060042 București, Splaiul Independenței, nr. 313, sector 6 Proiect de diplomă Reglarea turației unui motor de curent continnu cu excitație magnetică… [622955]

Universitatea POLITEHNICA din București
FACULTATEA DE ENERGETICĂ
Departamentul Științe inginerești aplicate
060042 București, Splaiul Independenței, nr. 313, sector 6

Proiect de diplomă

Reglarea turației unui motor de curent continnu cu
excitație magnetică

prezentat la

Universitatea POLITEHNICA din București
Facultate a de Energetică

pentru obținerea titlului de
inginer

Specializarea : informatică industrială

de către
Miruna Mihaela Păsărică
(absolvent: [anonimizat])

sub îndrumarea
Ș.l. dr.ing. Vasile Calofir
Susținut la data de 3 iulie 2017 , în fa ța comisiei de examinare

Conf. dr. ing. Radu PORUMB Președinte
Prof. dr. ing. Constantin BULAC Membru
Conf. dr. ing. Ion TRIȘTIU Membru
Conf. dr. ing. George Cristian LĂZĂROIU Membru
Ș.l. dr. ing. Nicoleta ARGHIRA Membru

As. dr. ing. Alexandru MANDIȘ Secretar

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

CUPRINS

1. Introducere
1.1. Scurt istoric
1.2. Motivaț ia alegerii temei
1.3. Motorul de curent continuu. Generalităț i
1.4. Echipamente numerice de comandă ș i control
1.5. Surse reglabile de cur ent continuu (generaliăț i)
1.6. Automatul programabil
1.7. Traductoare de turaț ie
1.8. Tehnici de modelare
1.9. Tehnici de reglare (SRA)
2. Tehnologii folosite
2.1 Hardware
2.1.1 Motorul de current continuu
2.1.2 Sursa reglabilă de cu rent continuu
2.1.3 Automat programabil
2.1.4 Traductorul de turaț ie (celula fotoelectri că)
2.2 Software
2.2.1 Matlab/ Simulink
2.2.2 Step 7
3. Modelarea/ Simularea și valid area funcționării motorului de cur ent continuu
3.1. Modelare
3.2. Simulare și validare
4.Alegere a și acordarea regulatorului
5. Concluzii

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

1.1. Scurt istoric

Termenii “automat” ș i “automatizare ” fac parte d in categoria celor mai utiliza ți în limbajul
ingineresc precum și în limbajul recent, î nsă păstrând proporț iile.
Ramura științifică ce se ocupă cu studiul mij loacelor prin care se realizează conducerea
proceselor tehnice, dar fără interv enția directă a operatorului uman, se numește “automatică”, iar
“automatizarea” este acț iunea de realizare de automate ș i de ech ipare a sistemelor fizico -tehnice cu
automate ce efectuează în mod automat anumite operații sau mișcă ri. Automatizările cu o
importanță deosebită sunt cele din categoria automatizărilor de comadă, mă surare, reglare, protecție
și de semnalizare.
În societate automat izările sunt utilizate atât în industrie cât și în postindustrie pentru creșterea
producției, scă derea consumur ilor specific e, asigurarea preciziei în execuție, creșterea siguranței în
funcționare, protecția instalațiilor precum ș i a operatorilor umani prin scoaterea din anumite medii
dăună toare.
Societatea umană a fost marcată de două mari evenimente în ceea ce privește dezvoltarea și
producerea de bunuri ș i servicii. Primul eveniment a fost revoluț ia industrial ă din s ecolul XVIII.
Acesta a constat î n utilizare a pe scară tot mai largă a maș inilor unelte , precum și a altor mașini ș i
utilaj e acționate de mașina cu vapori
Al doilea mare eveniment a fost revoluția științifico -tehnică ce a constat î n automatizarea
sistemelor fizico -tehnice precum ș i de a ltă natură ș i de asemenea informatizarea globală a societații
omeneș ti. De asemenea sistemele de reglare sau conducere au o istorie destul de lungă, fiind mai
vechi decât însăș i umanitatea. Cele mai multe sisteme de reglare se regăsesc î n structura primilor
locuitori ai plan etei. Un prim exemplu ce datează din preajma anului 300 î .e.n îl reprezintă ceasul
cu apă inventat de către grecul Ktesibios, invenție ce avea ca scop controlul vitezei, ș i anume
controla curgerea apei cu o viteză constantă î ntr-un con tainer, î n timp ce nivelu l apei din container
permitea mă surarea timpului.
O importantă etapă î n evoluția sistemelor de reglare a apărut în timpul revoluț iei industrial e, fapt
mețtionat ș i mai sus, mașinile realizate în această etapă necesitau vehicula rea unor importante
cantități de material ș i energie dificil de controlat manual, iar ca exemplu avem maș inile cu abur.
James Watt a facut posibilă reglarea vitezei maș inilor cu ajutorul unui regulator centrifugal, ce
făcea reg larea vitezei prin modificarea debitului de abur.
O altă etapă cu un puternic impact asupra dezvoltării sistemelor de reglare fie î n dom eniul
sistemelor de ghidare, fie î n domeniul sistemelor de fabricaț ie cu productivitate ridicată este
marcată de către cele două ră zboaie mondiale.
Evoluția automaticii este strâ nsă legată de cea a tehnologiei, în general, și a științ ei
calculatoarelo r, în particular, obținâ ndu-se rezultate semnificative în ultimele două decenii, atât în
plan conceptual dar mai ales î n plan aplicativ, ca urmar e a dezvoltă rii microelectronicii, a
introducerii circutelor electronice pe scară foarte largă, a dezvoltării s istemelor de operare î n timp
real.
La începutul noului mileniu, automatica reprezinta indubitabil, un factor esențial al societăț ii
moderne. Procesele tehnologice com plexe pot fi conduse numai apelâ nd la sisteme de conducere ce
au foarte multe bu cle d e reglare, cel mai adesea într -o puternică interacțiune. Nivelul
performanțelor, corelat cu cerințele tehnologice ce vizează controlul unor for țe sau fluxuri de
energie de valoare mare, impune precauții importante î n adoptarea tehnol ogiei de automatizare. În
afara aplicaț iilor industriale, sistemele de reglare sunt elemente centrale în funcț ionarea sistemelor
biologice, a sistemelor de comunicaț ie, a sistemelor economice și chiar a interacțiunilor umane.
Într-adevar, dacă se analizează atent, automatic a, se regăsește într -o formulă sau alta, în orice aspect
al vieț ii. [1]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

1.2. Motivarea alegerii temei

Evoluția societății este strâns legată de consumul de energie în general și de energie electrică
în special.
Energia electrică reprezintă o formă de energie secundară și este utilizată drept vector sau agent
energetic, în prezent fiind considerată elementul esențial al dezvoltării economice ș i socia le a
societății omeneș ti.
Datorită faptului că energia electrică este strâns legată de evolu ția societ ății își fac apariț ia
sistemele energetice, ce urmă resc prospectarea si exploatar ea resurselor de energie primară,
transformarea în energie secundară , transportul, distrib uția și utilizarea sub formă de energie utilă .
Sistemul electroenerget ic reprezintă unul dintre cele mai complexe sisteme pe care omul l -a
creat, atât prin întindere cât și prin structură. Î n acest si stem au loc o serie întreagă de transformă ri
succe sive în care se pleacă de la energie primară și se va ajunge la energie fina lă/utilă .
Prima sursă de cu rent continuu a fost const ruită în 1800 de către Volta, dându -se astfel startul
cercetă rilor asu pra fenomenelor electrice, iar î n 1838 un electrotehnician rus a inventat prim ul
motor electric folosit la acționarea unei bă rci.
Întrucât energia electrică apare în majoritatea aplicațiilor pe care omul le realizează, este
inevitabil să nu observăm că și industria de realizare a maș inilor devine import antă.
Începând cu mașinile cu abur, industria producătoare de mașini, a evoluat ș i ea odata cu trecerea
timpului. De la maș ini cu gaba rite foarte mari, acesta au ajuns sa aibă dimensiuni tot mai mici, i nsă
puterea instalată a ramas la fel, sau chiar a crescut în comparație cu maș inile cu dimensiuni mari.
Energia electri că a fost utilizată în domenii precum: producerea că ldurii, prin descoperirea legii
efectului termic al curentului electric, în telecomunicații , ce s -a dezvoltat ca urmare a constuirii
telegrafului, a telefonului, a radioului.
De asemenea, prin energi a electrică se poate regla turaț ia unui motor, lucru ce cu cațiva ani î n
urmă nu era posibil. Astfel porn ind de la energia electrică , ajunge m să putem regla turația unor
motoare, subiect pe care m-am decis să îl abordez î n lucrarea de licență .
Chiar titlul care este “Reglarea turaț iei unui motor de curent continuu cu excitație magnetică”
sugerează că energia electrică este un element important ce stă la baza realiză rii subiectului temei
de licență, iar mororul a cărui turație va fi reglată cu ajutorul energiei electrice este un moto r de
curent continuu. De la prima interacț iune cu titlul propus, interesul atâ t față de faptul că se
utilizeaza energia electrică cât si că are ș i o parte de s imulare a modelului, a crescut și m -a facut să
îmi doresc să aprofundez tot mai mult acest subiect.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
1.3. Motoare de curent continuu
Generalit ăți

Mașina de curent continuu este o maș ina electri că rotativă ce funcționează pe baza legii inducț iei
electro magnetice și la care mă rimile in terioare (tensiune și curent) sunt alternative, iar mă rimile
exterioare la borne sunt continue. Există însă motoare electr ostatice construite pe baza forței
Coulomb precum ș i motoare piezoelectrice. Piesa cu rol de redresor sau invertor mecanic numindu –
se colector. Aceasta se utilizează de obicei în regim de motor, deși inițial aceasta mașina a fost
utilizată ca generator î n sistemele de iluminat.
În regim de motor mașina se utilizează prepon derent în tracțiunea electrică deoarece motorul de
curent continuu dezvoltă cupl uri ridicate și are un reglaj simplu al turaț iei. În acest regim, se
alimentează înfășurarea de excitație rezultând un câmp magnetic inductor fix și constant î n timp față
de stator. Se alimenteaza înfășurarea rotorică a maș inii de la borne, rezultând prin circuitul rotoric
curenți care interacționează cu câ mpul magnetic inductor producând forțele tangențiale la laturile de
bobină. Aceste forțe duc la apariț ia unui cuplu electroma gnetic ce pun rotorul în miș care. În regim
de generator, se utilizează mai puți n fiind regăsit î n anumite centrale electrice sau î n anumite
sisteme de transport.
Elemente constructive ale motoarelor
Indiferent de tipul motorului, acesta este construi t din două părț i componente: stator ul
și rotor ul.
Statorul reprezintă part ea fixă a motorului, de obicei , exterioară , care este alcă tuit din carcasa,
realizată din fontă sau oț el ce are rol de j ug magnetic inductor. Pe carcasă sunt fixați pol ii magnet ici
principali care sunt compuși dintr -un miez polar și o talpă polară . Pe m iezul polilor principali se
află înfășurarea de excitaț ie sub forma unor bobine con centrate. Aceasta se alimentează de la o
sursă de curent continuu, curentul de excitaț ie determin ând un câmp magnetic fix și constant î n
timp.
Rotorul reprezin tă partea mobilă a motorului, situat ă de obicei în interior. Este alcă tuit dintr –
un ax , miez fieromagnetic, înfasurarea rotorică și colector. Î ntre cele două componente, există o
porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator. Gros imea î ntrefierului
este un i ndicator important al performanț elor motorului. Miezul fieromagnetic este realizat din tole
având crestături pe suprafața exterioară î n care s e amplasează înfășurarea rotorică .
Înfășurarea rotorică este alcătuită din mai m ulte bobine ce sunt î nseriate prin intermediul
lamelelor de colector. Colectorul are o formă cilindrică fiind format din mai multe lamele izolate
între ele. Legă tura cu exteriorul ( bobinele) a înfășurării rotorice se realizează prin intermediul unei
perii aflate î n contact cu lamelele colectorului.
Motoarele electrice pot fi clasificate în două categorii:
a) după tipul cure ntului electric ce le parcurge motoatele pot fi: de curent continuu ș i de curent
alternativ.
b) în funcție de numă rul fazelor curentului cu care funcț ioneaza, motoarele electrice pot fi
motoare monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze).
Motorul de curent continuu a fost inve ntat î n 1873 de că tre Zénobe Gramme prin conectarea
unui generator de curent cont inuu la un generator asemănă tor putând astfel observa că mașina se
rotește, realizâ nd conversia energiei electric e absorbite de la generator. În acest mod, el a constatat
că generatorul "inițial" e ra de fapt o mașină electrică reversibilă , ce putea lucra ca un convertizor de
energie bidirecț ional.
Mașina de curent continuu are pe stator polii magnetici ș i bobinele polare co ncentrate care
creează câmpul magnetic de excitaț ie. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul
curentului p rin înfășurarea rotorică în aș a mod încât câmpul magnetic de excitație să exercite în
permanență o forță față de rotor.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
După modul de conec tare a înfășurării de excitaț ie, motoarele de curent continuu pot fi clasificate
în:
• motoare cu excitaț ie inde pendentă – la care înfășurarea statori că și cea rotorică sunt
conectate la două surse separate de tensiune
• motoare cu excitație paralelă – la care înfășurarea statorică ș i cea rotorică sunt legate î n
paralel la aceași sursă de tensiune
• motoare cu excitaț ie serie – la care înfășurarea statori că și cea rotorică sunt legate î n serie
• motoare cu excitație mixtă – la care înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una
conectată în paralel ș i una conecta tă în serie.
Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai mu lte pere chi de poli magnetici
echivalenți. Rotorul se deplaseaza în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici se
aliniază în dreptul polilor statorici opuș i. În acelaș i timp , colectorul schimbă sensul curenților
rotorici astfel încâ t polaritate a rotorului se inversează ș i rotorul va continua deplasarea până la
urmatoarea aliniere a polilor magnetici.
Pentru acționă rile electrice de puteri mici ș i medii, sau p entru acționări ce nu necesită câmp
magnetic de excitație variabil, în locul înfășu rărilor statorice se folosesc magneți permanenț i.
Turaț ia motorului este direct proporțională cu tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers
proporțională cu câ mpul magnetic de excitație. Turația se reglează prin varierea tensiunii aplicată
motor ului până la valoarea nominală a tensiunii, iar prin slăbirea câmpului de excitaț ie se obțin
turații mai mari . Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi obț inută folosind un
generator de curent cont inuu (grup Ward -Leonard), prin î nserierea uno r rezistoare în circuit sau cu
ajutorul electronicii de putere ( redresoare comandate, choppere ).
Fiind construite î ntr-o gama extinsă de puteri, motoarele electrice sun t folosite la numeroase
aplicaț ii: de la motoare pentru componente electronice ( hard disc , imprimantă) până la acționă ri
electrice de puteri foarte mari (p ompe, locomotive, macarale). Fie o spira dreptunghiulară , fig. 1.3 ,
plasată simetric pe un miez magnetic cilindric, care la rândul sau se afla în câmpul magnetic
inductor creat de polii N si S.

