Natomiast niekt\u00f3re zmienne, niezb\u0119dne do dzia\u0142ania uk\u0142ad\u00f3w sterowania wektorowego, tj. pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotowa, napi\u0119cie i pr\u0105d stojana, mog\u0105 by\u0107 bez wi\u0119kszych trudno\u015bci mierzone za pomoc\u0105 czujnik\u00f3w pomiarowych [1<\/a>], [2<\/a>]. Dok\u0142adny pomiar aktualnej warto\u015bci pr\u0119dko\u015bci wa\u0142u mechanicznego maszyny odgrywa bardzo wa\u017cn\u0105 rol\u0119 jako jeden z g\u0142\u00f3wnych sygna\u0142\u00f3w sprz\u0119\u017cenia zwrotnego w zaawansowanych strukturach sterowania [3<\/a>]. Pomiar warto\u015bci pr\u0119dko\u015bci obrotowej mo\u017ce by\u0107 realizowany przez dedykowane do tego celu czujniki, kt\u00f3re mo\u017cna podzieli\u0107 na dwie g\u0142\u00f3wne kategorie [3<\/a>]:<\/p>\n\n\n\n Jednymi z najcz\u0119\u015bciej stosowanych czujnik\u00f3w pomiarowych wielko\u015bci mechanicznych spotykanych w aplikacjach przemys\u0142owych s\u0105 przetworniki optoelektroniczne nazywane enkoderami [4<\/a>]. Zamieniaj\u0105 one ruch obrotowy element\u00f3w wiruj\u0105cych na sygna\u0142y pozwalaj\u0105ce okre\u015bli\u0107 ich po\u0142o\u017cenie k\u0105towe, ilo\u015b\u0107 obrot\u00f3w, kierunek obrotu i pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotow\u0105.<\/p>\n\n\n\n Przetworniki optoelektroniczne mo\u017cna podzieli\u0107, ze wzgl\u0119du na pe\u0142nione funkcje, na dwa rodzaje:<\/p>\n\n\n\n Pierwsze z nich maj\u0105 mo\u017cliwo\u015b\u0107 rozpoznawania kierunku obrotu i odleg\u0142o\u015bci wzgl\u0119dnej. G\u0142\u00f3wn\u0105 r\u00f3\u017cnic\u0105 mi\u0119dzy tymi czujnikami jest rodzaj sygna\u0142u wyj\u015bciowego oraz mo\u017cliwo\u015b\u0107 pami\u0119tania mierzonej wielko\u015bci.<\/p>\n\n\n\n Enkoder absolutny (Ryc. 1a) generuje sygna\u0142 kodowy binarny lub Gray\u2019a [6<\/a>]. Na Ryc. 2b przedstawi\u0142em przyk\u0142adow\u0105 tarcz\u0119 enkodera absolutnego, a na Ryc. 2c i 2d tarcze dla obu typ\u00f3w kodowania 4-bitowego.<\/p>\n\n\n\n Ka\u017cdemu po\u0142o\u017ceniu k\u0105towemu wa\u0142u mechanicznego odpowiada konkretna warto\u015b\u0107 kodowa na wyj\u015bciu. Mo\u017cna rozr\u00f3\u017cni\u0107 enkodery absolutne:<\/p>\n\n\n\n Istotn\u0105 cech\u0105 enkodera absolutnego jest znacznie wi\u0119ksza ni\u017c w przypadku innych czujnik\u00f3w liczba par diod emiter \u2013 odbiornik [6<\/a>].<\/p>\n\n\n\n Charakterystyczn\u0105 w\u0142asno\u015bci\u0105 przetwornika jest jego zdolno\u015b\u0107 do pami\u0119tania aktualnej pozycji nawet po wy\u0142\u0105czeniu napi\u0119cia zasilaj\u0105cego uk\u0142ad, co wynika bezpo\u015brednio z budowy tarczy pomiarowej. Rozdzielczo\u015b\u0107 enkodera okre\u015blana jest za po\u015brednictwem ilo\u015bci bit\u00f3w w jakich przedstawiany jest wynik [6<\/a>].