ВСТУП
Автоматизація проектування займає особливе місце серед інформаційних технологій.
По-перше, автоматизація проектування – синтетична дисципліна, її складовими частинами є багато інших сучасних інформаційних технологій. Так, технічне забезпечення систем автоматизованого проектування (САПР) засновано на використанні обчислювальних мереж і телекомунікаційних технологій, в САПР використовуються персональні комп'ютери і робочі станції, є приклади вживання мейнфреймів. Математичне забезпечення САПР відрізняється багатством і різноманітністю методів обчислювальної математики, статистики, математичного програмування, дискретної математики, штучного інтелекту, що використовуються.
По-друге, знання основ автоматизації проектування і вміння працювати із засобами САПР потрібно практично кожному інженеру-розробнику. Комп'ютерами насичені проектні підрозділи, конструкторські бюро і офіси. Робота конструктора за звичним кульманом, розрахунки за допомогою логарифмічної лінійки або оформлення звіту на пишучій машинці сталі анахронізмом. Підприємства, що ведуть розробки без САПР або лише з малим ступенем їх використовування, виявляються неконкурентоздатними як через великі матеріальні і тимчасові витрати на проектування, так і через невисоку якість проектів.
В результаті автоматизація проектування стала необхідною складовою частиною підготовки інженерів різних спеціальностей; інженер, що не володіє знаннями і не вміє працювати в САПР, не може вважатися повноцінним фахівцем. Тому метою даного курсового проекту є здобуття практичних навиків користування популярною системою автоматизованого проектування P-CAD 2001.
-
Загальний опис пристроїв пропорціонального управління
Апаратуру пропорційного управління моделями виготовляють багато зарубіжних фірм. В основному це імпульсна багатоканальна апаратура, укомплектована рульовими машинками. Її схемні рішення цілком можуть бути використані для виготовлення апаратури в любительських умовах.
Відомий чеський інженер-конструктор В. Валента так і поступив. Він узяв за основу апаратуру системи "Телепроп", вніс в неї необхідні зміни і виготовив свій, модернізований варіант. Опис цієї апаратури познайомить читача з тим, як на практиці реалізують один з принципів побудови імпульсної багатоканальної радіолінії пропорційного управління. Особливість цієї системи в тому, що при передачі на борт керованої по радіо моделі інформації про положення ручок управління командодатчиків застосовується широтно-імпульсна модуляція (ШИМ) з тимчасовим розділенням каналів управління і синхропаузою. Модулюючий сигнал формують тактовий (Т=20 мс) і багатофазний регульований мультивібратори, що диференціюють ланцюги, що діодні підсумовують осередки і вихідний одновібратор.
Рисунок 1.1 – Епюри, пояснюючі структуру імпульсної послідовності в командних каналах
На рисунку 1.2 показана принципова схема чотирьох канального шифратора. Мультивібратор на транзисторах VT2, VT3 запускає багатофазний мультивібратор, транзистори VT4-VT7 якого відкриті струмом бази через резистивні ланцюги.
Рисунок 1.2 - принципова схема чотирьох канального шифратора
Припустимо, що в початковий момент часу транзистор VT3 закритий. Конденсатор СЗ заряджає до деякої напруги, залежної від положення руху змінного резистора R6. При перемиканні мультивібратора транзистор VT3 відкриється і напруга конденсатора СЗ закриє транзистор VT4.
Транзистор VT4 буде закритий до тих пір, поки конденсатор СЗ не розрядиться через ланцюг R8, R9. Таким чином, час перемикання транзистора VT4 залежить від положення движка змінного резистора R6, сполученого з управляючим важелем командодатчика, і від положення повзунка регулюючого резистора R8, що встановлює ширину імпульсу при нейтральному положенні цього важеля.
До колектора транзисторів VT3- VT7 підключені диференціюючі ланцюги С7, R7, С8, R12 і т. д., підключені через діоди VD1-VD5 до збірної лінії. На ній формується сигнал, що складається з синхропаузи і продиференціювали коротких імпульсів, що виникають на початку і кінці канального інтервалу.
Модулюючий транзистор передавача працює як ключ, який в ритмі модуляції підключає напругу живлення до вихідного ступеня. Оскільки вузькі імпульси на збірній лінії (мал. 4) через розкид номіналів елементів диференціюючих ланцюгів мають різну тривалість, то модулятор формує модулюючий сигнал у вигляді імпульсів з певними параметрами. Для цієї мети призначений одновібратор на транзисторах VT8, VT9 постійну часу якого вибирають відповідно тривалості імпульсу. Транзистор VT9 одночасно служить модулятором.