Fig.1.3 Fig.1.3.1

Prin antrenarea rotorului, supus cuplului de antrenare M a al unei mașini motoare, spira se rotește cu

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
viteza unghiulară Ω, laturile spirei în lungul miezul ui magnetic având viteza tangenț iala ṽ,
perpendiculară pe vec torul inducție magnetică Bδ din întrefier. Variația acestei inducț ii în raport cu
coordonata α, fig. 1.3 , este reprezentată în figura 1.3.1 a) și reprezintă la altă scară variaț ia în timp
a tensiunii electromotoare indusă în spira, u e = 2B δlv , fig. 2.4 b), unde l este lungimea axială a
spirei . Prin urmare, tensiunea la bornele A 1, A 2 ale structurii simple din figura 1.3 este una
alternativă . Dacă în loc de a fi conectate la două inele distincte, cele două capete ale spirei se
conectează la două semi -inele, fig. 1.3 , pe care calcă perii plasate corespunză tor, tensiunea la
bornele A 1 și A 2, va avea variaț ia în timp din figura 1.3.1 c), caracterizată de o compo nentă
continuă Ub importantă . Sistemul de l amele ș i perii din figura 1.3 , care asigură redresa rea tensiunii
alternative indusă în spira, este cea mai simplă structură de colector. Pulsaț iile tensiunii la borne se
reduc pe măsură ce numă rul de spire, respectiv de lamele ale colectorului creș te.
Motor ul de curent continuu s e folosește în regim de g enerator, în regom de motor și in regim de
frână. În regim de frână electrică, motorul primește putere mecanică la arbore și putere electrică de
la rețeaua de curent continuu și dezvoltă un cuplu necesar frânării unui instalații mecanice și
totodată transf ormă ireversibil, în timp puterile primite în căldură. Presupunem că inițial mașina
funcționează în regim de motor și dezvoltă un anumit cuplu activ la o anumita viteză de rotație, iar
sensul vitezei fiind același cu al cuplului, aceasta presupunere făcând -o pentru a înțelege mai bine
funcționarea mașinii de curent continuu în acest regim. Dacă în situația mai sus presupusă se
inversează sensul tensiunii la bornele înfășurării rotorului, se adaugă o rezistență suplimentară în
serie cu înfășurarea rotorică, însă păstrând sensul inițial al curentului de excitație. Cuplul
electromagnetic își schimbă sensul odata cu curentul, iar în comparație cu regimul inițial de motor
se opune vitezei de rotație întocmai ca un cuplu de frânare.
În regim de motor electric, mașina primește energie electrica de la o rețea pe care o transformă în
energie mecanică, cu ajutorul câmpului electromagnetic, iar în regim de generator, mașina primește
putere mecanică de la un motor pe la arbore și o transformă în putere electrică deb itată într -o rețea
de curent continuu.
Motorul de curent continuu poate fi pornit astfel: prin conectarea directă la rețea, printr -o pornire
cu reostat și printr -o pornire prin reducerea tensiunii de alimentare.
Pornirea prin conectarea directă la rețea prezintă unele avantaje precum:
• un preț redus al aparaturii;
• prezintă o simplitate a schemei și a operației de pornire;
• și nu în ultimul rând avem o conectare directă a motorului la tensiunea nominală.
Ca ș i dezavantaj principal al acestei met ode de pornire este șocul de curen ce conduce la
următoarele:
• ivirea unui foc circular pe colectorul motorului;
• se observă o creștere a temperaturii înfășurărilor indusului în cazul unei funcționări
îndelungate;
• apare un cuplu de accelerare la arborele mot orului, cuplu pentru care trebuie să se calculeze
mecanismul de transmisie al mișcării;
• și are loc o cădere importantă a tensiunii la rețeaua de alimentare.
Pentru a se reduce șocul de curent de la pornire, se conectează un reostatde pornire în circuitu l
indusului motorului. Acesta este alcătuit din patru trepte rezistente legate în serie ce se introduc
total la pornire și se scot pe rând.
Deoarece reostatul de pornire produce pierderi de energie însemnate și necesită investiții
suplimentare se adoptă pornirea fără reostat, prin reducerea tensiunii de alimentare a motorului
pentru momentul de pornirii. Pentru această metodă este necesară o sursă de tensiune reglabilă de
tensiune. Inițial se aplică o tensiune redusă, iar mai apoi este crescută progresiv până la valoarea
nominală, iar pe masură ce crește turația motorului crește si tensiunea electomotoare. [2]
Motorul de curent continuu cu excitație independentă (separată) pre zintă urmă toarea caracteristică
mecanică naturală:

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.1.3.2 C aracteristica mecanică naturală
În figura de mai sus caracteristica notată cu cifra 1 reprezintă caracteristica compensata a
motorului iar cea notată cu cifra 2 rep rezintă caracter istica insuficient compensată.
Caracteristica de sarcină a mot orului este prezentată în următoarea figură:

Fig.1.3.3 Caracteristica de sarcină
a)caracte ristica de tensiune ; b) caracteristica de flux ; c) caracteristica reostatica

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
1.4. Echipamente numerice de comandă

Primul echipament cu comandă numerică a apărut în anul 1952 ăi a fost mai apoi dezvoltată și
perfecțion ată î n Sta tele Unite ale Americii din anul 1942 pentru a satisface nevoile industriei
aeronautice î n special.
Un echipament are comandă numerică dacă instrucțiunile ce permit funcț ionarea acestuia sunt
transmise sub forma unui cod. Conform definiției, prima “mașină cu comandă numerică” a fost
războiul de țesut al lui Jaquard ce avea o bandă perforată ca port program.
Inițial aces te echipamente aveau la dispoziț ie comanda ce era alime ntată prin cablu, iar inserarea
datelor se făcea prin cartelă pe rforată, însă odată cu evoluția electronicii și apariț ia
microprocesoarelor, preț ul acestor ec hipamente a scăzut până în 1970.
Apariția comenzii numerice marchează un alt pas î n dezv oltarea sistemului de control al
mașinilor unelte. Comanda numerică e ste o treaptă superioară a nivelului de control al maș inilor ș i
utilajelo r. Pentru a controla anumite maș ini-unelte sau utilaje sunt necesare mai multe domenii, cum
ar fi tipul de acționare, modul de control și limitarea mișcă rilor pe axe, modul de control al
vitezelor, modul de selectare ș i utilizare a unor f acilităti a sociate procesului de lucru.
Înainte de apariț ia comenzii numerice, automatizării îi era asociată noțiunea de productivitate,
iar după apariția acesteia, noțiunea de automatizare pe lâ ngă productivitate presupune ș i alte trei
idei directo are: precizie, rapiditate și supleț e.
Comanda numerică este un concept fundamental în care se tratează diferit comanda față de
etapele anterioare.
Prin interme diul numerelor introduse î ntr-o formă standardizată î n echipamentul numeric se
controle ază piesa, secvenț elor de prelucrare, gestionarea sculelor etc.
Echipame ntele nume rice au trecut prin trei generaț ii:
– prima fiind asociată primei raportă ri a unei mașini unelte cu comand ă numerică. Aceasta a fost
proiectată să fie operată manual și dotată cu un sistem numeric.
– a doua generație, numită și “generația benzii perforate” în care maș inile era u proiectate special,
corespunzând cerinț elor impuse de ech ipamentul numeric, con stituind împreună echipamentul
numeric de com andă , un ansamblu numeric de prelucrare.
– cea de -a treia generaț ie este cunoscută sub denumirea de sisteme “Computerized Numerica l
Control” (CNC) care se bazează pe integrarea procesului pe scară largă a ca lculatorului î n procesul
de control. Deoarece a fost in trodus calculatorul în sistemul de comndă este posibilă implementarea
unor facilităț i în comanda numerică , ceea ce era aproape imposibil de imaginat în urmă cu câ teva
decenii.
Mașinile l a care pr ogramarea se realizează prin interfaț a unui calculator se numesc “ma șini
unelte cu comadă numerică ” (MUCN) ș i folosesc un cod numeric convențional și comandă aceleași
lanțuri cinematice. [3]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
1.5. Surse reglabile de curent continuu

Fig.1.5.1 Generatorul ideal de tensiune

În tot mai multe probleme, atât de curenți tari (energetică, electrotehnică), dar și de curenți slabi
(electronică), se utilizează frecvent noț iunea de sursă ideală . Aceste surs e sunt de două tipuri:
1. surse (generatoare) ideale de tensiune;
2. surse (generatoare) ideale de curent.
1. Generatorul ideal de tensiune
Un generator ideal de tensiune are proprietatea că tensiunea la borne , U b, este constantă
indiferen t de mă rimea curentulu i debitat (indiferent de sarcină ).
Un astfel de generator și caracteristica de sarcină , U(I), a acestuia este prezentată î n figura de mai
sus, unde tensiunea la borne U b este egală cu tensiunea electromotoare E 0 a generatorului id eal
(Ub=E0), iar rezistența internă a sursei ideale este n ulă ( r=0).
Generatorul ideal d e tensiune nu poate exista totuși î n realitate, deoarece, conform legii lui
Ohm:
0EIR , la alimentarea unei sarcini R, în condițiile î n care
0 R , generatorul este î n regim
de scurtcircuit, iar curentul ar trebui să tindă că tre ∞ și ca urmare puterea cedată de
generator
0 bbP U I E I    ar tinde tot către infinit, iar acest lucru nu este posibil.
Prin ur mare, un generator real debitează o putere finită pe la b orne și are o rezistență internă
0r
.

Fig. 1.5.2 Generatorul real de tensiune

Tensiunea la bornele generatorului real este
0 bU E r I   , caracteristică U(I) fiind căzătoare, ca î n
figura 1.5 .2. Aceasta caracte ristică intersectează abscisa (U b=0) î n punctul M, punct î n care

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
curentul ia v aloarea curentului de scrutcircuit:

00
M scEEIIR r r   . Din ecuaț ia tensiunii la
borne, se vede că se ajunge la c azul ideal (sursa ideală ) atunci cand
0r .
2. Generatorul ideal de curent
Un gen erator ideal de curent se bucură de proprietatea ca intensitatea curentu lui debitat este
riguros constata tă și nu d epinde de variaț iile tensiunii la borne (fig. 1 .5.3). În acest caz se poate
scrie ca:
g scII , iar caracteristica U(I) arată ca o dreaptă paralela cu axa ordonatelor.

