1 Техническое задание

Разработать программное обеспечение, работающее в режиме реального времени (ПОРВ) и выполняющее функции системы управления мехатронным объектом.

Объект управления – манипулятор с 2-мя степенями подвижности. Каждая степень подвижности представляет собой электромеханический модуль, в котором выходное звено перемещается относительно входного звена с помощью электропривода.

1-й электропривод включает:

1) Полушаговый биполярный электродвигатель (ШД). Шаговый двигатель управляется за счёт последовательного включения-выключения обмоток фаз, причём направление движения определяется порядком переключения, а скорость – частотой переключения. ШД фаза может быть выключена (00 или 11), включена в положительном (01) или в отрицательном направлении (10).

2) Датчик начального положения (НП), формирующий сигнал лог.1, когда выходное звено находится на расстоянии менее или равном 1 мм от начала координат (входного звена) и сигнал лог.0 при любом другом расстоянии.

3) Датчика снижения скорости (СК), формирующего сигнал лог.1 когда выходное звено находится на расстоянии менее или равном 1 мм от начала координат (входного звена) и сигнал лог.0 при любом другом расстоянии.

4) Электромагнитный фрикционный тормоз, фиксирующий положение выходного звена относительно входного звена, пока на вход усилителя электромагнита подан сигнал лог.0, и разрешающий движение выходного звена при подаче на вход сигнала лог.1. Время переключения механизма тормоза составляет 0.2 мс.

2-й электропривод включает:

1) Двигатель постоянного тока (ДПТ), который управляется с помощью реле, обеспечивающего изменение направления и выбор одной из трёх скоростей: низкой, средней или высокой.

2) Датчик начального положения (НП), формирующий сигнал лог.1, когда выходное звено находится на расстоянии менее или равном 1 мм от начала координат (входного звена) и сигнал лог.0 при любом другом расстоянии.

3) Электромагнитный фрикционный тормоз, фиксирующий положение выходного звена относительно входного звена, пока на вход усилителя электромагнита подан сигнал лог.0, и разрешающий движение выходного звена при подаче на вход сигнала лог.1. Время переключения механизма тормоза составляет 0.2 мс.

4) Импульсный датчик положения (энкодер), формирующий кол-во импульсов, пропорциональное перемещению выходного звена. Датчик имеет дискретность 0.02 мм, то есть формирует 50 изменений сигнала за 1 мм перемещения узла. Датчик является однофазным, поэтому не позволяет определять направление движения (не реверсивный).

Для правильной работы объекта управления, необходимо при включении питания выполнить процедуру 'калибровки', или 'привязки к 0', датчика положения или счётчика шагов шагового двигателя.

Каждый привод осуществляет независимое перемещение в заданное положение с заданной скоростью. В процессе движения на первом участке скорость движения увеличивается до низкой, средней или высокой (в зависимости от расстояния до конечной точки), затем на втором участке остаётся постоянной и наконец на третьем участке уменьшается до нуля. При этом ускорение на участке разгона и торможения должно изменяться по 'прямоугольному' закону. При малых перемещениях 2-ой участок траектории отсутствует, а максимальная скорость может быть меньше заданной.

СУ мехатронного объекта предназначена для выполнения программы следящего управления. В этом случае оператор задаёт следующую точку позиционирования непосредственно, с помощью устройства указания. Задание новой точки может происходить во время отработки предыдущего перемещения.

Программа может быть просмотрена, запущена на исполнение и выполняться, приостановлена, выполнена по одному шагу, начата с начала.

ПОРВ должно поддерживать интерфейс оператора: на дисплее должна показываться информация о текущем состоянии: координате, скорости текущем шаге программы и.т.п. В качестве устройства указания и ввода информации могут использоваться как стандартные устройства компьютера: клавиатура, мышь, джойстик так и устройства ввода, подключаемые к устройству связи с объектом (УСО).

Исходные данные:

Тип двигателя 1: шаговый двухфазный;

Тип управления двигателем 1: биполярный полушаговый;

Тип двигателя 2: ДПТ;

Тип управления двигателем 2: реле, обеспечивающее изменение направления и выбор одной из трех скоростей;

Датчик положения двигателя 2: импульсный датчик;

Режим разгона: прямоугольный;

Максимальная скорость: 0,2 (м/с);

Время срабатывания тормоза: 0,02 (с);

Дискретность: 0,02 (с);

Основная функция: слежение.