Ανάπτυξη Κλίνης Δοκιμών με Σκοπό την Μέτρηση Ωσης Προωθητήρα Ανάδρασης

Abstract

Στην παρούσα πτυχιακή πραγματοποιήθηκε η σχεδίαση και ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης διάταξης μετρήσεων ώσης προωθητήρα ανάδρασης υπό κλίμακα. Παράλληλα αναπτύχθηκε το θεωρητικό υπόβαθρο των μετρούμενων μεγεθών ενώ στα πλαίσια των εργαστηριακών μετρήσεων απαιτήθηκε η ανάπτυξη ελεγκτή στροφών για τον ηλεκτρικό κινητήρα και κατ’ επέκταση του προωθητήρα ανάδρασης. Επιπλέον αναπτύχθηκε η θεωρία για τη μέτρηση της ροπής αδρανείας του συστήματος πρόωσης. Η παραπάνω μελέτη οδήγησε στην ανάπτυξη μιας εύκολης μεθοδολογίας μετρήσεως της ροπής αδράνειας γραμμικών συστημάτων με την οποία δεν χρειάζονται ιδιαίτερα ακριβείς μετρήσεις της ταχύτητας ή της ροπής συναρτήσει του χρόνου. Η ανάπτυξη του αυτοματοποιημένου συστήματος μετρήσεων απαίτησε την γραφή προγράμματος σε υπολογιστή υπό λειτουργικό περιβάλλον Windows. Ο υπολογιστής δρα ως ελεγκτής όλης της εγκατάστασης μετρήσεων ενώ για την εκτέλεση των εντολών του υπολογιστή και υλοποίησης των μετρήσεων χρησιμοποιείται μια πρότυπη ηλεκτρονική κάρτα η οποία φέρει ένα ισχυρό μικροεπεξεργαστή. Επίσης γράφηκε κώδικας για τη λειτουργία της κάρτας ώστε να συντονιστεί με το πρόγραμμα στον υπολογιστή και για να ανταποκρίνεται στις εντολές του. Καταρχήν πραγματοποιείται μια παρουσίαση των βασικών διατάξεων της πειραματικής διάταξης των μετρήσεων ενώ μοντελοποιείται ο ηλεκτρικός κινητήρας. Στη συνέχεια αναπτύσσεται η βασική θεωρία του ελεγκτή στροφών τριών όρων «P.I.D» και εν συνεχεία μεταφέρονται οι βασικές συναρτήσεις του ελεγκτή στο διακριτό χρόνο ώστε να υλοποιηθούν στον μικροεπεξεργαστή. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η κάρτα LPC2106 και το σκεπτικό των επιλεγμένων ρυθμίσεων ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη χρήση της. Οι ρυθμίσεις αυτές είναι πολύ σημαντικές για τη ροή του προγράμματος καθώς σχεδιάσθηκε έτσι ώστε η ροή του να ελέγχεται από γεγονότα, καθιστώντας το πολύ ευέλικτο. Στο επόμενο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα υλοποιημένα πρωτόκολλα επικοινωνίας μεταξύ της κάρτας του υπολογιστή και του «Load Cell». Επίσης, παρουσιάζονται ορισμένοι βασικοί αλγόριθμοι που πραγματοποιούνται στον επεξεργαστή της κάρτας όπως της μέτρησης των στροφών και μετατροπής των δεδομένων πριν την αποστολή. Εν’ συνεχεία παρουσιάζεται η εφαρμογή η οποία γράφτηκε για τον υπολογιστή και χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση των μετρήσεων. Τέλος, η πτυχιακή κλείνει με τα δύο τελευταία κεφάλαια στα οποία πραγματοποιούνται οι μετρήσεις της αδράνειας και της Ώσης. Σε αυτά παρουσιάζεται όλο το θεωρητικό υπόβαθρο των μετρήσεων όπως η θεωρία για τον υπολογισμό της ροπής αδρανείας. Για κάθε μέτρηση γράφονται όλες οι παράμετροι εκτέλεσης των πειραμάτων και υπολογίζεται η αδράνεια και η καμπύλη ώσης συναρτήσει των στροφών. Τα κεφάλαια κλείνουν με το σχολιασμό των αποτελεσμάτων.

At this Diplomatic is design and develop a complete system for measuring the propulsion of a water jet under scale. At first there is a theoretical presentation of the needed measures of propulsion thrust and the power of water jet. Therefore needed to develop a electronic speed controller of the electric motor of the water jet system. In order to find the best fit controller used a new method which is match easier to perform with the equipment of the lab. This method is calculates the torque inertia of the complete propulsion system from the altitude of the revolution speed when applied a cosigned changed speed controller action to motor. In order this system to complete and to able to perform various measures was developed a electronic program with the use of Visual Basic to be used with a Widows operating system, PC. The computer collects and saves the data from measurements of the system during the experiments and control the overall process of it. The speed controller of the electric motor is executed at the prototype electronic card using an ARM microprocessor. This card is designed for general proposes and for development more complex systems and so there was not any similar code at the used field in this system. The code of the microprocessor was written at the C++ using the supplied compiler. The first chapter is performed a presentation of the basic compartments of the experimental system. Present the basic models of the electric motor and the theory of a controller of three terms { P.I.D }. Next is present the used electronic card LPC2106 and the basic principles for programming it. In order to communicate the electronic card with the pc and store the data had to be utilized custom protocols in order to eliminate the additional useless transited bytes of data between the Pc and LPC2106. The control of the experimental system is performed from PC and for better control, the program which developed use a graphical presentation of the measurements live during the run of the experiment. For safety of the system were embedded safety actions and controls which are presented analytical. Presents the control of the overall experimental system and introduce the usage of the programs. Finally at the two last chapters presents the measurements of torque inertia and the thrust of the water jet. It was performed with a various implementations of the electronic speed controller and selects the best fitted controller. The basic parameters and the results represent with graphs and present the results of the experiment.