Fig.1.5.3 Generatorul ideal de curent

În realitate, un asemene a generator nu poate sa existe deoarece, conform legii lui Ohm
b scU R I
se aplică laturii AB , ce are sarcina R, iar dacă R→∞, adică generatorul merge în gol ș i
tensiunea U b→∞, precum și puterea debitată de generator
bbP U I în acest caz ar tin de tot că tre
infin it, lucru ce nu se poate realiza practic , adică astfel de generatoar e ideale nu pot fi construite, î n
timp ce genera toarele reale au o putere finită , respectiv o rezistență internă finită .
Schema echivalentă a generatorului real de cu rent conține rezistența (cond uctanța) echivalentă î n
paralel cu generatorul .

Fig.1.5.4 Generatorul real de current
În acest caz, curentul debitat de că tre generator devine
' b
sc scUI I I Ir    , iar în cazul în care
rezistența internă lipseș te (r→∞) se revine la cazul generatorului ideal de cu rent.
Sursa de tensiune reglabilă pe care o voi utiliza în realizarea lucrării de licență este o sursa ce are
în componența ei un tranzi stor mosfet. La aceste tipuri de tra nzistoare poarta este izol ată prin
intermediul unui strat de oxid de siliciu și curentul de poartă este de ordinu l zecilor de picoamperi,
iar curenții de drenă și sursă sunt practic egali. Anumite tranzistoare mosfet funcționează până când
se face ceva pen tru a le micș ora curentul, adică au canal iniț ial (depletion mode) , în timp ce
majoritatea lor au canal i ndus (enhancement mode), adică nu conduc decât dacă se aplică un câmp
care să “sape” un canal conductor.
Tranzistoarele mosfet sunt dispoz itive ele ctonice cu trei canale active anume : poartă G, drena D
și sursa D și mai au î n plus un terminal legat la substratul pe care a fost realizat tranzi storul,
terminal ce trebuie menținut la cel mai coborât potenț ial din circuit. Funcționarea mosfetului se

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
bazează pe controlul conductanței electrice a canalului între drenă si sursă , control ce se face prin
tensiunea poartă -sursă . După polaritatea lor, există două tipuri de tranzistoare MOS: cu canal n
(NMOS) sau cu canal p (PMOS), iar după principiul de funcțio nare, așa cum am menț ionat mai sus,
avem tranzistoare cu canal indus ( nu există canal î nainte de aplicarea unei anumite tensiuni pe
poartă) sau cu canal iniț ial (tensiunea aplicată pe poartă micșorează conductanț a canalului existent).
Simbolurile și prescu rtările speciale se găsesc î n figura 1.5.5. Dintre cele două tipuri, N MOS si
PMOS, sunt preferate cele NMOS pentru că au performanț e mai bune , modul lor de comandă fiind
similar cu cel al tranzistoarelor bipolar NPN.

Fig.1.5.5 Tranzistoare mosfet ș i tipurile de bipolar similar

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
1.6. Automatul programabil

Automatele programabile (AP) sau programmable logic controllers (PLC) sunt echipamente
destinate conducerii automate a proceselor industriale. Structura unui proces a utomatizat cu
ajutorului unui automat programabil are structura ca in figura 1.6.1 :

1.6.1 . Structura unui proce s automatizat cu ajutorul unui automat programabil

Astfel automatul programabil realizează cele două sarcini principale ale automatiză rii unu i
proces ș i anume:
➢ măsura, ce presu pune monitorizarea stă rii procesului prin achiz iția la intră rile automatului a
variabilelor de proces, prin intermediul unor senzori, bu toane, limitatoare de cursă , etc.
➢ controlul, c e presupune prelucrarea informaț iilor primite de la intrări ș i generarea
comenzilor necesare spre elementele de ex ecuție din procesul automatizat , conform unui program
specific.
Automatizările discrete ce utilizează o comandă realizată cu elemente electromecan ice,
pneumatice sau electronice în logica cablată, pot fi î nlocuite cu automate programabile ce aduc
flexibilitate, structură compactă, siguranță marită în funcționare și programare ușoară si rapidă .
Un automat programabil poate fi definit ca un sistem specializat destinat pentru tratarea
problemelor de logica secvențiala ăi combinațională, simulând structurile logice de comandă printr –
o configurație elastică, programabilă .
Aceste automate programab ile sunt adaptabile pentru funcționarea în mediul industrial, putând
opera într -o plaja largă de temperatură și umiditate, fiind ușor adaptabile la interfațarea cu orice
proces și nu ridică problem e deosebite privind formarea pe rsonalului de dese rvire datorită
facilităț ilor de programare oferite. Caracteristicilor de mai sus la care se mai pot adauga și
robusteț ea generală a echipamentului și prețul de cost relativ redus, f ac ca automatele programabile
să costituie o pondere destul de importantă î n sistemele de conducere a sistemelor de automatizare
industrial ă. Datorită simplității programării, accesibilității ș i fiabilității ridicate î n explo atare, aceste
echipamente au apărut într -o gama tot mai largă de aplicaț ii.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
Automatul progr amabil es te recomandat atunci când se lucrează în medii cu condiț ii ce
presupun un “stres” industrial ridicat, precum noxe, vibr ații, variații de temperatură ș i tensiune.
Program area acestor aparate este simplă și constă în scrierea directă de la un terminal al unu i șir de
instrucț iuni, conform cu diverse diagrame de semnal, organig rame sau al unor seturi de ecuații
boleene.
Execuția instrucțiunilor este ciclică , ceea ce face ca derularea rapidă a unui program în raport cu
timpii de ră spuns ai p rocesului să pe rmită sesizarea evenimentelor la puțin timp după ce apar, fără
riscul p ierderii de informații sau de pertur bare a pro cesului, existâ nd de asemenea și posibilitatea
lucrului cu î ntreruperi pentru procesele foarte rapide.
Structura de principiu a automatelor programabile

Automatul programabil funcționeaza doar dacă are o secvență de instrucțiuni salvată î n
memorie. Acest ă secvență de instrucț iuni este considerată a fi programul. PLC -ul exacută
programul începând de la prima linie până la ultima ș i apo i se reia aces t ciclu. Acest procedeu se
numește “scanare”. Ciclul î ncepe prin citirea întrărilor și apoi execută programul și se încheie prin
modificarea ieșirilor. Programul principal conține subroutine și î ntrerupe ri de program, iar dacă se
dorește inst alația să realizeze o anumită sarcină la pornire, se poate fol osi o subrutină, î ntreruperile
de program sunt dictate de anumite evenimente ce au loc la anumite momente.

Fig. 2.1.3.1 Schema bloc a unui PLC
Intrările din proce s sunt realizate sub form a diverselor elemente de comandă și măsurare
incluse în sistemele operaționale ș i auxiliare ale instalaț iilor automatizate precum: butoane,
comutatoare, limitatoare de cursă , senzori fotoelectr ici, senzori de proximitate ș .a.
Ieșirile dirijează a cționarea elementelor de execuț ie de tip ul releelor, contractelor, lă mpilor de
control, elect ro-valvelor, elementelor de afiș are etc.
Intrărilor și ieșirilor trebuie să li se acorde o atenție deosebită, deoarece în aceste zone mă rimile
electrice pr ecum tensiunea ș i curentul, vehiculele ating valor i ce pot afecta unitatea central ă de
procesare CPU (central processing unit – microproceso rul automatului programabil), făcând necesară
prezența unor circuite care să izoleze CPU de influienț a acestora.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
Unitatea centrală de procesare CPU, este considerată de fapt “creierul” automatului prog ramabil și
poate fi impărțită î n uni tatea de control, unitate logică ș i de calcul. Unitatea de c ontrol este cea care
coordonează toate transformă rile de date furnizate de proces, efectuează operații logice asupra
datelor recepționate și asigură alocarea co respunzătoare a rezultatelor obținute la ieș irile
programate. Acestea mai execută ș i o prel ucrare de informație numerică de la p roces, rezultatul
acestor operații condi ționâ nd sta rea operatorilor logici ai unității de calcul, î n timp ce unitatea de
program are permite introducerea și definitivarea programului în raport cu evoluția mașinii și cu
modificările impuse în secvențele de funcționare de bază ale acestuia.
Memoria automate lor programabile este segmentată în zone, una rezervată variabilelor de
intrare -ieșire, alta destinată variabilelor ce def inesc starea internă a automa tului și ultima este
rezervată programului ce urmează sa fie executat, această segmentare fiind orientativă și putâ nd
exista diferenț e de la un tip de automat la altul. Î n memoria automatului programabil se poate afla
un singur pr ogram, la un moment dat, ce nu ține cont de mărimea acestuia și de spațiul de memorie
ocupat, însă memoria automate lor programabile nu poate fi folosită pentru stocarea programelor,
stocarea acestora real izându-se pe dispoz itive de stocare externe, uzual pe calculator, prin
intermediul căruia se face programarea ș i transmiterea programelor.
Prog ramarea unui PLC se poate face în mai multe m oduri, dar cel mai folos it mod este cel ce
utilizează “diagrama scară ” sau “ladder diagram”. Aceasta este un mod de progra mare asemănător
cu descrierea electrică clasică a unui sistem c omplex. Diagramele ladder (scară ) presupun
transpunerea imediată , folosind simbolurile grafice pentru contacte, bobine, noduri a le schemelor de
automat izare echivalente realizate cu contacte ș i relee clasice. Modalitatea ace asta permite
introducerea rapidă ș i iterative a schemelor de comandă în forma clasică . [plc 1]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
1.7. Traductoare de turaț ie

Cunoscute sub numele de elemente de măsură , traductoarele sunt destinate pentru măsurarea
mărimilor conduse și a unor mărimi semnificative pe baza cărora se pune în evidență echilibrul
proceselor. Prin intermediul lor, se obț in informaț iile necesare conducerii automate a proceselor în
circuit închis, fiind mon tate de regula pe bucla de reacț ie.
Trad uctoare au un principiu de funcț ionare simpl u: elementul sensibil efec tuează operația de
măsurare propriu -zisă, în timp ce elementul traductor asigură transformarea semnalului într -un alt
semnal, în general electric sau pneumatic, unificat, semnal ce se pretează pentru transmiterea la
distanță . Aces tea sunt elemente din co mponența sistemelor automate, și au rolul de a mă sura
valorile parametrului reglat ș i de a converti a cest parametru (mărime) într -o mărime fizică ce este
compatibilă cu mă rimea de intrare în elementul următor al sistemului. Sunt alcătuite din elementul
sensibil și elementul traductor .
Elementul sensibil numit ș i detector este cel care efectuează operația de măsurare propriu –
zisă, iar elementul traductor care mai este numit și adaptor este elementu l ce realizează
transformarea sau adaptarea semnalul ui într -un alt semnal, în general electric sau pneumatic,
unificat, semnal ce poate fi transmis la d istanță .
Performanțele traductoarelor sunt indicatori care permit să se aprecieze măsura în care
caracteristicile reale corespund cu cele ideale și ce condiții sunt necesare pentru o bună concordanță
între acestea.
Principiul de funcționare: o mărime de intrare notată Xi (ce poate fi presiune, nivel, forță etc.)
aplicată circuitului de automatizare, este convertită într -o mărime intermediară X0 (deplasare liniare
sau rotire ) de că tre elementul sensibil , care mai apoi este transformată în mărimea de ieș ire X e
(tens iune e lectrică, rezistența electrică, inductanța, capacitate etc.), cu ajutorul adaptorului.
Performanț ele traductoarelor se pot aprec ia pe baza unor caracteristici pre cum:
➢ natura fizică a mărimilor de ieșire ș i de intrare ;
➢ puterea consumată la intrare ș i cea transmisă elementului urmă tor, de cele mai multe
ori, puterea de intrare este relativ mai mică, pentru că elementul următor î n sch ema de automatizare
este aproape mereu un amplificator;
➢ caracteristica static ă a traductorului ;
➢ liniaritatea – care face referire la aspectul caracterist icii statice a elemetelor, adică aceasta
caracteristică nu trebuie să prezinte curburi și h isterezis pe tot domeniul de variație al mărimilor de
intrare și ieș ire;
➢ sensibilitatea absolută sau panta K a. Panta K a reprezintă raport ul dintre variația mărimii
de ieșire si a mă rimii de intrare: K a
00e
iX
X , iar sensibilitatea reprezintă limita r aportului dintre
variația infinit mică a mărimii de ieșire și cea de intrare, când l imita tinde spre zero:
0lim
ie
xiX
X
 . Este
de dorit ca sensibilitatea să fie constant ă pe tot do meniul de măsura, adică element ul să fie liniar, î n
caz co ntrar sensibilitatea se poate d efini în jurul oricărui punct de funcț ionare . Toate elementele de
măsură prezintă în mod normal un anumit prag de sensibilitate , adică o valoare limită ∆X i, sub
care nu mai apare o mărime măsurabilă la ieș ire;
➢ panta medie (K m) ce se obține echivalând caracteristica statică cu o dreaptă având
coeficientul
unghiular:
a mK tg K
➢ domeniul de mă surare care este definit de pra gurile superioare de sensibilitate X i max și
Xe max