Для наладки шифратора необхідний осцилограф з калібруванням тимчасової розгортки. До шифратора підключають батарею з напругою 12 В. По осцилографу перевіряють эпюри напруги колектора.
Регульованим резистором R2 встановлюють необхідну тривалість періоду мультивібратора (20 мс). Тривалість кожного канального імпульсу при нейтральному положенні важеля командодатчика повинна бути 1,5 мс. При перекладі важеля командодатчика в крайні положення тривалість канального імпульсу змінюється відповідно на +0,5 або -0,5 мс. Таким чином, межі зміни тривалості імпульсу 1-2 мс. Регульованими резисторами R8, R13, R18, R23 встановлюють необхідну тривалість імпульсу в кожному каналі при нейтральному положенні важеля. З важелями в командодатчику передаючого пристрою механічно зв'язані движки змінних резисторів R6, R11, R16 і R21.
Далі контролюють по осцилографу напругу на збірній лінії. Колектор транзистора VT9 через резистор опором 100 Ом тимчасово сполучають із загальним дротом (з мінусовим висновком джерела живлення). Епюра напруги повинна відповідати мал. 5. Конденсатор С13 призначений для додання імпульсам модулюючого сигналу форми трапеції.
Рисунок 1.3 – Епюра напруги на виході модулятора.
Така форма імпульсу знижує рівень гармонік у високочастотному сигналі, звужує смугу випромінювання і підвищує вихідну потужність передавача. Якщо тривалість імпульсу відрізняється від 200 мкс, то її змінюють підбір кою конденсатора С12. Замикаючий резистор опором 100 Ом знімають - шифратор можна підключати до передавача.
Задаючий генератор передавача виконаний по схемі з кварцовою стабілізацією частоти. Зв'язок між ступенями індуктивний. До колектора транзистора вихідного каскаду підключений С-фільтр С5, L4, С6, який ефективно пригнічує гармонійні складові. Котушка L5 - погоджує. Довжина антени-1400 м, що рекомендується. В передавачі можуть бути застосовані наступні вітчизняні транзистори: VT1 -серийКТ315-КТ316; КТ306А- КТ306В, КТ603; VT2 - серій КТ603. КТ904А, КТ606А.
Котушки мають наступні характеристики: L1 - 14 витків дроту ПЕВ-2 0,8 на каркасі діаметром 8 мм з феритовим регулювальником завдовжки 10 мм; L2-5-6 витків монтажного дроту діаметром 0,8 мм в хлорвініловій або фторопластовій ізоляції, L2 намотують поверх L1; L4-7 витків дроту ПЕВ-2 0,8 на такому ж каркасі, як і L1; L5 -19-25 витків ПЕВ-2 0,3 на тому ж каркасі (число витків підбирається залежно від довжини застосованої антени).
Кварцовий резонатор застосовують на частоту 27,12 МГц±0,05%. Рекомендується випробовувати передавач з повністю розгорненою антеною. При експлуатації передавача без антени, небезпечне теплове перевантаження крайового транзистора. "подовжувальну" котушку L5 антени, якщо вона застосована, настроюють по індикатору напруженості поля. Корпус передавача сполучають із загальним дротом в одній крапці.
Остаточно настроюють передавач після установки його в корпус. Одночасно підстроюють "подовжувальну" котушку антени, при цьому передавач повинен бути в руках. Потужність передавача приблизно рівна 500 мВт. Рекомендується крайовий транзистор передавача встановити на тепловідвід.
Бортова частина апаратури містить приймач, дешифратор, чотири однакових сервопідсилювача і рульові машинки. Приймач є супергетеродином, налаштованим на фіксовану частоту. Для забезпечення безрегульовані зв'язки гетеродин приймача збирають по схемі генератора з кварцовою стабілізацією частоти. Схема приймача зображена на мал. 8. На вході приймача застосований смуговий фільтр, що відділяє антену від вхідного транзистора VТ1. Це збільшує вибірковість і зменшує зворотне випромінювання гетеродина в антену, дозволяє без перебудови вхідних контурів застосувати будь-який високочастотний канал в частотних межах, виділених для радіоуправління моделями, шляхом простої заміни кварцового резонатора. При цьому різниця по частоті між сусідніми каналами може бути рівна 0,01 Мгц.