<\/p>\n\n\n\n W enkoderze inkrementalnym (Ryc. 1b) sygna\u0142em wyj\u015bciowym s\u0105 impulsy zero-jedynkowe generowane przez uk\u0142ad optyczny. Sk\u0142ada si\u0119 on z emitera, odbiornika (fotoelement\u00f3w) oraz obracaj\u0105cej si\u0119 mi\u0119dzy nimi tarczy [4<\/a>], [7<\/a>]. Na niej umieszczone s\u0105 w r\u00f3wnych odleg\u0142o\u015bciach od siebie przezroczyste pr\u0105\u017cki, przepuszczaj\u0105ce cyklicznie \u015bwiat\u0142o ze \u017ar\u00f3d\u0142a do odbiornika, kt\u00f3re poddawane jest cyfrowej obr\u00f3bce przez uk\u0142ad elektroniczny.<\/p>\n\n\n\n Na Ryc. 2a przedstawi\u0142em przyk\u0142adow\u0105 tarcz\u0119 stosowan\u0105 w enkoderach inkrementalnych.<\/p>\n\n\n\n Rozdzielczo\u015b\u0107 przetwornika okre\u015bla si\u0119 jako ilo\u015b\u0107 impuls\u00f3w generowanych na jeden obr\u00f3t tarczy enkodera. Im jest ona wi\u0119ksza, tym mniejsze przesuni\u0119cia k\u0105towe mo\u017cna zmierzy\u0107. Istotnym aspektem czujnika jest poprawne okre\u015blenie kierunku obrotu wa\u0142u mechanicznego silnika. W praktycznych zastosowaniach wykorzystuje si\u0119 dwie pary uk\u0142adu emiter \u2013 odbiornik, kt\u00f3re s\u0105 przesuni\u0119te wzgl\u0119dem siebie o k\u0105t 90\u00b0, co pozwala na jednoznaczne rozr\u00f3\u017cnienie kierunku obrotu wa\u0142u enkodera przez rozpoznanie, na kt\u00f3rym kanale (A czy B) pojawia si\u0119 jako pierwszy sygna\u0142 prostok\u0105tny w jednym cyklu pracy (Ryc. 3).<\/p>\n\n\n\n Mo\u017cliwe jest tak\u017ce uzyskanie informacji o wykonaniu pe\u0142nego obrotu wa\u0142u mechanicznego poprzez dodanie kana\u0142u zerowego w postaci pojedynczego pr\u0105\u017cka na masce enkodera. W efekcie na wyj\u015bcie czujnika wysy\u0142any jest sygna\u0142 prostok\u0105tny adekwatny do przesuni\u0119cia k\u0105towego wa\u0142u. Konstrukcja enkodera inkrementalnego nie pozwala zapami\u0119ta\u0107 aktualnego po\u0142o\u017cenia tarczy przetwornika.<\/p>\n\n\n\n Jednym z g\u0142\u00f3wnych problem\u00f3w dotycz\u0105cych eksploatacji enkoder\u00f3w w trudnych warunkach otoczenia, jest wnikanie wody i zanieczyszcze\u0144 do \u015brodka urz\u0105dzenia. Poprawne dzia\u0142anie tych przetwornik\u00f3w jest silnie uzale\u017cnione od stopnia czysto\u015bci w obr\u0119bie obudowy, z tego wzgl\u0119du, \u017ce wszelkie zabrudzenia przenikaj\u0105ce do wn\u0119trza czujnika skutkuj\u0105 b\u0142\u0119dami pomiaru [8<\/a>].<\/p>\n\n\n\n Drugim wa\u017cnym czynnikiem jest mechaniczna wytrzyma\u0142o\u015b\u0107 tych czujnik\u00f3w. Negatywnym zjawiskiem, powoduj\u0105cym zbyt du\u017ce obci\u0105\u017cenie enkodera, jest brak wsp\u00f3\u0142osiowo\u015bci wa\u0142u przetwornika i maszyny, do kt\u00f3rej enkoder jest zamocowany. Pod wp\u0142ywem powstaj\u0105cych wibracji tarcza mo\u017ce zosta\u0107 zarysowana lub ca\u0142kowicie uszkodzona [8<\/a>].<\/p>\n\n\n\n Problemy zwi\u0105zane z wp\u0142ywem zanieczyszcze\u0144 na dok\u0142adno\u015b\u0107 pomiaru praktycznie nie dotycz\u0105 enkoder\u00f3w magnetycznych i pojemno\u015bciowych. Przetworniki tego rodzaju charakteryzuje mniejsza wra\u017cliwo\u015b\u0107 na wibracje i uderzenia oraz du\u017co wi\u0119ksza odporno\u015b\u0107 na uszkodzenia mechaniczne [9<\/a>].