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
și cele inferioare X i min și X e min și reprezintă intervalul în care variază mărimea de intrare și î n care
traductorul are precizia cerută ;
➢ precizia care este definită de eroarea relativă a traductorului, exprimată în pro cente
00e
eXPX
;
➢ rapiditatea sau timpul de ră spuns – intervalul de timp î n care un semnal aplicat la intrare
se va resimți la ieș irea elementului ; acest timp poate fi oricâ t de mic, da r niciodată nul, putând fi
asimilat cu inerț ia;
➢ finețea sau gradul de finiț e- este caracterizat prin cantitatea de energie absorbi tă de
traductor din mediul de măsură, care se recomandă să fie cât mai mică pentru a nu influiența
desfăș urarea procesului;
➢ comportarea dinamica – este caracteristica ce se referă la capacitatea elementului traductor
de a reproduce cât mai exact și fără în târziere variațiile mărimii mă surate;
➢ reproductibilitatea care este proprietatea elementelor de a -și menține neschimbate
carac teristicile statice și dinamice pe o peri oadă cât mai lungă de timp, în anumite condiț ii de mediu
admisibile.
Alegerea traduct orului se va face în funcție de parametrul reglat, de mediul de măsură, de tipul
semnalului: continuu, electric sau neelectric, discontinuu, ș.a.[4]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
1.8. Tehnici de modelare

O m etodă de studiu a unor procese ș i fenomene este modelarea , care se realizează prin
substit uirea obiectului real al cercetă rii. Este utilizată ca metodă de cercetare de mai m ult timp, ceea
ce sugerează că este o metodă veche, fiind utilizată mai întâ i modelele fizice prin similitudine, apoi
cele co nstruite prin analogie î nlocuind de multe ori obiectul real supus cercetă rii.
Modelele sunt reprezent ări ale realit ății. De obicei, se pot construi modele mult mai simple decât
realitatea, pe baza c ărora putem s ă prevedem și să explic ăm cu un înalt gra d de acurate țe, fenom ene
complexe, lucru pe care nu îl putem face dacă modelele sunt la fel de complexe și greu de manevrat
precum realitatea. Explica ția const ă în faptul c ă, deși pentru a descrie un fenomen este necesar un
număr mare de variabile, de obic ei pu ține dintre acestea au rol esen țial. Important este s ă
descoperim care sunt acele variabile și rela țiile dintre ele.
Modelele pot fi : liniare sau neliniare, variante sau invariante î n timp, continue sau discrete,
parametrice sau neparametrice, SI SO/SIMO/MIMO/MISO (S single, M multiple, I input, O output –
cu una sau mai multe ieșiri și/sau intră ri), deterministe sau stocas tice, cu parametrii distribuiți sau
concentrați, intrare/ieșire sau intrare -stare -ieșire. [curs ira]
Un loc important î n ansamblul metodelor de modelare îl ocupă modelarea matematică, mai ales
prin faptul că î n ziua de azi calculatoarele cu capacitate mare de memorare și viteza mare de lucru,
oferă numeroase facilităț i. Astfel modelele matematice au apă rut din necesitatea de a descrie ș i a
studia formal comportarea unui ansamblu de sisteme reale, cu scopul de a controla ș i a dirija
activitatea lor viit oare. O structură matematica elaborată împreuna cu o listă de corespondențe între
simbolurile matematice și obiectele științ ei concrete considerate, a dus la ceea ce numim model
matematic sau model de indentificare .
Modelul de identificare este un fel de “carte de identitate” a procesului studiat, ce reflectă relaț ia
dintre i ntrarea ce stimuleaza procesul ș i ieșirea ce codifi că reacția corespunză toare a acelui proces,
iar construcția lor se bazează pe date le experimentale furnizate de că tre cutia neagră .
Marea majoritate a sis temelor din diverse ramuri ale științ ei, au un grad ma re de complexitate
fiind descri se de un nu măr mare de variabile și interacț iuni, putând spune că procesul este văzut ca
o cutie neagră (black box) care este capabilă sa ofere informaț ii despre mecanismele care determină
dinamica acesteia, numai dacă aceasta este stimulată corespunză tor. În numeroa se cazuri încercă rile
sau măsură torile directe asupra fenomenelor din sisteme sunt anevoioase sau chiar imposibile, iar
cauzele sunt diverse precum: prea periculos, prea lent, prea scump, prea rapid, prea complicat, nu se
pot realiza condiț iile studiului, influienț a mediului e ste prea puternică, nu există mijoace necesare,
sunt restricț ii etice, trebuie repetat de foarte multe ori sau obiectul studiat există doar î ntr-un singur
exemplar.
Aplicațiile ce se folosesc î n procesul de identificare a modelel or sunt:
• simularea, p entru evidenț ierea caratreristicilor principale și/sau a comportamentului în
divese
situaț ii;
• recunoaș terea de forme ;
• prelucră ri de semnale;
• prognoză ;
• diagnoză de defecte ;
• proiectare de sisteme automate de conducere sau reglare.
Identificarea este de două tipur i: → identificare experimentală ;
→ identificare analitică .
Identificarea analitică presupune determinarea parametrilor fizici ai proceselor, iar pentru aceasta
se utilizează legile fizico -chimice, legi ce stau la baza dinamicii proceselor (ecuații de echilibru
static, ecuaț ii de bilant de masa, etc.), ceea ce duce la un model analitic, î n tim p ce identificarea

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
experimentală presupune determinarea unor parametrii fără semnificaț ii fizice, care des criu
comportamentul procesului î n jurul unui anumit punct de funcționare ajungâ ndu-se astfel la un
model experimental , ce are urmă toarel e caracteristici: generalitate ș i validitate li mitată la anumite
procese, semn ale de s timul sau la anumite punc te de funcționare ale aceluiaș i proces ; interpretare
fizică dificilă, deoarece î n majoritatea cazur ilor parametrii nu au semnificaț ii fizice clare , fiind
utilizați ca instrumente menite să ușureze descrierea funcționării procesului , însă determinarea
modelelor exper imentale este adesea realizabilă prin metod e algoritmice ceea ce le conferă eficiență
si simplitate.
Princi palul inconvenient al identifică rii este faptul că mărimile care trebuie mă surate, unerori nu
sunt direct acces ibile pentru amplasar ea senzorilor corespunzători, efectuâ ndu-se astfel măsură tori
indire cte prin amplasarea senzorilor î n locul accesibil cel mai apropiat de zona ce trebuie
identificată, însă aceste date mă surate sunt afectate de zgomote de măsură și int erferențe, care î n
absența unor tehnici de deparazitare a datelor conduc la un model inadecvat. Zgomotele de măsură
nu trebuie sa domine datele utile, deoarece cu câ t ace stea sunt mai importante, cu atât procesul este
mai puțin identificabil. Operația fund amentală pentru reducerea z gomotelor este filtrarea, operație
ce se efectuează cu ajutorul filtrelor care sunt sisteme dinamice cu proprietatea de a modif ica
semnalul de intrare/stimul în ceea ce privește caracteristicile sale în frecvență, ceea ce înseamn ă că
zgomotele de ina ltă frecvență sunt atenuate. [curs mircea]
Pentru obț inerea unui m odel matematic pe cale analitică, se impune parcurgerea urmă toareleor
etape:
1. Stabilirea con exiunilor procesului cu mediul î nconjurator, a ip otezelor simplificatoare
asupra sistemului, ipo teze ce reduc efortul de analiză ;
2. Determinarea ecuaț iilor de bilanț pentru masele, energiile ș i impulsurile ce apar în cadrul
sistemului . Scrierea acestor ecuaț ii se fac e pentru componente sau pentru întreg sistemul,
evidenț iidu-se elementele acumulatoa re și disipatoare de energie în structura acestuia. Ecuațiile de
bilanț reprezintă ecuații diferențiale ce reflecta variații ale acumulărilor, acestea fiind ecuaț ii de
stare ale sistemului;
3. Stabilirea ecuaț iilor de stare fizico -chimic e;
4. Stabilirea ecuaț iilor fenomenologice pentru cazul proceselor ireversibile precum procesele
chimice, de difuzie și de propagare a că ldurii;
5. Prelucrarea modelului teoretic. Modelul teoretic obț inut este sub forma unor ecuaț ii
ordinare și/sau cu derivat e parț iale, de cele mai mul te ori fiind destul de complex și inutilizabil
pentru aplicațiile inginerești ș i de aceea este supus unor simplifică ri precum:
 Liniarizarea ecuațiilor neliniare cu derivate parțiale, atunci când funcț ionarea
procesului are loc în vecină tatea unui punct nominal,
 Aproximarea prin ecuații diferențiale or dinare a ecuațiilor cu derivate
parțiale;
 Reducerea ordinului ecuațiilor difernț iale ordinare; [1]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig. 1.8.1 Etapele principale ale identifică rii

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
1.9. Tehnici de reglare

Reglarea e ste operația de menț inere a mărimii de ieș ire a unui proces la o valoare cât mai
apropiată de cea a unui mărimi de referință în condițiile modificării în timp a mărimii de referință și
a acțiunii perturbațiilor asupra unui proces reglat. Problema reglă rii con stă în elaborarea unei
condiț ii asupra procesului reglat astfel încât mărimea de ieșire a procesului să urmărească câ t mai
aproape o m ărime de referință dată, în condițiile în care apar anumite perturbaț ii asupra pro cesului.
Comanda este dată de că tre un element de decizie, numit și regulator, după o lege de comandă, pe
baza valorii curente a ieșirii procesului, a referinței și a perturbaț iilor. Sistemele de reglare
automată sunt sisteme cu scopul de a elimina erorile generate în mod automat , cu conexiune inversă
(cu buclă de reacție sau cu circuit închis) care își decid comportamentul față de mărimile externe.
Cu ajutorul reacției neg ative este posibilă atâ t stabilizarea unor sisteme natural e instabile, cât ș i
îmbunătățirea per formanțelor sistemului în circuit închis și atenuarea perturbațiilor externe
nemăsurabile.

Fig.1.1.8 Modelul structural al unui s istem de reglare automată (SRA)

Elementele componente ale unui SRA sunt: Yr – mărimea de referință
ε -eroarea
Xc –mărimea de comandă
Xm – mărimea de execu ție
Y- mărimea măsurată
R.A – regulatorul automat
E.E – element ul de execuț ie
I.T – instalația tehnologică
Tr – traductor
P- perturbaț ii
Pentru caracterizarea instala ției tehnologice sunt necesare întelegerea funcționării acesteia,
cunoaș terea regimul ui nominal de funcț ionare, pertur bațiile ș i locul de apl icare al ac estora,
particularităț ile sur sei de energie ș i a posibilităț ilor de ajustare precum dimensiunie fizice și
conexiunea cu cerințele de preformanță .
Alegerea unui traductor se face luâ nd în considerare caracteristici precum precizia de mă surare,
liniariza rea caracteristicii statice, sensibilitatea traductorului și capacitatea de rejecție a
perturbațiilor, finețea și fidelitatea, viteza de ră spuns, compatibilitatea cu cerințele de mediu precum
și costul t raductorului. Acestea furnizează mărimea măsurată ca semnal unificat iar de cele mai
multe ori acesta este sub forma de curent continuu în forma, iar mă rimile fizice sun t convertite în
mărimi mă surate.
Deoarece, mărimea de execuție ș i calitatea nu sunt specifice fiecărui proces, de cele mai multe ori
cele două componente ale structurii sunt direct conectate la proces, traductorul și elementul de

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
execuție, pot fi incluse în cadrul obiectului condus rezultând schema funcțională compactă a
sistemului automat.
Regulatorul prelucrează referința Y r și ieș irea măsurată y sau/și eroarea ε(t)=Y r(t)*y(t) după legi
bine definite: u(t)=f (Yr(t), ε(t), Y(t)). Eroarea ε(t) se generează automat în c adrul regulatorului. Se
spune că un SRA îndeplinește sarcina de reglare dacă, indiferent de acțiunea mărimilor exogene ce
acționează asupra procesului, este îndeplinită condiția de reglare:
lim ( ) 0
tt
 pentru ∀t ∈ℝ.
Un sistem de reglare realizează condiț ia de reglare Y(t)= Y r(t), în caz ideal, oricare ar f i referi nța
și perturbatiile. De asemene a pro blema de reglare poate fi împărțită în problema rejecției efectului
perturbației și problema urmăririi referinț ei.
Pentru un proces rapid, metoda optimă de alegere și acordare a regulatorului este metod a
criteriului, varianta Kessler, întrucâ t procesul nu are timp mort.
Legile de reglare de tip PID fac parte din clasa legilor de reglare convenționale, utilizâ nd una
sau mai multe din componentele : proportional ă, integrală sau derivativă .
Legea de reglare de tip P are următoare formă ideală :
u(t)=K R*ɛ(t)
HRP=K R,
în care K R este constanta de proporționalitate, iar ră spunsul ideal al regulatorului pen tru o treapta de
referință
r și o valoare inițială zero a erorii este:

