- 38

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Расширенное техническое задание на разработку САУ

движением век терминатора 4

2 Выбор и обоснование выбора элементной базы локальной системы

управления 6

2.1 Выбор микропроцессора 6

2.2 Выбор гидроцилиндра 7

2.3 Расчет передаточной функции объекта управления 9

2.4 Выбор датчика угла 10

3 Расчет датчика обратной связи 12

4 Расчет устойчивости системы 15

4.1 Передаточная функция системы 15

4.2 Оценка устойчивости аналоговой системы 16

4.3 Расчет показателей качества системы 17

4.4 Оценка устойчивости дискретной системы 20

5 Построение логарифмической амплитудно-частотной и

фазочастотной характеристик системы и их анализ 23

6. Построение желаемой логарифмической амплитудно-частотной

характеристики системы, логарифмической амплитудно-частотной

характеристики корректирующего устройства 26

7 Расчет корректирующего устройства системы 30

7.1 Расчет аналогового корректирующего устройства 30

7.2 Расчет дискретного корректирующего устройства 33

Заключение 36

Список использованных источников 37

ВВЕДЕНИЕ

Системы автоматического управления создаются для того, чтобы автоматически, без непосредственного участия человека поддерживать необходимый режим работы различных обслуживаемых этими автоматами объектов. Системы автоматического управления самостоятельно, без вмешательства извне либо поддерживают постоянной, либо изменяют по заранее заданному закону одну или несколько физических величин, характеризующих процессы, происходящие в обслуживаемых объектах, или же сами определяют в зависимости от ряда условий нужный или оптимальный закон управления объектом.

Управляемый процесс может определяться рядом параметров и их соотношениями. В простых случаях управляемый процесс может достаточно полно определяться одним параметром (координатой). Системы для управления такими процессами носят название локальных систем автоматики – это системы автоматики, предназначенные для решения одной функциональной задачи, для управления одним устройством или для управления или сигнализации одного параметра.

Процесс регулирования может быть осуществлен одним из двух основных способов регулирования или их комбинацией.

Первый способ – это компенсация всех возмущений, действующих на систему (регулирование по возмущению). Второй способ – регулирование по отклонению выходной величины от заданного значения, лишен этого недостатка и получил широкое распространение.

Системы автоматического управления позволяют повысить эффективность ведения технологических процессов, сократить частично или полностью количество обслуживающего персонала на том или ином объекте, повысить производительность автоматизированных устройств и объектов и повысить их экономичность, получить возможность вести требуемый процесс в условиях и местах, недоступных для человека.

Целью данного курсового проекта является разработка локальной системы автоматического управления движением век терминатора.

1 РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на разработку сау движением век терминатора

Разрабатываемая система автоматического управления предназначена для управления движением век терминатора. На рисунке 1 представлена функциональная схема разрабатываемой системы.

S_шт

U₁ – входное напряжение микропроцессора; U₂ – выходное напряжение микропроцессора; S_шт – перемещение штока цилиндра; φ – перемещение века терминатора; U₃ – выходное напряжение датчика угла.

Рисунок 1 – Функциональная схема системы автоматического управления движением век терминатора

Микропроцессор является контролирующим органом системы. В его функции входит формирование такого управляющего сигнала U₂, который будет достаточным для приведения в действие штока цилиндра.

Гидроцилиндр служит рабочим органом системы. Основной функцией гидроцилиндра является создание необходимого усилия для управления объектом, то есть веком. Перемещение штока цилиндра устанавливает веко в открытое или закрытое состояние.

Датчик угла поворота необходим для преобразования значения угла поворота объекта управления в пропорциональный ему электрический сигнал U₃, являющийся информационным сигналом системы.

Система автоматического управления движением век терминатора имеет следующие технические характеристики.

Напряжение питания, В 5.

Объем гидроцилиндра, мм³ 3391,2.

Тип привода магнитожидкостный.

Вид жидкости вода.

Время регулирования, секунд 0.5.

Перерегулирование, % 20.

Период дискретизации системы, секунд 0,7.