Рисунок 1.4 – Схема приймача.
Гетеродин працює на частоті, яка нижче за частоту сигналу, що приймається, на 465 кГц. Діод VD3 служить детектором сигналу, а VD2 - детектором сигналу АРУ. Напруга сигналу для АРУ знімається з первинної обмотки трансформатора проміжної частоти (трансформаторами проміжної частоти В. Валента називає фільтри проміжної частоти, що є одиночними контурами з котушкою зв'язку) і випрямляється кремнієвим діодом, який одночасно визначає робочу точку змішувача і транзисторів підсилювача проміжної частоти. Чітка робота системи АРУ важлива, головним чином, при невеликих відстанях приймача від передавача.
Приймач розрахований на вживання готових деталей, у тому числі і трансформаторів проміжної частоти. Проміжна частота може бути в межах від 455 до 468 кГц. Показником якості трансформатора високої частоти є добротність. Вона повинна бути рівна 120-140. Ширина смуги сигналу, що приймається, 8-10 кГц. Вмонтовувати приймач слід на одній платні. Монтаж може бути будь-ким. Каркаси котушок L1 і L2 мають діаметр 5 мм Підстроюють котушку феритовими сердечниками, відстань між осями котушок рівна 9 мм (необхідно строго витримувати цю відстань).
Котушки намотані дротом ПЕВ-2 0,3; L1 містить 10 витків, а L2-13 витків з відведенням від третього витка, вважаючи від заземленого через конденсатор C3 кінця. Високочастотний дросель L3 намотується на ізоляційному каркасі діаметром 3 мм і завдовжки 11 мм дротом ПЕВ-2 0,06 виток до витка до заповнення. Дросель можна намотати і на резисторі МЛТ-0,5 опір не менше 100 кОм.
Наладка приймача полягає в настройці вхідного смугового. фільтру і трансформаторів проміжної частоти. Автор рекомендує настроювати приймач по сигналах передавача з укороченою антеною. Якщо настроювати приймач від генератора стандартних сигналів, необхідно дуже точно знати частоту передавача і набудувати на неї генератор. Перед настройкою до приймача підключають антену завдовжки 1 м, а до виходу - високоомні телефони.
Спочатку настроюють вхідний фільтр L1C1 і у міру збільшення чутливості передавач видаляють на таку відстань, щоб сигнал в телефоні був чутний слабо, і знову добиваються максимуму при настройці (у тому числі і уточненням режиму транзистора VT4). Потім підстроюють трансформатори проміжної частоти.
Схема дешифратора приймача представлена та описана в іншому розділі даного курсового проекту, отже тут про неї говорити недоцільно.
Завершальною ланкою бортової апаратури є електронний блок рульової машинки. В системі використані рульові -машинки "Варіопроп". Принципова схема електронного блоку рульової машинки представлена на мал. 11. Призначення блока спільно з двигуном рульової машинки перетворити тривалість поступаючих з дешифратора імпульсів в механічне відхилення важеля рульової машинки, пропорційне тривалості канального імпульсу, яка у свою чергу пропорційна відхиленню важеля командодатчика. Одновібратор, зібраний на транзисторах VT1 і VT2 і що запускається фронтом вхідного канального позитивного імпульсу, генерує імпульс негативної полярності. Обидва імпульси - позитивний канальний і негативний одновібратора поступають через резистори R13 і R14 в крапку А для порівняння.
При запуску одновібратора і нейтральному положенні важеля рульової машинки з колектора транзистора VT2 в вузол А поступає негативний імпульс тривалістю 1,5 мс. Тривалість імпульсу одновібратора регулюють змінним резистором R2, движок якого механічно пов'язаний з вихідним валом рульової машинки. В результаті порівняння утворюються короткі імпульси, полярність яких залежить від направлення руху важеля командодатчика з нейтрального положення. При однаковій тривалості порівнюваних імпульсів сигнал на вхід підсилювача постійного струму, що живить рульову машинку, не поступає, тому вал електродвигуна рульової машинки не обертається.