Fig.1.9.1 Ră spunsul regulatorului P

Pentru utilizarea regu latorului P, procesul trebuie să fie a-priori stabil, iar performanțele obținute
să fie limitate, î n mod special eroarea de reglare în regim staț ionar la referin ța treaptă care va fi
diferită de zero.
Legea PI de reglare este:
 * ( ) * ( )R
R
IKu t K t dT    

1( ) 1PI R
IH s KTs

sau
1( ) *PI R IH s K Ks ,
în care K R este constanta de proportionalitate, T I este constanta de timp de integrare iar K I este
constanta de integrare și reprezintă parametrii regulatorului. Prezenț a componentei de integrare
poate genera efecte nedorite din cauza saturării, însă eroarea de regim staționar la referința treaptă,
î0n structurile ce conț in regulatorul PI, este egală cu zero.
Răspunsul ideal al acestui tip de regulator este:

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.1.1. 9.2 Ră spunsul regulatorului PI

Forma generală a legii de reglare de tip PD este:
()( ) * *Rddtu t K Tdt

 ( ) 1 *PD R dH s K T s
sau
*PD R DH K K s ,
în care parametrii regulatorului sunt: K R constanta de proporț ionalitate, T d constanta de timp de
derivare sau K D constanta de derivare. Aceasta componentă derivativă are caracter anticipativ, și are
ca dezavantaj faptul că amplifică zgomotele din SRA și î n acest fel poate cauza saturarea
elementelor de exe cuție.
Răspunsul unui a stfel de regulator este:

Fig.1.1.9.3 Ră spunsul regulatorului de tip PD

Din toate legile de reglare preze ntate mai sus, cea mai utilizată combinaț ie de componente P, I
și D este legea de reglare PID î n forma standard, fie serie, fie paralel. Desigur ca există și diverse
alte combinații structurale, cunoscute ș i sub n umele de algoritmi PID -modificaț i. [curs ira]
Elementele pe baza cărora se pot compara între ele diferite regulatoare și care caracterizează un
regulator automat, î n scopul aleg erii celui mai ad ecvat tip de regulator sunt urmă toarele:
➢ Natura fizică a mărimii de intrare și ieș ire
➢ Mediul î n care vor lucra regulatoarele
➢ Gradul de complexitate și performanțele ce se impun mă rimii reglate. De obicei,
pentru majoritatea proceselor, le gile de reglare P, PI, PD și desigur PID sunt satisfăcătoare, însă
există și procese la care se impun, datorită strategiilor complexe de conducere, regulatoare cu

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
structuri specia le, precum cele de tip extern al, adaptativ etc. Dar, de cele mai multe ori a stfel de
structuri sunt realizate cu structuri numerice
➢ Posibilitătile de integrare î n sisteme numeri ce de conducere complexe precum
calculatoarele de proces
➢ Parametrii legii de reglare: constanta de timp de integrare T i, constante de timp de
derivare T D și banda de proporț ionalitate BP
➢ Viteza de ră spuns a procesului automatizat
➢ Transferul funcționării “automat -manual” și invers, fără ș oc și fără echilibrare
prealabilă
➢ Numărul de elemente de execuț ie ce pot fi comandate sim ultan de că tre un regulator,
în paralel.
Pentru a proiecta un regulator aut omat specializat, calculul funcț iei de reglare este un ul analitic
și se urmărește ș i o proiec tare constructivă, de dimensionare ș i de alegere a valorilor specific e
blocurilor componente. Desigur în cadrul proie ctării trebuie verificate și condiț ii suplimentare
privind s tabilitatea, controlabilitatea ș i observablitatea sistemului sau sensibilitatea acestuia.
Proiectarea regulatoarelor automate se face atat pe baza datelor iniț iale furnizate de
caract eristi cile elementului de execuție și ale instalației tehnologice, ce alcătuiesc partea fixată
dintr -un sistem de reglare automată , cât și pe baza performanțelor de regim staționar ș i tranzitoriu
ce se urmă resc a fi realizate î n cadrul sistemului.
Pentr u că parametrii regulato rului automat (RA) se pot afla î n interval e mult mai largi decâ t
cele necesare la reglarea pro cesului respectiv, este necesară operaț ia de acord are a regulatorului
ales, operație ce constă î n ajustarea parametrilor reguatorului K r, TI, TD. Dar daca aceasta acordare
are ca scop optimizarea procesului reglat conform unui anumit criteriu, cum ar fi minimizarea
erorii, ea devine o acordare optimă a RA.
Pentru alegerea, proiectarea ș i acordarea regulatoarelor este necesară cunoaș terea cât mai
exactă a carcteristicilor pr ocesului ce urmează a fi regl at, iar de cele mai multe ori, în practică
acestea sunt construite experimental.
Criteriul modulului

Acordarea unui regulator convenț ional PID presupune determinarea valor ilor optime ale
parametrilor să i, precum factorul de amplificare, constante de timp de integrare și derivare, care
asigură pentru un proces dat comportarea dorită a SRA în raport cu referința și perturbațiile ce
acționează asupra procesului. Cele mai întâlnit e procese fără timp mort sunt cele rapide, ale căror
modele matematice prezintă constante de timp cu valori mai mici decâ t 10 secunde, numite și
constante dominante și constante parazite, care în general sunt cu cel puțin un ordin de mă rime mai
mic decâ t constantele dominante:
1()
( 1)( 1)p
p N
k
kKHs
T s T s


(2)
în care K p este factorul de amplificare al procesului, T k este constanta de timp dominant ă și TΣ este
constanta parazită .
În cazul în care există mai multe cons tante paraz ite într-un proce s, acestea se însumează,
rezultâ nd o sing ură constantă parazită globală .

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Criteriul modului (î n varianta Kessler)

Criteriul ce asigură o durată minimă a regimului tranzitoriu este criteriul modulului. Conform
acestei metode, p arametrii de acord ai regulatorului se obțin pe b aza parametrilor modelului
procesului. Considerâ nd procesul rapid c u constantă parazită se poate a lege regulatorul:
1( 1)
()2N
k
k
R
pTs
HsK T s


(3)
ce asigură performanț ele:
4.3%
8
0
2t
st
vtT
T




 (4)
Pentru un proces descris de relaț ia (2) și regulatorul descri s de relația (3), funcția de transfer pe
calea directă a SRA este:
1( ) ( ) ( )2( 1)d R PH s H s H sT s T s
(5)
din ca re rezul tă funcția de transfer în buclă închisă :
0 22() 11()1 ( ) 2( 1) 1 2 1d
dHsHsH s T s T s T s T s         
(6)
iar în forma standard de ordinul doi:
2 2
0 22
21
2()1 212n
nnTHsssssT
 

(7)
În ultima relaț ie se poat e identifica factorul de amortizare și pulsația naturală a sistem ului de
ordin doi:
2 21 1
2 2
1 22 0.72 2n n
nT T
T 
  
    
  
(8)
adică valoarea fac torului de amortizare este 0.7 ș i corespunde unei valori a supraregla jului de
aproximativ 4.3%. Dacă apare cazul în care factorul de amortizare este cuprins între 0.6 ș i 0.8,
valoarea timpului tranzitoriu poate fi aproximată cu:
4
t
nt
(9)
Atunci când funcția de transfer în buclă închisă este descrisă de relaț ia (7), se poate aproxima
valoarea timpului trazitoriu ținând cont de relația (8):
4481(2 )t
ntT
T
  
(10)
Pentru sistemele de ordinul doi în fo rma standard, eroarea staționară este mereu egală cu zero ,
lucru ce reiese din teorema valorii finale: H 0(0) =1⟹Ɛst=0, iar în cazul erorii la int rarea rampă,
ținând cont de relaț ia (8):

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
22n
v T
(11)
Regulatoarele proiectate prin criteriul modululu i sunt implementabile numai dacă procesul are o
singură constantă domi nantă, iar în cazul î n care sunt mai multe const ante dominante este necesara
adăugarea de elemente de tip întâ rziere cu constante de timp mici, de ordinul constantelor
parazite.[5]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

2.1.1 Motoru l de cur ent continuu

Motorul este produs de firma Microsw itch – având seria 33VM82 -020-6 – 24VDC cu
urmă toarele date nominale :
Ra-rezistenț a motorului =0.85 Ω
J-inerția= 0.00073 [oz -in-sec2] =5.15492419*10-6 [Kg*m2]
m-cuplul motorului = 5.75[ MIN OZ -IN/ AMP ] = 0.04 [Nm/Amp]
Ua-tensiunea de alimentare = 24[V] (max)
Ia-curentul de alimentare =6.6 [A]

Motor ul este alimentat printr -o sursă regla bilă de curent continuu care furnizează o tensiune
cuprin să între 0 ș i 24 V . Sursa de curent este comandată cu o tensiune reglabilă curpinsă între 0 -5V
furnizată fie de un potențiometru fie de placa de achiziț ie.
Motorul este cuplat cu un tahogenerato r care dă o tensiune proporțională cu viteza motorului.
Constanta tahogeneratorului – KTG = 2,17V/1000rpm (rpm = rotaț ii pe minut)
Sistemul de acț ionare al motorului de curent c ontinuu este alimentat de la reț ea prin
convertoare statice de putere.
Motorul din imagine este cu excitaț ie separată, ce transformă puterea electrică primită în
putere mecanică, cu ajutorul câ mpului electromagnetic . În cee a ce privește reglarea turației, motorul
de curent cont inuu are avantaje față de moto rul de curent alternativ în ceea ce privește limita de
reglare cât și economitatea reglării și se poate realiza prin variația tensiunii unei surse de alimentare
a motorului, cât ș i prin introducerea unei rezisten țe în serie cu rotorul.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

2.1.2 Sursa reglabilă de curent continuu

Sursa reglabilă de tensiune es te reprezentată în schemă și este alcătuită din sur sa de alim entare
de 24V, dintr -un mosfet și nu î n ultimul rând, î n figura este reprezentat și motor la care es te legată o
diodă .

Fig.2.1.2.1 Schema electrică a sursei de curent

Mosfetul e ste componenta cea mai importantă în ceea ce priveș te sursa deoarece acesta generează
o tensiune reglabil ă în funcție de cât acesta primește pe bază , iar plaja de valori pe care mosfetul le

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
poate primi pe bază este ±18V. Acesta se alege în funcție de proprietăț ile pe care le găsim trecute î n
datasheet . Pentru a ajunge în plaja de valori admise de că tre mosfet, se foloseste un semnal PWM.
Dioda din schemă este utiliza ta pentru protejarea circuitului de curenții inverș i pe care m otorul î i
produce . Dioda utilizată este 1N4001 . Aceasta funcționează la temperaturi între -55 și 150℃ , avâ nd
tensiune a de blocare 50V, curentul de ieșire de 1A ș i tensiunea inver să de 30V. Aceas ta este la
rândul să u aleasa pe baza datasheet -ului.
Toate aparatele sunt alimentate de la o sursa de alimentare de 24V.

Fig.2.1.2 Schema montajului

În figura de mai sus este reprezentat î n chenarul albastru sursa reglabilă de curent conti nuu
despre care am vorbit mai sus. În chenarul cu roșu este r eprezentat divizorul de tensiune utilizat
pentru a ajunge in plaja de valori a mosfetului ș i anume ± 18V. Dacă notă m cu Z 1 respectiv cu Z 2
impedanțele ce se aplică pe fiecare braț î n parte, rezul tă:

2
12divZkZZ
Iar dacă Z1>>Z 2 atunci putem scrie:
1
2divZkZ , unde k div este constanta cu care trebuie î nmulțită valoare a
tensiunii pentru a ajunge î n plaja de valori ce ne interesează . Divizorul utilizat este unul r ezistiv. Automatul
programabil are un counter de mare viteză cu frecvența maximă de 100Hz ș i poate da astf el un semnal PWM

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
tot cu frecvența maximă de 100Hz . Deoarece PlC -ul funcținează la 24V, este necesar să ajungem de la 5V la
valoarea de tensiune necesa ră PLC -ului și acest lucru se realizează cu ajuto rul unui optocuplor, care este ș i
un mecanism de izo lare galvanică. Traductorul de turaț ie este alimentat la 5V, iar la ieșire generează un tren
de impulsu ri tot pe nivelul de 5V, rezultând ș i motivul pentru care am utilizat op tocuplorul. Traductorul de
turație și optocuplorul sunt prezente în schema î n chenarul cu verde.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

2.1.3 . Automatul programabil

Automatul programabil pe care îl utilizăm în cadrul lucrării de licență este S7 1200 CPU 1214C
DC/DC/DC.