<\/p>\n\n\n\n W enkoderach magnetycznych absolutnych wyst\u0119puj\u0105 dwa zasadnicze elementy:<\/p>\n\n\n\n W nowoczesnych pojazdach<\/strong> czujniki Halla maj\u0105 wiele r\u00f3\u017cnorodnych zastosowa\u0144. W jednostce nap\u0119dowej urz\u0105dzenia tego typu pe\u0142ni\u0105 funkcj\u0119 pomiarow\u0105, dzi\u0119ki czemu okre\u015blane jest po\u0142o\u017cenie i pr\u0119dko\u015b\u0107 obrotowa wa\u0142ka rozrz\u0105du i wa\u0142u korbowego. W uk\u0142adach ABS czujnik Halla wykorzystywany jest do pomiaru pr\u0119dko\u015bci obrotowej k\u00f3\u0142. Dzi\u0119ki temu urz\u0105dzenie jest w stanie wychwyci\u0107 moment zablokowania ko\u0142a podczas hamowania i wysy\u0142a sygna\u0142 do jednostki steruj\u0105cej uk\u0142adem ABS [11<\/a>].<\/p>\n\n\n\n Czujniki magnetorezystywne maj\u0105 nieliniow\u0105 charakterystyk\u0119 z histerez\u0105 oraz s\u0105 wra\u017cliwe na zewn\u0119trzne pole magnetyczne. Ponadto, nie posiadaj\u0105 one mo\u017cliwo\u015bci wyznaczania bezwzgl\u0119dnej pozycji w ramach jednego obrotu wa\u0142u maszyny wiruj\u0105cej. Czujniki Halla nie maj\u0105 tych wad, a pomiar r\u00f3\u017cnicowy z kilku czujnik\u00f3w Halla pozwala zredukowa\u0107 wp\u0142yw zewn\u0119trznego pola magnetycznego na poprawno\u015b\u0107 wynik\u00f3w.<\/p>\n\n\n\n Z tego wzgl\u0119du, na og\u00f3\u0142, czujniki Halla s\u0105 stosowane w enkoderach magnetycznych [9<\/a>], [12<\/a>]. Napi\u0119ciowy sygna\u0142 wyj\u015bciowy z przetwornika jest przetwarzany do postaci kodu cyfrowego odzwierciedlaj\u0105cego pozycj\u0119 tarczy, tak jak w klasycznym czujniku optycznym.<\/p>\n\n\n\n G\u0142\u00f3wnymi zaletami<\/strong> przetwornik\u00f3w magnetycznych s\u0105:<\/p>\n\n\n\n G\u0142\u00f3wn\u0105 wad\u0105<\/strong> tych enkoder\u00f3w jest mniejsza w por\u00f3wnaniu do przetwornik\u00f3w optycznych rozdzielczo\u015b\u0107 [9<\/a>], [12<\/a>]. O ile rozwi\u0105zanie tego typu zapewnia d\u0142u\u017csz\u0105 \u017cywotno\u015b\u0107, enkoder magnetyczny zazwyczaj nie jest tak dok\u0142adny, jak enkoder optyczny, a niekt\u00f3re rodzaje s\u0105 r\u00f3wnie\u017c wra\u017cliwe na interferencje elektromagnetyczne powodowane przez sam silnik.<\/p>\n\n\n\n Czujniki pojemno\u015bciowe \u0142\u0105cz\u0105 zalety enkoder\u00f3w optycznych oraz magnetycznych. Przetwornik w klasycznej postaci sk\u0142ada si\u0119 z dw\u00f3ch p\u0142ytek: jednej nieruchomej, a drugiej po\u0142\u0105czonej z wa\u0142em obrotowym (Ryc. 4). Dwa rz\u0119dy podzia\u0142ek lub linii, jeden na nieruchomym, a drugi na ruchomym elemencie, tworz\u0105 kondensator o zmiennej pojemno\u015bci.<\/p>\n\n\n\n Zasada dzia\u0142ania enkoder\u00f3w pojemno\u015bciowych opiera si\u0119 na zmianie pojemno\u015bci, kt\u00f3ra odpowiada po\u0142o\u017ceniu elementu obrotowego. Przetworniki tego typu s\u0105 wykonywane jako dwu\u2013 lub trzycz\u0119\u015bciowe [8<\/a>]. W trzycz\u0119\u015bciowym czujniku pole elektryczne mi\u0119dzy nieruchomymi ok\u0142adkami kondensatora jest zaburzane przez poruszaj\u0105cy si\u0119 element z dielektryka. Natomiast w przetworniku drugiego typu jedna p\u0142ytka jest nieruchoma, a druga jest po\u0142\u0105czona z obrotowym wa\u0142kiem. Wraz z obrotami enkodera wewn\u0119trzny uk\u0142ad scalony zlicza zmiany i dokonuje interpolacji, aby okre\u015bli\u0107 pozycj\u0119 wa\u0142u i kierunek obrotu [8<\/a>].