2 Выбор и обоснование выбора элементной базы

ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Выбор микропроцессора

Одним из главнейших устройств в любой САУ можно считать устройство сравнения, от точности, проведенной им операции будет зависеть, на сколько точным окажется управление. Таким образом, следует достаточно тщательно подойти к выбору этого элемента. Исходя из требуемых технических характеристик и экономической эффективности выбираем процессор Siemens 80C31.

2.1.1 Технические характеристики микропроцессора.

макс. тактовая частота, МГц 33

ROM/ EPROM, Кбайт 4

RAM, байт 128

таймеры/ счетчики 2

число линий ввода/ вывода 32

последовательные каналы UART

напряжение питания, В 2.7...5.5

рабочий интервал температур, ^оС - 55...+125

2.1.2 Расчет передаточной функции микропроцессора. Передаточная функция цифрового устройства микропроцессор является стандартной W(p)=1.

2.2 Выбор захвата робота

По заданной грузоподъемности (до 10 кг), определяем геометрические размеры и технические параметры захвата. Собственно для захвата, как механического устройства основными ограничениями могут стать прочностные характеристики для материала, из которого изготовлен захват.

7

8

150

8

а) б)

Рисунок 2 – Конструкция захват

Захват изготавливается из алюминия, для облегчения веса конструкции и одновременно сохранения ее прочности. Модуль Юнга для алюминия составляет E=6.5*10¹⁰ Н/м². Закон Гука записывается в виде:

(1)

где: F - сила, приложенная к образцу

S - площадь образца

ε - относительная деформация.

Т.е. при заданной относительной деформации ε=0.002% (сверх достаточного) имеем и площади поверхности одной половины захвата равной F=2*3=6*10^-4 м², имеем максимальную силу нагрузки:

Н (2)

Без дополнительных расчетов ясно, что этого более чем достаточно для удержания груза массой 10 кг.

2.2.1 Технические характеристики захвата

материал алюминий

максимальный угол захвата, градусы 50

допустимая нагрузка, кПа 400

допустимый вес, кг 10

габаритные размеры, мм 200х100х40

2.2.2 Расчет передаточной функции захвата. Входным значением для захвата является давление, создаваемое штоком гидропривода. Выходной величиной является давление клешней. Существует некий угол раздвижение клешней, который зависит от геометрических размеров захвата. Выбираем расстояние от крепления штока до конца захвата, равным 7 см. А угол искривления ‘пальца’ равным 30⁰ и длину верхней части пальца 8 см.

Передаточная функция определяется формулой:

W(p)= (3)

где: W(p) – передаточная функция захвата

P – давление на выходе захвата

P_ГП – давление на входе захвата,

однако также можно получить ее через перемещения:

. (4)

где: l – перемещение пальцев захвата

l_ГП – перемещение штока гидропривода.

Т.о. коэффициент передачи захвата составляет

2.3 Выбор гидропривода

Гидропривод представляет собой две емкости, перемещение штока в одной из которых зависит от перемещения штока в другой. Внешнее давление является постоянным и не подлежит регулированию. Однако давление на выходе гидропривода требует регулирования. Такое регулирование происходит путем перемещения штока в первой камере. Схематическое исполнение ГП представлено на рис.3.

Рисунок 3 – Конструкция гидропривода

Исходя из требуемого давления на выходе (400 кПа) выбираем привод марки MAXIMA 350.

2.3.1 Технические характеристики гидропривода MAXIMA 350.

давление питания, кПа 700

давление на выходе, при максимальном сдвиге штока, кПа 410

максимальный ход штока на входе, см 5

максимальный ход штока на выходе, см 10

управляющее давление, кПа 800

КПД, % 70

рабочий диапазон температур -10…+30

2.3.2 Расчет передаточной функции гидропривода. Передаточная функция гидропривода имеет вид:

(5)

где: k_П – коэффициент передачи гидропривода

T – постоянная времени гидропривода

ξ – коэффициент демпфирования,

(6)

где: P_ГП – давление на выходе гидропривода;

P – давление на входе гидропривода.

Требуемое на выходе гидропривода давление составляет 410кПа*1.73=692кПа, давление питания составляет 700 кПа. Максимальный ход штока на входе 5 см, на выходе 10 см т.е. коэффициент передачи гидропривода

Очевидно, существует связь между перемещением штока на входе и давлением на выходе. Для упрощения расчетов введем коэффициент усиления, который связывал бы зависимость изменения перемещения штока на входе и изменение давления на выходе:

(7)

Механическая постоянная времени гидроцилиндра:

(8)

где: m₀ - масса подвижных частей управляемого объекта, приведенная к штоку привода

c_Ц^/ - приведенная жесткость нагруженного цилиндра.

(9)

где: – приведенный модуль упругости гидроцилиндра

(10)

где: – приведенный модуль упругости гидроцилиндра

S_П - рабочая площадь поршня

V₀ - объем одной полости гидроцилиндра при среднем положении поршня

с_СВ=6*10⁶ Н/м - жесткость связи штока гидроцилиндра с управляемым объектом

B_Ж=1250 МПа - модуль объемной упругости рабочей жидкости

V_Л=10*10^-5 м³ - объем подводящего трубопровода гидролинии и мертвого объема гидроцилиндра

V₀ - объем полости гидроцилиндра при среднем положении поршня

c_ОП=4.3*10⁶ Н/м- жесткость опоры гидроцилиндра.

Рабочая площадь поршня определяется по формуле:

(11)

где: D_П=0.037 – диаметр поршня гидроцилиндра

d_ШТ=0.012 – диаметр штока гидроцилиндра.

Т.о. S_П=9.64*10^-4 м². Масса подвижных частей управляемого объекта

m₀=ρ*V (12)

где: ρ=2.7*10³ кг/м³ – плотность алюминия

V=90 см³ – объем подвижных частей.

Т.е. масса m₀=0.243 кг.

Объем одной полости цилиндра:

V₀= (13)

где: Y_ШТ.MAX.=3 см – максимальный ход штока

Т.о. V₀=1.45*10^-5 м³. Исходя из полученных данных, применим в (10)

(14)

(15)

Таким образом, механическая постоянная времени:

с (16)

Требуется определить постоянную времени демпфирования гидроцилиндра:

(17)

где: K_Q=6.44*10^-10 - коэффициент линеаризованной расходно-перепадной характеристики

k_ТР= 0.2 (бронза)- коэффициент трения в подвижных частях объекта.

Таким образом:

(18)

Для получения передаточной функции требуется определить коэффициент демпфирования:

(19)

Т.е. .

Т.о. передаточная функция гидроцилиндра запишется в виде:

(20)