Fig. 2.1.3.1 Automatul programabil

Acest automat programabil de înaltă performanță are 24 de semnale de intrare/ieșire ș i poate fi
extensibil printr -o placă de semnal (SB) , alte 8 module de semnal (SM) ș i maxim 3 module de
comunicare (CM). Automat ul programabil este produl de că tre firma SIEMENS și conține 3 diferite
dispoz itive c u diferite surse de alimentare ș i control de tensiune. Poate fi alimentat la curent
continuu sau curent alternativ, iar senzorii și codificatoa rele pot utiliza curentul de ieșire, de 400mA
ca sursă de alimentare. Acesta mai conține 14 intrări digitale integrate de 24 V, 10 ieș iri integrate
tot de 24 V, 2 intrări analogice (0 sau 1) și 2 ieșiri cu frecvenț a de 100 kHz. Mai are integ rat și o
interfață pentru conectarea la internet , iar p rogramul asociat ș i utilizat pentru programa rea
automatului este STEP 7, PLC -ul avâ nd memoria de 50 Kibyte . [de la history]

PWM -Pulse Width Modulation

Pulse Width Mo dulation, sau PWM este o tehnică ce ajută la obț inerea de rezultate analogice cu
mijloace digitale. Controlul digital este utilizat pentru a se crea un semnal cu formă de undă
dreptunghiular ă, un semnal ce comută între ON ș i OFF. Acest model de pornire -oprire (ON-OFF)
poate simula tensiu ni între 5V (ON) și 0V (OFF) prin schimbarea porț iunii de timp a s emnalului ce
are valoare de 5V ș i timpul semnalului ce are valoare 0V. Durata semnalului pe palie rul pozitiv

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
(ON) este numit factor de umplere (Duty Cycle ) și arată, î n medie, ce tensiune v a primi
dispozitivul. Pentru a varia va lorile analogice este necesar să modificăm sau să modelăm acea
lătime a semnalului. D acă acest ciclu ON -OFF este repe tat destul de repede pentru un l ed de
exemplu, rezultatul este că dacă semnalul este cuprins între 0 și 5V îi controlăm luminozitatea, iar
în cazul unui motor putem să îi controlăm turația cu o astfel de metodă .
[https://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM]
Factorul de umplere este exprimat în procente și reprezintă cât la suta din perioad a unui semnal,
acesta va fi pe nivelul pozitiv (ON), iar acesta poate fi diferit la diverse semnale PWM. Formula
factorului de umplere este:
*100()on
on offtDtt , iar tensiunea medie ce va ajunge la dispozitiv va fi
dată de relaț ia: D*V cc.
În cele mai mu lte ca zuri, modelarea utilizează factorul de umplere cu forma de undă
dreptunghiulară pentru a putea genera la ieș ire o tensiune a nalogică . Dacă se considera o formă de
undă dreptunghiulară f(t) ce are o valoare minimă ymin și o valoare maximă ymax și facto rul d e
umplere D, valoarea medie a formei de undă este dată de relaț ia
01()T
y f t dtT
 , iar pentru că f(t)
este o f ormă de undă dreptunghiulară valoarea sa maximă se atinge pentru 0 < t < D*T.
Pentru a lucra cu PWM -ul este necesar să se iniț ializeze un timer si să se configureze output -ul pe
pini. Numeroase circuite pot genera semnale PWM , această facilitate fiind of erit de că tre
majoritatea microcontrollere -lor, facilitate ce este implementată folosind un numără tor ce este
periodic incrementat și resetat la sfârșitul fiecă rei perioade a PWM -ului.[

Fig.2.1.3.2 Diferite procente ale factorului de umplere

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

2.1.4. Traductoare de turaț ie

Elementele sensibile de ti p fotoelectric detectează variațiile unui flux luminos, dependenț e de
vitez a de rotaț ie, folosin d în acest scop un dispozitiv modulator acționat de axul aflat în mișcare de
rotație.
După modul cum se obține variația fluxului lumino s, dispozitivele modulatoare pot fi:
-cu intreruperea fluxului luminos;
– cu reflexia f luxului lumino s.
În cazul variantei cu întreruperea fluxului luminos rezultă o structură alcătuită î n principal dintr –
un element fotoelectric (EF) ș i o sursă de radiaț ii luminoase ( SL) în spectrul vizibil sau infraroșu,
între care se află un disc o pac ( D) prevăzut cu orificii aș ezate pe un cerc cu centrul in centrul
discului.

Fig. 2.1.4. Element s ensibil de tip fotoelectric cu î ntreruperea fluxului luminos

Discul este montat pe axul notat în imagine Ax a cărui vitez ă de rotație se mă soară , iar
elementul fotoelectric și sursa de radiaț ii luminoase sunt aliniate pe o dreaptă paralelă cu axul și
care intersectează cercul cu orificii.
EF si SL se afla la o distanță de câtiva milimetrii în așa fel încât, atunci câ nd un orificiu se
găseste pe direcția EF -SL, radiația luminoasă produce blocarea eleme ntului fotoelectric (prin
apariț ia unui semnal elect ric la ieț irea fotoelectricului ).
Când zo na opacă a discului se află pe direcț ia SL -EF, elementul fotoelectric este blocat. În
unele cazuri, câ nd SL și EF nu pot fi montate destul d e aproape de discul cu orificii , sunt prevă zute
lentilele L 1 și L2 pentru focalizarea fa sciculului. Dacă discul antrenat de arbore se roteș te, orificiile
discului trec succesiv prin drep tul SL și EF permițând să se obț ină astfel impulsuri luminoase, care
ajungâ nd pe EF sunt convertite cu ajut orul unor circuite electronice în impulsuri electrice, a căror
frecvență este egală cu viteza de rotație a discului, măsurată în rot/s, multiplicată cu numărul de
orificii practicate în disc, deci într -o relatie de dependență de tipul:
fnk
[rot/s] →
60* nfk [rot/min] (1)
Variația cu reflecț ia fluxului luminos (fig. 2.1.4.1) permite conversia turației u nei piese aflate în
mișcare de rotație, fără a necesita un disc auxiliar care să se monteze pe ax. Pe ax sau piesa care se
rotește se marchează un reper R (sau mai multe) de regulă sub forma unui drept unghi, cu vopsea
reflectorizantă , sau se li pește o ban dă reflectorizantă (fig.2.1.4.1 a). Dacă pe ax nu se poate marca
reperul, atunci se a tasează axului un disc D, având circumferința porțiunii reflectorizante R,
alternând cu porțiuni înnegrite ce absorb radiaț ia luminoasă (fig.2.1.4.1 b). Sursa de lumină SL și
elementu l fotoelectric sunt așezate în aș a fel î ncât lumina emisă de sursa SL și reflectată de

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
porțiunea reflectorizantă să cadă pe EF, care este conectat la o schema electronic ă similară variantei
cu întreruperea fluxului luminos . Frecvența impulsuril or este legată de turație printr -o relație liniară
de forma relaț iei (1). Ca element fotoelectric se foloseș te de obicei fototranzistorul, fiind necesară o
sensibilitate ridicată .

a) b)

Fig.2.1 .4.1. Element fotosensibil de tip fotoelectric cu reflexia fluxului luminos

Domeniul de utilizare al elementelor fotosensibile de tip fotoelectric este vast: (1
 107) rot/min.
Avantajele tr aductoarelor de turaț ie cu element e sensibile fotoelectrice:
• Au o gamă largă de turații, inclusiv turațiile foarte joase;
• Au o construcție simplă ;
• Traductorul produce cu plu rezistent ș i moment de inerție, iar î n cazul traductorul fotoelectric
acestea sunt foarte m ici, sau chiar nule.
• Se po t utiliza scheme digitale pentru adaptoare fără a mai fi necesară o conversie anal og
digitală a semnalului util.
Acest tip de traductoare nu se po ate utiliza în medii cu praf s au cu lumină exterioară puternică .[4]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
2.2. Software

2.2.1. Matlab /Simulink

MATLAB este un soft ware performant și cuprinză tor destinat calculelor tehnice și are o
interfață prietenoasă cu utilizatorul . Acesta oferă un sistem unitar ș i interacti v atât inginerilor cât
și oamenilor de ș tiință și tehnici enilor, punând la dispoziție efectuarea calculelor numerice ș i
vizualizări științifice, ajutâ nd la dezvoltarea pro ductivității și a creativității, dispunând de o serie
de soluț ii specific e pentru dife ritele aplicații ș i anume aș a-numitele biblioteci de fun cții
(toolboxes). În domeniul industrial , pachetul de produse Matlab este utilizat ca instrume nt unic
de cercetare, de analiză și de proiectare precum și de elaborare și testare rapidă a unor soluț ii
propuse ș i pentru rezolvarea unor probleme tehnice compl exe ș i dificile.
Elementu l de bază al Matlab -ului este o matrice care nu pretinde dimensionarea sa
explicită , lucru ce permite rezolvarea unui număr mai mare de probleme î ntr-un timp mult mai
scurt decâ t utilizarea altor programe ce presupun diferit e limbaje de programare. Cu ajutorul
acestui pachet, se pot realiza grafice ș i procesarea semnalelor se face într -un mediu uș or de
utilizat deoarece acesta conține atât analiza numerică, câ t si calculul matricial.
De-a lungul ti mpului Matlab a evolu at datorită contribuț iilor mai multor utilizatori, fiecare
putându -și crea propriile apl icații devenind astf el un autor, aceasta reperezentând ș i una dintre
cele mai importante caracteristici și anume ex tensibilitatea, avâ nd numeroase domenii de
utilizare.
A primit denumirea de Matlab de la MATrix LABoratory, fiind scris în limbajul de
programare C și produs de că tre firma Math Work s. Acesta are un sistem de notații simplist
deoarece nu are sintaxe d e comenzi complicate, care să trebuiască să fie înv ățate cu greu.
Graficele sunt ușor de realizat în Matlab, acesta permițând realizarea lor în diferite culori, cu
funcții grafice moderne și î n trei dimensiu ni precum diagramele de suprafață sau curbe de nivel
tridimensionale. Acesta mai permite de as emenea și reprezentarea imaginilor și a animațiilor,
reprezentări volumetrice și alte aplicaț ii de care utilizatorul are nevoie. Deoarec e Matlab -ul a
fost creat utilizâ nd limbajul de programare C cu mare atenție, acesta ofera o viteză de calcul
mare cu cic lurile interne fiind prelucrate in limbaj de asamblare.
Simulink este o extensie a mediului de lucru Matlab ce este uti lizat în modelarea, analiza și
simularea unui numă r destul de mare de sisteme fi zice ș i matema tice. Fiind o extensie obțională,
acesta oferă o interfață grafică cu utilizatorul , punând la dispoziția acestuia o bibliotecă vastă ce
cuprinde diferite blocuri pentru realizarea m odelelor s istemelor dinamice repezentate î n scheme
bloc.
Modelele realizate sunt de natură grafica iar Sim ulink oferă posibilitatea de documentare ș i
tipărire a rezultatelor la imprimantă, iar aceste rezultate ale simulăr ii unui sistem pot fi urmărite
în timpul rulă rii acesteia , pe un osciloscop ce este reprezentat î ntr-o fereastră a ecranului.
Simulink are o arhitectura deschisă ce permite extinderea mediului de simulare prin
construirea de blocuri speciale ș i biblioteci de blocu ri cu icoane proprii cu interfață cu
utiliz atorul, combinarea programelor F ortran ș i C pentru pre luarea modelelor deja validat e și nu
în ultimul râ nd, prin generarea de cod C din mode lele Simulink cu generatorul opțional. Aceasta
extensie conține algoritmi avansați de integrare de funcții de analiza ce furnizează rezultate
rapide ș i precise ale simu lării precum:
• Șapte metode de integrare;
• Simulare interactivă cu afișarea î n timp real a rezulatelor;
• Simulă ri de tip Monte -Carlo;
• Calcul de stabilitate;
• Liniariză ri.[6]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

2.2.2 Step 7

Un program S7 se poate crea utilizâ nd softul STEP 7. Controller -ul programa bil S7 este
format dintr -o sursă de alimentare, un CPU precum și module de intrare și ieș ire (I/O).
Modulele (I/O) sunt accesate prin intermediul adreselor , automatul program abil este cel care
monitorizează și controlează un echipament sau o instalaț ie cu ajutorul programului S7.
Pentru crearea unei aplicații se pornește de la proiectarea unei soluț ii pentru automatizare și
mai apoi se trece l a crearea proiectului. Odata ajunși la aceasta etapă, avem două obțiuni și
anume: prima obțiune constă în configurarea hardware și creare a unui program, în timp ce a
doua obț iune propune creare programului mai întâ i și mai apoi configurarea hardware, însă
indiferent de ce obț iune alegem, ajungem la ultima etapă, ș i anum e la transferarea programului
către CPU. Se ajunge la cele două obțiuni dacă aplicația este mai complexă ș i are mai multe
intrări și ieșiri, iar î n cazul acesta este recomandată prima obțiune, iar dacă se alege cea de-a
doua obț iune va fi necesar să se aleagă fiecare adresă în funcție de componentele selectate ș i nu
se poate a pela la ajutor din parte mediului STEP 7.
Pachetul software STEP 7 conț ine mai multe instrumente (aplicații) și nu este necesară
apelarea (deschiderea) lor separată , aceste a fiind pornite automat atunci când se selectează o
funcție corespunză toare sau s e deschide un obiect.
Organizarea pro gramului Step 7 este particulară față de alte limbaje de programare, factorul
cel mai important este OB (Organization Block), a ceste fiind singurele ce execută programul din
CPU, celelalte funcț ii fiind apelate doar, din interiorul ac estor blocuri. Cel mai important ș i de
fapt singurul care e ste obligatoriu să apară în toate proiectele dezvoltate î n Step 7 este OB1, care
este un bloc ce se execută într -o buclă infinită atât timp cât CPU -ul se afla î n modul RUN, iar
celelalte OB -uri reprezintă cazuri specia le.
FC-urile sunt funcț ii ce pot apela î n mod indirect anumite blocuri de date (DB) dar nu au un
anumit bloc de date asociat, iar FB -urile sunt funcții ce au î ntotdeauna un bloc de date asociat.
Blocurile î n care memoria CPU -ului poate fi împărțită î n anumite segmente distincte, cu adrese
distincte, în funcț ie de tipul de date care se dorește a fi memorat în acea locaț ie sunt blocurile de
date DB. [ 7]