<\/p>\n\n\n\n W ten spos\u00f3b otrzymuje si\u0119 standardowe wyniki kwadraturowe oraz fazy komutacji u\u017cywane do sterowania silnikami BLDC [8<\/a>].<\/p>\n\n\n\n Do zalet technologii pojemno\u015bciowej nale\u017cy odporno\u015b\u0107 na zanieczyszczenia, takie jak piach, py\u0142 i olej oraz brak element\u00f3w, kt\u00f3re ulega\u0142yby zu\u017cyciu, takich jak diody (LED) [8<\/a>]. Dzi\u0119ki temu uk\u0142ady s\u0105 bardziej niezawodne od modeli optycznych. W obu przypadkach na podstawie zmian pojemno\u015bci generowany jest sygna\u0142 elektryczny, kt\u00f3ry po odpowiednim przetworzeniu niesie informacj\u0119 o absolutnym przemieszczeniu obrotowego elementu. Du\u017ca dok\u0142adno\u015b\u0107 oraz niezawodno\u015b\u0107 sprawiaj\u0105, \u017ce przetworniki pojemno\u015bciowe s\u0105 stosowane coraz cz\u0119\u015bciej w elektronicznych uk\u0142adach sterowania w pojazdach [8<\/a>].<\/p>\n\n\n\n Przejd\u017amy teraz do drugiej cz\u0119\u015bci tytu\u0142u artyku\u0142u i poruszmy temat awaryjno\u015bci opisanych czujnik\u00f3w<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Skutki uszkodze\u0144 we wszystkich przypadkach b\u0119d\u0105 mia\u0142y zbli\u017cony wp\u0142yw na prac\u0119 nap\u0119du, dlatego skupi\u0119 na jednym z prostszych przyk\u0142ad\u00f3w \u2013 enkoderze inkrementalnym. Jedn\u0105 z najcz\u0119stszych przyczyn awarii tych przetwornik\u00f3w jest uszkodzenie obudowy, co powoduje przedostawanie si\u0119 zanieczyszcze\u0144 do ich wn\u0119trza. Przyczynia si\u0119 to do zaburzenia pracy uk\u0142adu emiter-odbiornik, wp\u0142ywaj\u0105c negatywnie na jako\u015b\u0107 pomiaru przesuni\u0119cia k\u0105towego. <\/p>\n\n\n\n Kluczowym elementem enkodera inkrementalnego jest tarcza z podzia\u0142k\u0105, na kt\u00f3rej pr\u0105\u017cki s\u0105 roz\u0142o\u017cone w r\u00f3wnych odst\u0119pach od siebie oraz w odpowiedniej odleg\u0142o\u015bci od \u017ar\u00f3d\u0142a i odbiornika \u015bwiat\u0142a (poni\u017cej 0,5 mm). Silne wstrz\u0105sy oraz drgania mechaniczne mog\u0105 powodowa\u0107 przesuni\u0119cie tarczy b\u0105d\u017a te\u017c jej zniszczenie. Temperatura otoczenia, kt\u00f3ra przekracza dopuszczalny przez producenta zakres, oraz zewn\u0119trzne zaburzenia elektromagnetyczne mog\u0105 tak\u017ce doprowadzi\u0107 do zak\u0142\u00f3cenia pracy element\u00f3w elektronicznych, p\u00f3\u0142przewodnikowych czy te\u017c uszkodzenia przewod\u00f3w \u0142\u0105czeniowych znajduj\u0105cych si\u0119 wewn\u0105trz uk\u0142adu pomiarowego.<\/p>\n\n\n\n Wymienione powy\u017cej uszkodzenia przetwornik\u00f3w optycznych negatywnie wp\u0142ywaj\u0105 na prac\u0119 nap\u0119du elektrycznego. Skutki awarii przetwornik\u00f3w pomiarowych mog\u0105 przybiera\u0107 r\u00f3\u017cn\u0105 form\u0119, w zale\u017cno\u015bci od jej rodzaju.