱い説明書
(有)リアルテック Rel.2008.12.22 Rev.2011.03.15 Rev.2013.05.22慣性負荷 ﾓｰﾀｰ ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ ﾓｰﾀｰ軸 ｷﾞｱ 正面図 側面図 ﾌﾟﾚｰﾄ ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟ
1) 部品
1) ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ制御実験装置……..1台 2) ACｱﾀﾞﾌﾟﾀｰ……….………….1個(AC100V/+9V1A) 3)慣性負荷……….………..2個(ｱﾙﾐ円盤､ﾎﾟﾘｱｾﾀｰﾙ製黒い棒) 4)荷重負荷……….……..1個(鉄製M4ﾈｼﾞ) 5)CD-ROM………....…..1枚(資料とｻﾝﾌﾟﾙﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ) 6)取り扱い説明書………..…….1冊(本紙)2) 実験装置の概略
本装置は DCﾓｰﾀ､負荷(慣性負荷､荷重負荷)､ﾓｰﾀｰ角度ｾﾝｻｰ用ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ､ DCﾓｰﾀｰとﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰを連結する1:2(30:60)のｷﾞｱ､ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟで構成されて います｡ 概略図は次の様になります｡ Fig.2-1 参照｡ Fig.2-1 本装置は ｱﾅﾛｸﾞｺﾝﾄﾛｰﾗｰ(OPT15)､ﾃﾞｨｼﾞﾀﾙｺﾝﾄﾛｰﾗｰ(1208FS)､(USBA04)で 駆動できます｡ 本取り扱い説明書は ﾃﾞｨｼﾞﾀﾙｺﾝﾄﾛｰﾗｰ(1208FS)用です｡PWR-AMP USB-1208FS USBｹｰﾌﾞﾙ RTC01 9V1.3A
3)ｾｯﾄｱｯﾌﾟ
3-1)ﾓｰﾀｰｷﾞｱの先のﾓｰﾀｰ軸に慣性負荷を慣性負荷に埋め込まれている ｾｯﾄﾈｼﾞを締めて固定します｡ 3-2)Fig.3-1を参照して配線します｡ Fig.3-1 USB-1208FSの端子盤の配線は Pin No.20 19 18 17 16 15 14 D/A OUT1---CW(白) : 極性信号(0V,3V) 13 D/A OUT0---Vi(橙) : 制御信号(電圧0～4V) 12 GND---0V(黒) : 0V 11 Ch7---S1(黄) : ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ信号(-12V～;12V) になります｡4)ｻﾝﾌﾟﾙﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ
制御ｼｽﾃﾑ(PID 制御)の概念図は次の様になっています｡ Fig.4-1 参照｡ Fig.4-1 A/D-7 : ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ信号入力用にAD入力のﾁｬﾝﾈﾙ7を使用しています｡ Kc : ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ電圧信号を角度に変換するｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝｹﾞｲﾝです｡ ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰの有効角度は324度です｡ ﾓｰﾀｰとﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰは30:60(=1:2)のｷﾞｱで連結されてますので ﾓｰﾀｰ2回転でﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ1回転します｡ その結果､ﾓｰﾀｰ角ｾﾝｻｰの有効角は324度x2=648度になります｡ ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰに供給されている電圧は±12Vなので Kcは27
(deg/
)
2
*
12
648deg
V
V
K
C
Target : ｽﾃｯﾌﾟ入力信号です｡ 50を入れると50度､-50を入れると -50度のｽﾃｯﾌﾟ入力信号になります｡ Ki : 積分ｹﾞｲﾝです｡ Integrator は積分器です｡ Kp : 比例ｹﾞｲﾝです｡ Kd : 微分ｹﾞｲﾝです｡ Derivative は微分器です｡Vi_Gain : ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟ(ﾓｰﾀｰﾄﾞﾗｲﾊﾞｰ)が17.6倍の電圧ｹﾞｲﾝを 持っているので ここで1/17.6=0.057倍して出力します｡ 後述7)ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟ(ﾓｰﾀｰﾄﾞﾗｲﾊﾞｰ)の項参照して下さい｡ Abs : ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟ(ﾓｰﾀｰﾄﾞﾗｲﾊﾞｰ)の仕様に合わせる為､制御電圧Viの 絶対値をとっています｡ D/A-0 : Vi(絶対値)をDA変換器のﾁｬﾝﾈﾙ0から出力しています｡ Sign : Viの極性を取り出しています｡Viが+なら+1(V)､-なら-1(V)を 出力します｡ Limit : 極性信号に-は不要なので､0,1に変換しています。 CW : ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟ(ﾓｰﾀｰﾄﾞﾗｲﾊﾞｰ)の仕様に合わせる為､0,1(V)をTTL ﾚﾍﾞﾙ0,3(V) に増幅しています｡ +3VがCW､ 0VがCCWです｡ ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟ(ﾓｰﾀｰﾄﾞﾗｲﾊﾞｰ)内の ｲﾝﾊﾞｰﾀｰで反転しCCW信号(CW=3V->0V､ CW=0V->+3V)を 生成しています｡
5)実験手順