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

3. MODELAREA, SIMULAREA Ș I VALIDAREA

3.1. Modelarea

În cadrul lucrării de licență pentru a modela procesul ui, am utilizat modelarea analitică î n care
se pleacă de la ecuațiile fizico -matematice ale procesului și mai departe se efectu ează liniarizarea și
normare a acestora, după care se trece î n domeniul operațional.
În cadrul lucrării, am ales metoda reglării turației motorului de curent continuu cu ajutorul
variației tensiunii aplicate. Această metodă presupune alimentarea mot orului de la o sursă de
tensiune reglabilă, iar prin reglarea tensiunii de la o valoare nominală se obține reglarea turaț iei de
la valoarea nominală până la valoarea dorită.
În ceea ce privește reglarea turației în cadrul modelării, am utilizat crit eriul Kessler pentru
determinarea parametrilor unui regulator .
Motor ul de cur ent continuu cu magneț i permanenți este caracterizat î n regim dinamic de următorul
set de ecuații:

**
**
**
**a
a a a a
ee
e e a
ssdiU R i L edt
ek
m k i
dm J m Fdt  
  
    
în care: U a- tensiunea de alimentare
ia – curentul indusului mașinii de curent continuu
Ω –viteza unghiulară
Ra- rezistența indusului
La –inductivitatea proprie a indusului
e- tensiunea electromotoare indusă notată mai sus cu V c
m- cuplul electromagnetic dezvoltat de mașina
J – momentul de inerție total (motor+ sarcină) raportat la axul mașinii
ms – cuplul de sarcina
Fs –coeficientul total de frecări vâ scoase
Fs*Ω- cuplul de frecări vâscoase
ke*ϕe- este o constanta ce depinde de parametrii constructivi ai motorului de curent
continuu.

În setul de ecuații de mai sus se cunosc: U a = 24 [V], J = 5.15492419*10-6 [Kg*m2], Ia = 6.6 [A]
și
m =0.04 [Nm/Amp ], iar ceea ce trebuie să determinăm este atât viteza unghiulară Ω cât și produsul
ke*ϕe .
Relațiile î n domeniul timp -regim dinamic cu valori instantanee sunt:

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
*( ) * ( )
( ) * ( )* ( )
( ) * ( )* ( )
[ ( )* ( )]( ) ( ) * ( )aa
a a a
ee
e e a
ssL diu t R i tdt
e t k t t
m t k t i t
d J t tm t m t F tdt

  
    

iar după aplicarea transforma tei Laplace î n regim din amic cu valori instantanee relaț iile devin:
( ) ( * )* ( ) ( * )* ( )
( * )* ( ) * * ( ) ( )a a a a e e
e e a sU s R s L I s k s
k i s s J s M s
   
   

Determinarea produsului k E
E
Știind că UT=2.45 [V] si k T=2.5/1000 [rpm] putem calcula viteza unghiulară astfel:

2[ / ]60
2.5……….1000[ ]
2.45*1000 2* *9802.45…….. [ ] 980[ ] 102.62[ / ]2.5 60nrad s
rpm
n rpm n rpm rad s

    

Înlocuind î n ecuaț ia
a a a E EU R i K    pe Ua cu 5[V] si Ia cu 0.2[A] rezultă:
5 0.85*0.25 0.85*0.2 *102.62 0.0470102.62E E E E E EK K K        

Determinarea inductivităț ii rotorice

Pentru a putea implementa modelul în Matlab S imulink este necesară determinarea parametrului
La (inductivitat ea proprie a indusului maș inii), iar pentru a putea reali za acest lucru a fost nevoie să
se determin e experimental impedanța infășurării rotorice (Z) alimentâ nd mo torul la o tensiu ne U ș i
efectuând mai multe seturi de măsurători, după care am calcu lat Z . Montajul a fost realizat conform
figurii de mai jos.

Fig 1.8.1. Schema pentru determinarea impedanț ei

Utilizâ nd voltmetrul ș i ampermetrul am efectuat două măsurători obțină nd rezultatele:

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

1
15.55
  3.56    UV
IA



1
1
15.551.55893.56UZI   

2
27.42
5        
 UV
IA

27.421.4845Z  

_1.5589 1.4841.521452Z

Astfel, înlocuind în relația de calcul obț inem:
22 10.00401664972a a aL Z R Lf   

Fig.2. 1.1 Schema ele ctrică echivalentă a motorului de curent continuu

În schema mai sus prezentată se re găsesc urmă toarele elemente: V a-sursa de tens iune ce
alimentează circuitul ( și anume rotorul -armătura motorului). Pentru armă tura motorului,
echivalentul electric p oate fi desc ris folosind o bobină (inductanț a) L a în serie cu o rezistenț a R a la
care se ada ugă o alta sursă de tensiune V c (tensiune electromotoare indusă î n circuit) care se opune
lui V a. V c este tensiunea produsă de bobina care se rotește în câmpul magn etic produs de magneții
pemanenț i, fiind supranumită si back emf ( electromagn etic force). Putem scrie o ecuație difernțială
dedusă din legile lui Kirchoff pentru un circuit închis, care spune că suma tensiunilor pe un ochi de
cicuit trebuie să fie egală cu 0, iar scrisă pentru circuitul din figură este:
0
aa a R L cV V V V    .
Pentru un rez istor, conform le gii lui Ohm se poate scrie relaț ia:
*
aR a aV i R , iar tensiunea generată
de bobină este proporț ional ă cu variaț ia de timp a cure ntului care trece prin ea
anume :
**
aL a adV L idt , în care avem: i a- curentul prin circuit (armătura/rotorul motorului) ș i La este
inductanț a bobinei ( din armatu ră/rotorul motorului). Tensiunea electromotoare indusă poate fi scrisă
sub forma:
*c v aVk în care k v este o constantă ce poate fi determinată în funcție de magneții
permanenți, numărul de spire al înfă șurării bobinei și reluctanț a miezului bobinei, iar ωa este viteza
unghiulară a bobinei, aceasta fiind montată pe rotor.
Astfel înlocuind în relația dedusă din legile lui Kirchoff vom obține relaț ia:

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
* * * * 0a a a a a v adV i R L i kdt    

Reglarea turației se poate realiza prin două metode: prin variaț ia tensi unii U aplicate, sau prin
variaț ia fluxului φ.
Acest set de relații se scrie luând î n considerare urmă toarele ipoteze de lucru:
• circuite magnetice lineare
• parametrii constanți
• căderea de te nsiune la perii este neglijabilă
• flux de excitaț ie constant
Pentru a uș ura calculul v om considera F s*Ω<<m s (adică cuplul de frec ări vâscoase mult mai mic
decât cuplul de sarcină ), ceea ce duce la dispariț ia ultimului termen din ecuaț ia cuplului, caz ce
caracterizea za majoritatea sistemelor de acț ionar i electrice cu aceasta structură. În condiț iile
ipotezelor mai sus enumer ate, sist emul de ecuaț ii este un sistem linear de ecuații diferențiale de
ordinul întâi, iar aplicâ nd transformata Laplace în condiții inițiale nule, se obține urmă torul sistem:
( ) ( * )* ( ) * * ( )
* * ( ) * * ( ) ( )a a a a e e
e e a sU s R s L i s k s
k i s s J s M s    
   

1.7.2 Schema bloc a motorului de cur ent continuu cu m agneți permanenț i

Acest proces ava nd o structură multivariabilă , în care avem două mărimi de intr are și două
mărimi de ieșire. Î n interi orul structurii avem patru relații prin care putem să modificăm mărimile
de ieșire.
Mărimile de intrare sunt tensiunea de alimentare U a și cuplul de sarcină ms, iar mărimile de ieș ire
sunt turaț ia (viteza ung hiulară ) Ω și curentul I a. Aceste mărimi de ieș ire pot fi modificare astfel:
turația poate fi reglată prin modificarea tensiunii de alimentare sau prin modi ficare a cuplului, iar
curentul la rândul să u poate fi reglat prin modificarea tensiunii de alimentare sau prin modific area
cuplului.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Aceasta structură are următoarele funcții de transfer:

2
2
211**( * ) *()11 * *( * )1 * *( * ) *
1
* *()11 ( * )* *1 * * *( * ) *
1
( * ) *()11 ( * )1 * * *( * ) *
11**( * ) *()
1a
saa
U
aa
aa
m
aa
aa
aa
Ui
aa
aa
aa
miks L R J s kHsJ s s L R kks L R J s
sJ JsHss L R s J kkks L R J s
s L R sJHss L R kkks L R J s
ks L R s JHs



 


211 ( * )* ** * *( * ) *aa
aak
s L R J s kkks L R J s


Dintre toate aceste funcții de transfer, având î n vedere tema licenței, am ales să dezvolt mai
departe prima funcție de transfer, în care se poate regla turaț ia unui motor prin modificarea tensiunii
de alimentare.
Motorul ar e funcț ia de transfer d e la tensiunea U care este mărimea de comandă la viteza Ω:
2 22
2
221
* *( * ) ()
* * ( ) * * * ** * 1 1* *( * )a
U
a a
ak
s J R s L sk kHJL JR k U s s J L s J R ksskk s J R s L     
(2)
Știind că τel=
aL
R este co nstanta electrică a motorului , iar τem=
2*JR
k este constanta
electromagnetic ă a motorului relațiile de mai sus se pot scrie ș i sub forma:
2
2
2211
* * * * * 1* * * 1sm
aa el em emkkHJ L L JR ssssk R k  
(3)
2 22
2
21
() * *( * )
* ( ) * * * **1 1* *( * )Uk
sk s J R s L kHJL k U s s J L s J R ksk s J R s L     
(4)
Proiectarea regulatorului va ține cont doar de funcț ia de trans fer (3), care depinde de comandă .
Din datele motorului va rezulta: τel=5,401*10-4 sec și τem=0.019 8 sec, rezultând astfel funcț ia de
transfer a motorului:

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
2 2 4
2
221 1 1
0.04
** * * * * 1 *5,2537*10 *0.0198 *0.0198 1* * 1*U
aa el em emkkHJ L L JR s s s sssk R k        

După ce se a duce la forma poli -zerouri , și anume:

2
12 22
12** 11* * 1 * ( * 1)*( * 1)aa
UL J J RH s s x x s sk k x x     

1 2 1 2
4
12
12
1 2 1 21 1 1 1 1 1 1** *** 0.04 0.0121*0.0077
1 1 1 1 ( * 1)*( * 1) (0.0193* 1)*(5.401*10 * 1)* *( * 1)( * 1) ( * 1)*( * 1)k x x k T T k
T s T s s sx x s s s sx x x x         

și se face a naliza constantelor de timp, obț inem:
421.2766
(0.0193* 1)(5.401*10 * 1)UHss  de unde
determină m constanta dominant ă Tk=0.0193 precum ș i constanta parazită
45.401*10 T
 .
Constanta de timp dominant ă este mai mică de 10 sec, deci procesul este un proces rapid .