<\/p>\n\n\n\n Najbardziej prawdopodobne uszkodzenia enkodera inkrementalnego przedstawiono na Ryc. 5.<\/p>\n\n\n\n Awarie te mo\u017cna zdefiniowa\u0107 prost\u0105 zale\u017cno\u015bci\u0105 [13<\/a>]:<\/p>\n\n\n\n \\[\\omega_m^{enk}=\\left(1-\\gamma\\right)\\omega_m\\]<\/p>\n\n\n\n gdzie:<\/p>\n\n\n\n $\\omega_m^{enk}$ \u2013 mierzona warto\u015b\u0107 pr\u0119dko\u015bci mechanicznej, W zale\u017cno\u015bci od wsp\u00f3\u0142czynnika \u03b3<\/em>, otrzymywana warto\u015b\u0107 pr\u0119dko\u015bci mechanicznej z czujnika mo\u017ce by\u0107:<\/p>\n\n\n\n Na Ryc. 6-9 przedstawiono przebiegi:<\/p>\n\n\n\n podczas awarii czujnika pr\u0119dko\u015bci w strukturze sterowania polowo zorientowanego DRFOC, kt\u00f3ra zosta\u0142a przedstawiona w moim pierwszym artykule na blogu<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Dodatkowo w uk\u0142adzie wykorzystywany jest estymator pr\u0119dko\u015bci k\u0105towej w celu por\u00f3wnania pr\u0119dko\u015bci estymowanej z warto\u015bci\u0105 rzeczywist\u0105 oraz estymator strumienia wirnika.<\/p>\n\n\n\n W chwili t=<\/em>0 s przeprowadzono rozruch silnika do pr\u0119dko\u015bci znamionowej. Dla t=<\/em>0,25 s, t=<\/em>1,1 s, t=<\/em>1,5 s obci\u0105\u017cano silnik znamionowym momentem obci\u0105\u017cenia. Wyra\u017anie widoczne jest, \u017ce nap\u0119d pracuje w spos\u00f3b prawid\u0142owy. Strumie\u0144 wirnika utrzymywany jest na sta\u0142ej (znamionowej) warto\u015bci, a moment elektromagnetyczny zmienia si\u0119 zgodnie ze zmianami pr\u0119dko\u015bci i obci\u0105\u017cenia. Uszkodzenie enkodera nast\u0119puje w chwili t=<\/em>1s.<\/p>\n\n\n\n Nag\u0142y zanik sygna\u0142u z czujnika (podpunkt (a) z Ryc. 6-9) spowodowa\u0142 nag\u0142y wzrost pr\u0119dko\u015bci k\u0105towej silnika oraz momentu elektromagnetycznego proporcjonalnego do sk\u0142adowej isy<\/sub><\/em> pr\u0105du stojana.<\/p>\n\n\n\n Wynika to z faktu, \u017ce regulator pr\u0119dko\u015bci wystawia na wyj\u015bciu maksymaln\u0105 dopuszczaln\u0105 warto\u015b\u0107, reaguj\u0105c na nagle zwi\u0119kszaj\u0105cy si\u0119 uchyb pomi\u0119dzy warto\u015bci\u0105 referencyjn\u0105 pr\u0119dko\u015bci a mierzon\u0105, co powoduje, \u017ce zadana sk\u0142adowa pr\u0105du isy<\/sub>ref<\/sup><\/em> ustala si\u0119 na sta\u0142ym poziomie. Zak\u0142\u00f3ceniu ulegaj\u0105 r\u00f3wnie\u017c przebiegi sk\u0142adowej isx<\/sub><\/em> oraz modu\u0142u strumienia wirnika, ale w znikomym stopniu.<\/p>\n\n\n\n W chwilach obci\u0105\u017cenia silnika momentem znamionowym zmniejsza si\u0119 warto\u015b\u0107 rzeczywistej pr\u0119dko\u015bci k\u0105towej silnika. Moment elektromagnetyczny wzrasta odpowiednio do obci\u0105\u017cenia. Warto\u015bci zadane sk\u0142adowych isy<\/sub>ref<\/sup><\/em> pozostaj\u0105 bez zmian i utrzymuj\u0105 si\u0119 na maksymalnym poziomie, zatem utracili\u015bmy zdolno\u015b\u0107 do sterowania uk\u0142adem. Adekwatnie do momentu elektromagnetycznego reaguj\u0105 tak\u017ce sk\u0142adowe pr\u0105du stojana.