Розглянемо випадок, коли імпульси одновибратора вже канальних. Після віднімання одержимо позитивні імпульси, тривалість яких тим менше ніж менше різниця в тривалості порівнюваних імпульсів. Позитивні імпульси відкривають ключ на транзисторі VT4 і заряджають інтегруючий конденсатор С6 негативним по відношенню до середньої точки джерела живлення напругою, яка поступає на підсилювач постійного струму на транзисторах VT6, VT8. Електродвигун M1 включається і через знижую чий редуктор переміщає вал керма і пов'язаний з ним движок змінного резистора R2 вниз по схемі. Тривалість позитивного імпульсу одновібратора збільшується і, коли вона порівняється з тривалістю канального імпульсу, напруга в крапці А стане рівним нулю. Транзистор VT4 закриється, конденсатор С6 розрядиться до половини напруги живлення, транзистори VT6 і VT8 закриються, двигун зупиниться.
Проте система, що містить інтегруючі ланки (конденсатор С6 і електродвигун рульової машинки), володіє інерційністю. Тому двигун необхідно виключити дещо раніше того моменту, коли стануть однаковими порівнювані імпульси. Для цього вводять негативний зворотний зв'язок, оскільки інакше почнуться механічні коливання вихідного валу рульової машинки. Напруга негативного зворотного зв'язку з виходу підсилювача рульової машинки подана на вхід одновібратора через резистори R6 і R8.
У разі, коли імпульс одновібратора має більшу тривалість, ніж канальний, в крапці А утворюються негативні імпульси. Вони відкривають ключ на транзисторі VT3, конденсатор С6 заряджає позитивно по відношенню до передньої точки джерела живлення, відкриваються транзистори VT5 і VT7, і двигун обертається у зворотний бік, переміщаючи движок змінного резистора R2 вгору по схемі. Як тільки вхідний канальний імпульс по тривалості порівняється з імпульсом одновібратора, обертання валу двигуна рульової машинки припиниться.
Резистор R12 і конденсатор С1 утворюють фільтр в ланцюзі живлення одновібратора, необхідний для розв'язування ланцюгів живлення одновібраторов, оскільки при роботі рульових машинок перепади струму, а значить, і коливання напруги живлення - значні. Це приводить до зміни параметрів імпульсів одновібратора і порушує пропорційність відхилення важеля передавача в рульовій машинки.
До переваг описаного електронного блоку в порівнянні з аналоговими слід віднести те, що крайовий підсилювач працює в ключовому режимі відкритий або закритий. Час, протягом якого підсилювач знаходиться в закритому або відкритому стані, залежить від амплітуди пилкоподібної напруги, що проінтегрувала. Як тільки різниця в тривалостях імпульсів каналу і одновібратора почне наближатися до нуля, амплітуда пилкоподібної напруги стане мінімальною. При цьому на електродвигун поступають імпульси малої тривалості, і він, сповільнюючись, доводить кермо до потрібного положення.
Розглянутий принцип широко застосовують при створенні апаратури пропорційного управління. Схемні рішення відрізняються великою різноманітністю, наприклад, способом запуску одновібратора, включенням змінного резистора в механічному зворотному зв'язку, зміною полярності або посиленням вхідного канального імпульсу, заміною підсилювача на транзисторах VT5, VT6 тригером Шмітта і т.д.
Електронний блок рульової машинки вмонтовують на окремій платі. На ній розміщують всі елементи, окрім змінного резистора R2 і електродвигуна М1. Розглянемо процес наладки електронного блоку рульових машинок. Підбором резисторів R1 і R3 встановлюють максимальний поворот важеля рульової машинки. При цьому зручно користуватися управляючими сигналами передавача. Вхід електронного блоку підключають до дешифратора. Гнучкими провідниками підключають до платні висновки від змінного резистора R2 і електродвигуна. Включають живлення, але середній висновок батарей поки залишають вільним. Важіль рульової машинки встановлюють в нейтральне положення. Тимчасово замість резистора R4 підключають змінний резистор опором 47к0м. На екрані осцилографа спостерігають эпюри напруги в окремих точках. Вони повинні відповідати рисунку 1.5.
Рисунок 1.5 – Епюри напруг в одновібраторі.
Потім підключають осцилограф до точки А і спостерігають форму напруги, зображену на рисунку 1.6. З дешифратора повинні поступати імпульси, відповідні нейтральному положенню важеля командодатчика. Тривалість цих імпульсів-1,5 мс.
Рисунок 1.6 – Епюри напруг в точці А