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

3.2 Simulare si validare

Fig.3. Modelul buclei î nchise

Fig.3 Ră punsul Scope

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.3 Ră spunsul Scope1

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

4.ALEGEREA Ș I PROIECTAREA REGULATORULUI

Pentru determinarea parametrilor regulatorului vom utiliza criteriul modulului î n varianta
Kessler, procesul an alizat fiind un proces rapid, fără timp mort, ceea ce reiese și din calculul
funcț iei de transfer a acestu ia. Se pleacă de la funcț ia de transfer (3), care este forma de bază a unui
regulator ș i arată astfel :
1( 1)
()2N
k
k
R
pTs
HsK T s


(3),
în care trebuie să identifică m constantele de timp T k si T Σ ce repr ezintă constant ele de timp
dominante respectiv consta ntele de timp paraz ite, iar K p este factorul de amplificare. Pentru
determina rea acestor parametrii se pleacă de la funcț ia de transfer a modelului procesului calculată
anterior, și ajungând la forma fin ală
421.2766()(0.0193* 1)(5.401*10 * 1)pHsss din care putem să
identificăm constanta de timp parazită TΣ=5.401*10-4 care este mai mică decâ t
0.1*0.0198=0.00198=1.98 *10-3, lucru ce se cere pentru ca un proces să fie rapid, iar constanta de
timp dominantă este Tk=0.0193 . Faptul că procesul este unul rapid, este un prim fapt ce ne ajută în
alegerea regulatorului, știind din experiență că pentru acest tip de procese se folosesc regulatoare de
tip PI sau PID.
Un regulator de tipul PI are forma:
1( ) 1PI R
IH s KTs
 , formă de la car e se pornește și ținând
seama că avem o singură constantă dominantă și una parazită, ajungem la următoarea formă :
1( ) *(1 )**R
R R R
IIKH s K KT s T s   

și aducând la acelasi numitor obț inem
**()*I R R
R
IT s K KHsTs
.
Știind că TI=Tk=T1 si T Σ =T2 rezultă că
1
210.83802* * 2* * 2* *RI
R
p I p pK T TKK T T K T K T    
,
iar componenta integral ă I din blocul PID va fi:
22* * 110.01932* * 2* *I
p R
I I p pT
KT KIT T K T K T
    
.
În urma implementă rii în Matltab Simulink obț inem mode lul din figura 4 .1.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.4 .1. Schema regulatorului

În urma rulă rii mod elului rezultat din calcule, obținem urmă torul g rafic, din care reiese
faptul că turația se stabilizează la un moment de ti mp egal cu 0.0019 secunde, rămânâ nd la o
valoare d e 2000 rot/min, ceea ce î nseamnă că regulato rul ales este core ct proiectat ș i implementat.

Fig.4 .1. Răspunsul regulatorului

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.4.2. Modelul î n simulink al regulatorului având 2 trepte

Fig.4 .3. Răspunsul regulatorului la 2 trepte

Pentru verific area parametrilor obținuț i în urma modelării și simulării am trecut la instalație,
iar în urma intro ducerii parametrilor am observa t ca regulato rul proiectat, d eși la prima vedere î n
simulare totul merge a bine, întrucat am obț inut un timp tranzitoriu de 0. 001 secunde , suprareglajul
σ=3.3% și este mai mic decâ t cel impus, care este 4.3%. După determinarea paramet rilor
regulatorului, am trecut ș i la verificarea pe instalatie a acestui regulator.
Pentru că regulatorul calculat nu a fost unul bun, am trecut la o acordare manuală a regulatorului și
astfel am obț inut un regulator cu urmă torii parametrii: K R=0.001 ș i TI=0.31 cu urmă torul rezultat:

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.4.4. Graficul obținut î n urma acordării manuale a regulatorului

Acesta este un caz în care am acordat regu latorul manual și î n care a m obț inut un suprareglaj de
4.25% mai mic decat cel impus de noi și anume de 4.3% ș i un timp tranzitori u de 2.2 5 sec unde .
Un alt rezultat obținut în urma acordă ii manuale, este K R=0.01 si T I=0.25 în care performanțele
sunt mu lt mai bune decât am obț inut anterior.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.4.5. Ră spunsul regulatorulu i obținut prin o altă acordare manuală

Din aceasta figură putem vedea ca performanțele regulatorului s -au îmbunătățit avâ nd un
suprareglaj de 0% și un timp tranzitoriu de 1.9 sec. Întrucâ t la micșorarea constantei integrale creș te
suprareglajul, am decis că regulatorul ce are parametrii K R=0.01 si T I=0.25 este un regulator b un
pentru instalaț ie.
În continuare, avâ nd determinat re gulatorul, am aplicat o perturație asupra i nstalaț iei pentru a
vedea dacă aceasta este rejectată, iar pentru aceasta avem următoarea figură :

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Fig.4.6. Rejecția unui perturbaț ii

După cum se vede și din figură, perturbaț ia este aplicată la momentul de timp de aproximativ 6. 5
secunde și din acel moment regulatorul încearcă să elimine perturbația comandând o tensiune mai
mare, iar când acț iunea ac esteia a încetat, după un suprareglaj, regulatorul s tabilizeaza procesul
aducâdndu -l în jurul valorii y st care la noi este de 2000 rot/min.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Concluzii

În această luc rare am d orit implementarea unui sistem de reglare a turației unui motor de curent
continuu cu excitație magnetică de 24V. A cest lucru a fost realizat prin intermediul unei surse
reglabile de tensiune creată cu ajutoru l unui mosfet. Pentru protej area instalației am adăugat
componente precum dioda și optocuplorul. Dioda este folosită pentru a proteja instalația de curenții
inverși produși de către motor, iar optocuplorul este un mecanism de izolare galvanică.
Motor ul este un motor de curent continuu cu excitație magnetică datorită avantajelor pe care
acesta le oferă, avantaje precum caracteristica mecanică naturală liniară si suficient de rigidă dar si a
progrselor care s -au realizat, acesta revine în actualitate de oarece au aplicabilitate largă în tractiunea
electrică, în metalurgie, este utilizat pentru acționarea mașinilor unelte și pentru antrenarea unor
instalații de ridicat și transportat.
În capitolul destinat generalităților despre motorul de curent c ontinuu ob servăm că acesta este
folosit în regim de generator , în regim de motor precum și în regim de frână . Tot în acest capitol
putem vedea că acesta are mai multe tipuri de conexiuni.
Pentru a realiza sursa reglabilă de tensiune am u tilizat un mosfet ce pri mește un semnal PWM
de la automatul programabil, o sursă de alimentare de 24V și un motor de curent continuu cu
excitație magnetică la care am pus o diodă pentru a proteja intalația de curneți i inverși generați de
către motor.
Pentru realizarea circuitului destinat citirii turației, pe lângă traductorul de turație care este atașat
de motor am adăugat si un optocupolor cu o rezistență utilizat pentru a i zola galvanic circuitul și
pentru a trece de la pragul de 5V la 24V necesar PLC -ului.
Modela rea unui p roces es te analitică sau experimentală, iar în cadrul lucrării am abordat o
modelare analitică, în care se pleacă de la ecuațiile fizico -chimice ale procesului, se liniarizează
aceste ecuații iar mai apoi se normează. După normarea ecuațiilor se trece î n domeniul operațional.
Pentru reglare am observat ca avem mai multe legi de reglare pre cum legile de reglare P, I și D,
iar pentru a alege un reglulator optim, aceste legi se pot alătura ținând cont de implicatiile pe care le
aduc cu sine fiecare. Pentru a ajunge la ecuaț iile u nui regulator al utilizat criter iul modulu lui în
varianta Ke ssler, dar desigur că mai sunt ș i alte criterii de acordare a re gulatoarelor, precum criteriul
Ziegler-Nichols, care este un criteriu experimental.
Softul utilizat pentru simularea procesului este Matlab Simulin k, iar implementarea software a
fost realizată cu ajutorul programului Step7.
Procesul prezintă o structură multivariabilă în care avem d ouă mărimi de intrare ș i două mă rimi
de ieș ire, fiecare mărime de intrare pu tând varia ambele mărimi de ieșire astfel: modificând
tensiunea, putem m odifica atât turația catt si curentul, iar modificând cupul putem de asemenea
regla turația c at si curentul. De aici tregem concluzia că vom avea 4 funcții de transfer, dintre care
am a les-o pe cea care are semnificaț ie pentru lucrarea de licență, și anu me am ales funcția de
transfer î n care mod ificând tensiunea putem regla turația .
După determinarea m odelului matematic al motorului, am trecut la calculul funcției de transfer a
acestuia pentru care mai departe am d etereminat un regulator de tipul PI, înt rucât procesul s -a
dovedit a fi unul rapid și din experiență știm că pentru procesele rapide sunt utilizate regulatoarele
de tipul PI sau PID.
Regulatorul a fost calculat cu ajutorul criteriului modulului în varianta Kessler, iar în urma
simulării î n Matlab Simulink am obținut un suprareglaj de 3,3% , un timp tranzitoriu de 0,0019
secunde și o eroare staționară aproximativ 0 , ceea ce face ca regulatorul să fie bun. Însă datorită
faptului ca în calculul funcției de transfer nu am considerat toate elemen tele existente în montajul
realizat ce au și ele o acțiune asupra funcției de transfer, atunci cand am trecut la verificarea
regulatorului pe instalație, s-a dovedit că acesta avea un ră spuns f oarte oscilant, adică nu mai
îndeplinea performațele impuse și anume: un suprareglaj de 4,3% ș i timpul tra nzitoriu determinat

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică
de formula
8*ttT acest lucru survenind din faptul că nu am c onsiderat componentele utilizate
pentru realizarea schemei de montaj. Prin urmare, am început o acordare a reg ulatorului manuală,
iar după câteva încercă ri am ajuns la un regulator care îndeplinește performanțele impuse și care
rejectă perturbațiile ce intervin asupra procesului.
Reglarea turației se poate realiza atât manual cât și automat, însă cum societate a tinde tot mai
mult spre automatizare, cea mai cautată și în curs de preformare, este reglarea automată.
În realizarea acestei lucrări, elementul care sta la baza realizării aplicației este energia electrică,
care de fap este și elementul de ce a stat l a baza evoluției societății și a tehnologiilor.
Putem spune că sistemul electroenergetice este cea mai complexă realizare a omului, întrucât din
cadrul acestui sistem electroenergetic fac parte și sistemele de producere, transport și distribuție a
energ iei electrice, pentru a face o mică modificare în cadrul acestui sistem complex este nevoie să
se realizeze o serie de calcule și aproximări pentru a nu perturba performanțele impuse la livrare
energiei electrice.
Metoda reglării t urației motorului prin variația tensiunii de alimentare este s uperioara celorlalte
metode în ceea ce priveș te intervalul de reglaj, dar la finețea si stabilitatea reglajului apar dificultăți
în asigurarea sursei de tensi une variabilă.

Reglarea turației unui mot or de curent continuu cu excitaț ie magnetică

Bibliografie

• [2] Constantin Ghita – Masini electrice, Ed Matrix Rom, Bucuresti, 2005, ISBN 973 -685-919-3
• [3] http://allmetech.com/masini -unelte -cu-comanda -numerica/
• http://aparate.el th.ucv.ro/TUSALIU/CURSURI/Tehnica%20tensiunilor%20inalte/Laborator/L.12.%
20Masurarea%20tensiunilor%20inalte%20cu%20divizoare%20de%20tensiune.pdf
• [1] http://electronica -automatizari.blogspot.ro/
• [2] http://motoarelectrice.blogspot.ro/
• http://www.convertunits.com/from/ounce+inch/to/newton -meter
• http://www.numberfactory.com/nf%20inertia.htm
• http://www.paratrasnet.ro/pdf/automatizari -industriale/S7 -1200.pdf (PLC)
• [4] http://www.preferatele.com/tehnica/SENZORI -SI-TRADUCTOARE -PENTRU -527.php
• http://www.rasfoie sc.com/inginerie/electronica/STUDIUL -UNEI -SURSE -DE-CURENT -C26.php \
• http://www.referat.ro/referate/download/Motor_electric_00e13.html
• http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii/m1/Petra%20Florea%20 –
%20Actuatori.%20Masina%20de%20curent%20continuu/
• http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii_ser2/Mecatronica%20I/Motorul%20de%20curent%20
continuu%20 -%20folosirea%20aplicatiei%20LEGO/pag3.htm
• [4] http://www.scritub.com/stiinta/fizica/TRADUCTOARE252017149.php
• [3]https://forestierbistrita.wikispaces.com/file/view/ELEMENTE+DE+COMAND%C4%82+NUME
RIC%C4%82.pdf
• https://www.arduino.cc/en/Tutorial/PWM
• https://www.parkermotion.com/literature/pdf/pg240_engrg_techconv.pdf
• https://www.researchgate.net/profile/Mihail –
Iulian_Andrei/publication/262454290_Numeric_Modeling_of_a_Two –
Channel_Limited_Angle_Torque_Motor_full_text_in_Romanian/links/00b49537c4f590e2310000
00.pdf
• [7] https://www.slideshare.net/MARIUSscutaru/simatic -step-7-v5
• Ion Mihai – inginer, Dorin Merisca – inginer, Eugen Manzarescu – inginer -Manual pentru
autorizarea electricienilor instalatori Centrul de Informare si Documentare pentru Energetica,
Bucuresti 1998 [divizorul de tensiune]
• [1] Ioan Dumitrache -Ingineria Reglării Automate, Ed.Politehnica P ress, București, 2005,
ISBN:973 -8449 -72-3
• [5]Monica Patrascu – Ingineria Reglarii Automate – curs
• [6] http://shiva.pub.ro/PDF/TRA/Laborator1_TRA.pdf