<\/p>\n\n\n\n Bez w\u0105tpienia ca\u0142kowite przerwanie p\u0119tli pomiarowej z enkodera ($\\gamma$<\/em><\/em>=1) jest najgro\u017aniejszym typem awarii, jaki mo\u017ce si\u0119 wydarzy\u0107 i z punktu widzenia sterowania nap\u0119dem niesie ze sob\u0105 katastrofalne skutki.<\/strong><\/p>\n\n\n\n Kolejne wyniki przedstawione w podpunktach (b) i (c) z Ryc. 6-9 dotycz\u0105 uszkodze\u0144, kt\u00f3re objawiaj\u0105 si\u0119 pobieraniem przerywanego sygna\u0142u z czujnika. Mo\u017ce by\u0107 to spowodowane awari\u0105 elektroniki enkodera, przewod\u00f3w \u0142\u0105cz\u0105cych i zasilaj\u0105cych fotoelement (podpunkty (b)) lub uszkodzeniem (zablokowaniem otwor\u00f3w) tarczy enkodera (podpunkty (c)).<\/p>\n\n\n\n Nale\u017cy tutaj pami\u0119ta\u0107, \u017ce w zale\u017cno\u015bci od typu silnika, metody sterowania, rodzaju czujnika, jego budowy, rozdzielczo\u015bci i zasady dzia\u0142ania, przebieg zak\u0142\u00f3cenia mo\u017ce przybiera\u0107 nieco inn\u0105 form\u0119, jednak\u017ce wp\u0142yw uszkodzenia powinien by\u0107 zbli\u017cony do przedstawionego. Dodatkowo, przy tych awariach, skutki b\u0119d\u0105 tym dotkliwsze i bardziej znacz\u0105ce dla pracy nap\u0119du<\/strong>, im wi\u0119kszy stopie\u0144 zaawansowania uszkodzenia nast\u0105pi.<\/p>\n\n\n\n Wracaj\u0105c do przyk\u0142adu enkodera, awaria jego element\u00f3w elektronicznych wp\u0142ywa negatywnie na przebiegi pr\u0119dko\u015bci k\u0105towej, momentu elektromagnetycznego i w znikomym stopniu na przebieg modu\u0142u strumienia (podpunkty (b)).<\/p>\n\n\n\n Spowodowane jest to cyklicznymi zanikami sygna\u0142u pomiarowego z enkodera, kt\u00f3re skutkuj\u0105 wymuszeniem du\u017cych chwilowych warto\u015bci pr\u0105du stojana. W przebiegach odtwarzanego momentu elektromagnetycznego zauwa\u017calne s\u0105 silne oscylacje wynikaj\u0105ce z cyklicznego wystawiania przez regulator pr\u0119dko\u015bci maksymalnych (b\u0105d\u017a bliskich maksymalnych) warto\u015bci zadanej sk\u0142adowej isy<\/sub>ref<\/sup><\/em> pr\u0105du stojana.<\/p>\n\n\n\n Modu\u0142 strumienia wirnika i sk\u0142adowa isx <\/sub><\/em>pr\u0105du stojana w strukturze sterowania polowo zorientowanego nie reaguj\u0105 w tak istotnym stopniu jak pozosta\u0142e zmienne stanu, a obci\u0105\u017cenie silnika momentem znamionowym zdaje si\u0119 minimalnie zmniejsza\u0107 wp\u0142yw uszkodzenia na prac\u0119 nap\u0119du.<\/p>\n\n\n\n Skutki zablokowania otwor\u00f3w tarczy enkodera przedstawiono na podpunktach (c) tych samych rysunk\u00f3w. Gubienie pojedynczych impuls\u00f3w sygna\u0142u pomiarowego przy pe\u0142nym obrocie tarczy enkodera nie powoduje znacz\u0105cych negatywnych skutk\u00f3w w pracy nap\u0119du. Wynika to z faktu, \u017ce sta\u0142e czasowe uk\u0142adu regulacji pr\u0119dko\u015bci k\u0105towej s\u0105 wi\u0119ksze, ni\u017c czas trwania impulsu generowanego przy wyst\u0105pieniu awarii.