5-1)添付 CD-ROM には｢資料｣､｢ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ｣と実行ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ[Motor.exe]が 入っています｡ 実行ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ｢Motor.exe｣をﾀﾞﾌﾞﾙｸﾘｯｸで開くと 操作画面が現れます｡ Fig.5-1 参照｡ Fig.5-1 5-2)ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ信号(ﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰ信号)のﾁｪｯｸ緑のﾗﾝﾌﾟが点灯する事を確認する｡ これでﾎﾟﾃﾝｼｮﾒｰﾀｰに±12Vが 供給されました｡ ③ 操作画面のｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝｹﾞｲﾝだけKc=27に設定し､比例ｹﾞｲﾝKp､微分 ｹﾞｲﾝKd､積分ｹﾞｲﾝKi､とTarget は0に設定する｡ ④ Startをｸﾘｯｸし､ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑをｽﾀｰﾄする｡ ﾓｰﾀｰ軸(慣性負荷)を手で回した 時､画面のﾓｰﾀ角度が±の角度を表示することを確認する｡ 最後に0度付近で止める｡ 5-3)ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ信号の極性のﾁｪｯｸ ①Stopをｸﾘｯｸして､一度ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑをｽﾄｯﾌﾟします｡ ②比例ｹﾞｲﾝKp=0,1程度の小さい値にｾｯﾄし､慣性負荷が回らない様に 手で押さえて､ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟのﾓｰﾀｰSWをONにし､ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑをｽﾀｰﾄする｡ ③ 慣性負荷を手で少し(±10度位)回した時､ *元に戻る力がﾓｰﾀｰに働けば正常なﾈｶﾞﾃｨﾌﾞﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸです｡ *回した方向に力が働けば異常なﾎﾟｼﾞﾃｨﾌﾞﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸです｡ この場合はKcの値の極性を反転しKc=-27にします｡ 5-4)ｽﾃｯﾌﾟ応答のﾃｽﾄ(PD制御実験) ①Stopをｸﾘｯｸして､一度ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑをｽﾄｯﾌﾟします｡ ②Kp(比例ｹﾞｲﾝ)とKd(微分ｹﾞｲﾝ)に概説で求めた値を､Ki(積分ｹﾞｲﾝ)と Targetには 0をｷｰｲﾝします｡ Kp=0.14 Kd=0.006 Ki=Target=0 ③ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑをｽﾀｰﾄし､慣性負荷を手で回すと元の位置に戻ります｡ ④Target=30にｷｰｲﾝすると慣性負荷は30度回転します｡ Target=-30をｷｰｲﾝすると反対側に-30度回転します｡ ⑤微分ｹﾞｲﾝKadの値を変えるとｵｰﾊﾞｰｼｭｰﾄの量が変わります｡ 註)ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑは同じでもﾊﾟｿｺﾝによりｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ時間が多少異なるので 微分値が変わりｵｰﾊﾞｰｼｭｰﾄの量が大きくなったり､逆に小さくなって 振動が発生する場合があります｡ 振動がある場合はKd=0.004程度
慣性負荷 荷重負荷 荷重負荷 ﾊﾟﾙｽｴﾝｺｰﾀﾞｰ 荷重 ﾓｰﾀｰ ﾓｰﾀｰ軸 正面図 上面図 5-5)積分器のﾃｽﾄ(PID制御実験) 積分器を挿入すると定常(角度)偏差はｾﾞﾛになります｡ 注意) 操作を誤ると荷重負荷は予想外の動きをしますので下記手順に 従って下さい｡ ① ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑをｽﾄｯﾌﾟし､ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟのﾓｰﾀｰSWをOFFにし､慣性負荷に 荷重負荷を追加する｡ Fig.5-2参照｡ Fig.5-2 ② Kc=-27, 比例ｹﾞｲﾝを小さな値 Kp=0.01 に設定し､他のﾊﾟﾗﾒｰﾀｰは Kd=0.002､Ki=Target=0 に設定する｡ ③ 荷重負荷を水平な位置に手でｾｯﾄし､ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟのﾓｰﾀｰSWをONし､ﾌﾟﾛｸﾞ ﾗﾑをｽﾀｰﾄします｡ ④ 手を離すと荷重負荷は 重みでﾍﾞｰｽ基板付近まで落下します｡ その時､ﾓｰﾀｰ角度の表示は約-30度の定常(角度)偏差を表示します｡ ⑤ そのままの状態でKai=0.01に設定し､Startをｸﾘｯｸ(又はｷｰﾎﾞｰﾄﾞの Enterを押す)と積分器が働き定常(角度)偏差は徐々に0に近づき 荷重負荷は水平な位置に戻ります｡
6)ﾃﾞｰﾀ処理
実効ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑの中にはﾃﾞｰﾀ収集用の｢plots.csv｣が入っています｡ ｢plots.csv｣は一度､実行ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑを実行し､Stop すると生成されます｡ ｢plots.csv｣には Feedback Signal が記録されます｡
｢plots.csv｣をﾀﾞﾌﾞﾙｸﾘｯｸで開くと Fig.6 の様な EXCEL 画面が表示され ます｡ Fig.6 A 欄は ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ時間で､一番下の桁が msec です｡ B 欄は 各ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞでのﾓｰﾀｰ角度(度)､です｡
ﾓｰﾀｰ 電流ｾﾝｽ抵抗 ﾊﾟﾜｰｱﾝﾌﾟ Vi Vo Vo' Rm Rs