<\/p>\n\n\n\n Niemniej jednak, zauwa\u017calne s\u0105 silne oscylacje estymowanego momentu elektromagnetycznego i mierzonych pr\u0105d\u00f3w fazowych silnika. R\u00f3wnie\u017c ten typ uszkodzenia mo\u017ce spowodowa\u0107 du\u017co powa\u017cniejsze konsekwencje, je\u017celi nie zostanie wyeliminowany dostatecznie szybko.<\/p>\n\n\n\n Zablokowanie otwor\u00f3w tarczy wynika z utraty szczelno\u015bci czujnika, zatem po wyst\u0105pieniu takich przebieg\u00f3w nale\u017cy si\u0119 spodziewa\u0107 eskalacji awarii<\/strong> i jej coraz bardziej znacz\u0105cego wp\u0142ywu na skuteczno\u015b\u0107 sterowania i w konsekwencji prac\u0119 silnika.<\/p>\n\n\n\n Wyra\u017anie widoczne jest, \u017ce ka\u017cdy rodzaj uszkodzenia czujnika pr\u0119dko\u015bci wp\u0142ywa niekorzystnie na prac\u0119 nap\u0119du sterowanego metod\u0105 wektorow\u0105. Najgorsze w skutkach jest ca\u0142kowite przerwanie p\u0119tli pomiarowej<\/strong>. Cykliczne gubienie impuls\u00f3w oraz zanik impuls\u00f3w z enkodera nie powoduje utraty stabilno\u015bci nap\u0119du, jednak d\u0142ugotrwa\u0142a praca w takim stanie mo\u017ce doprowadzi\u0107 do uszkodzenia silnika lub element\u00f3w energoelektroniki (np. falownika). W zale\u017cno\u015bci od stopnia zaawansowania tych awarii, skutki mog\u0105 mie\u0107 \u0142agodniejszy lub silniejszy wp\u0142yw na prac\u0119 nap\u0119du. <\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n Wspomina\u0142em wcze\u015bniej o estymatorach wielko\u015bci trudno mierzalnych (strumie\u0144 i moment<\/strong>). Uk\u0142ady te bazuj\u0105 na dost\u0119pnych sygna\u0142ach steruj\u0105cych i pomiarowych, w tym oczywi\u015bcie pr\u0119dko\u015bci k\u0105towej i pr\u0105dach stojana. W zale\u017cno\u015bci od rodzaju u\u017cytego estymatora skutki uszkodze\u0144 r\u00f3wnie\u017c mog\u0105 by\u0107 du\u017co gorsze lub przebiega\u0107 w nieco inny, ale nadal niekontrolowany spos\u00f3b<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Kolejnym czynnikiem, kt\u00f3ry ma wp\u0142yw na przebieg awarii jest samo sterowanie. Przedstawi\u0142em wyniki symulacyjne zosta\u0142y przeprowadzone z du\u017c\u0105 dok\u0142adno\u015bci\u0105 (niskim krokiem ca\u0142kowania). W praktycznych aplikacjach zar\u00f3wno tory sterowania jak i pomiarowe mog\u0105 funkcjonowa\u0107 z r\u00f3\u017cnymi i\/lub wi\u0119kszymi krokami oblicze\u0144, co spowoduje bardziej skokowe i op\u00f3\u017anione pr\u00f3by opanowania awarii, a w konsekwencji jeszcze gro\u017aniejsze stany nieustalone.<\/p>\n\n\n\n Oczywi\u015bcie istniej\u0105 ju\u017c systemy, kt\u00f3re s\u0105 w stanie skutecznie odizolowa\u0107 uszkodzenie w celu zapewnienia bezpiecze\u0144stwa systemu oraz u\u017cytkownika. Jednak\u017ce w wi\u0119kszo\u015bci przypadk\u00f3w powoduj\u0105 one awaryjne wy\u0142\u0105czenie uk\u0142adu, zw\u0142aszcza, je\u017celi nie jest mo\u017cliwa dalsza stabilna praca nap\u0119du.<\/p>\n\n\n\n ***<\/p>\n\n\n\n W nast\u0119pnych artyku\u0142ach na blogu przedstawi\u0119 metody detekcji awarii, kt\u00f3re pozwol\u0105 na skuteczne odizolowanie tylko wadliwych urz\u0105dze\u0144 pomiarowych i dalsz\u0105 bezpieczn\u0105 prac\u0119 nap\u0119du. Takie uk\u0142ady sterowania nazywane s\u0105 w literaturze systemami odpornymi na uszkodzenia FTC<\/strong> (ang. Fault Tolerant Control). Ale najpierw opowiem o uszkodzeniach czujnik\u00f3w pomiarowych wielko\u015bci elektrycznych<\/strong>, kt\u00f3re pe\u0142ni\u0105 r\u00f3wnie wa\u017cn\u0105, b\u0105d\u017a nawet wa\u017cniejsz\u0105, rol\u0119.<\/p>\n\n\n\n\n
Enkodery obrotowo-impulsowe<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
\n
![\"Uproszczony](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_1-1024x377.jpg\")
<\/a>Enkodery absolutne<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
\n
Enkodery inkrementalne<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
![\"Przyk\u0142adowe](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_2-1024x299.jpg\")
<\/a>![\"Idea](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_3.jpg\")
<\/a>Problemy eksploatacyjne enkoder\u00f3w<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Enkodery magnetyczne i pojemno\u015bciowe<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Enkodery magnetyczne<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
\n
Zalety i wady przetwornik\u00f3w magnetycznych<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
\n
Czujniki pojemno\u015bciowe<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
![\"Konstrukcja](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_4.jpg\")
<\/a>Zalety czujnik\u00f3w pojemno\u015bciowych<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Wp\u0142yw uszkodze\u0144 enkodera na prac\u0119 nap\u0119du elektrycznego<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
Przyczyny uszkodze\u0144 przetwornik\u00f3w optycznych<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
![\"Lokalizacje](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_5-1024x491.jpg\")
<\/a>Uszkodzenia enkodera<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
$\\omega_m$ \u2013 rzeczywista warto\u015b\u0107 pr\u0119dko\u015bci mechanicznej,
$\\gamma$ \u2013 wsp\u00f3\u0142czynnik pomocniczy, przy czym: -1 \u2264 $\\gamma$ \u2264 1.<\/p>\n\n\n\n\n
\n
Konsekwencje zaniku sygna\u0142u z czujnika<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
![\"Przebiegi](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_6.jpg\")
<\/a>![\"Przebiegi](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_7-1024x321.jpg\")
<\/a>
(-1 < \u03b3<\/em><\/em><\/em><\/em> < 1), od chwili t<\/em>=1s, wyniki symulacyjne, sterowanie DRFOC, \u03c9m <\/sub><\/em>= \u03c9mN<\/sub>,mo<\/sub>=moN<\/sub><\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n![\"Przebiegi](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_8-1024x314.jpg\")
<\/a>![\"Przebiegi](\"https:\/\/sii.pl\/blog\/wp-content\/uploads\/2024\/01\/napedy-elektryczne_9-1024x327.jpg\")
<\/a>Konsekwencje awarii elektroniki enkodera<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Konsekwencje zablokowania otwor\u00f3w tarczy enkodera<\/strong><\/h3>\n\n\n\n
Podsumowanie<\/strong><\/h2>\n\n\n\n