Время безотказной работы, ч 200:300.

Температура окружающей среды, °С от -60 до +125.

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

2.1 Выбор микропроцессора

При выборе микропроцессора следует руководствоваться следующими соображениями:

• высокая производительность МП, достаточный объем ОЗУ и ПЗУ;

• возможность цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном

масштабе времени;

• возможность программной коррекции;

• малое энергопотребление;

• совместимость с другими микросхемами;

• доступность элементов;

• мощная и гибкая система команд МП;

• наличие встроенных ЦАП и АЦП.

На основании этих критериев выбираем МП INTEL80C31/32.

Серия INTEL80C31/32 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости, частоты приемника и т.д.).

Малые размеры корпусов, как для обычного, так и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеров пригодной для портативных приложений. Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования и гибкость ввода/вывода делает INTEL80C31/32 привлекательным даже в тех областях, где ранее не применялись микроконтроллеры.

Микропроцессор INTEL80C31/32 обладает точной эмуляцией, то есть в нем отсутствуют какие-либо ограничения на использование программой ресурсов микроконтроллеров, поддерживает банкированную модель памяти, имеет в своем составе 48-разрядный таймер реального времени, до 256 К эмулируемой памяти программ и данных, до 512 К аппаратных точек основа по доступу к памяти программ и данных, а также позволяет распределять память между эмулятором и устройством пользователя с точностью до одного байта.

Технические характеристики МП INTEL80C31/32.

Максимальная тактовая частота, МГц 30.

Число линий ввода/вывода 32.

Напряжение питания, В 3,3:5.

Объем RAM, байт 512.

Объем ROM/EPROM, Кбайт 4.

Количество счетчиков 2.

Рабочий интервал температур, °С от 55 до +125.

Передаточная функция цифрового устройства микропроцессор является стандартной и имеет вид:

W_МП(p) = 1.

2.2 Выбор гидроцилиндра

Основным критерием при выборе гидроцилиндра являются массогабаритные характеристики элемента, а так же давление, на которое рассчитано данное устройство. Гидроцилиндры предназначены для перемещения рабочего органа, то есть объекта управления, в соответствии с импульсами, поступающими от управляющего устройства, в нашем случае – микропроцессора.

Рисунок 2 – Основные и расчетные параметры гидроцилиндра

Для разрабатываемой системы выбираем поршневой гидроцилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком (рисунок 2).

Основными параметрами поршневого гидроцилиндра являются: диаметр поршня D и штока d, рабочее давление P и ход поршня S.

Зададим числовые значения этих параметров, исходя из конструктивных параметров гидроцилиндра.

D = 10 (мм), d = 5 (мм), P = 10 (МПа), S = 15 (мм).

По основным параметрам можно определить следующие:

Площадь поршня в поршневой полости 1 и в штоковой полости 2 соответственно:

(мм²),

(мм²).

Усилие, развиваемое штоком гидроцилиндра при его выдвижении и втягивании соответственно:

МПа·мм²,

МПа·мм²,

где k_тр = 0,9…0,98 – коэффициент, учитывающий потери на трение.

Произведем расчет цилиндра на прочность.

В зависимости от соотношения наружного D_н и внутреннего D диаметров цилиндры подразделяют на толстостенные и тонкостенные. Толстостенными называют цилиндры, у которых D_н/ D > 1,2, а тонкостенными – цилиндры, у которых D_н/ D ≤ 1,2.

В нашем случае D_н/ D = 12/10 = 1,2. Таким образом для нашей системы выбираем тонкостенный цилиндр.

Толщина стенки тонкостенного цилиндра определяется по формуле:

[мм],

где P_у – условное давление, равное 1,2·P = 12 (МПа),

[σ] – допускаемое напряжение на растяжение (для стального литья 8·10⁷ (Па)).

К определенной по формуле толщине стенки цилиндра прибавляется припуск на обработку материала. Таким образом, толщина стенки цилиндра составляет 0,8 (мм).

Толщина крышки цилиндра:

[мм],

где d_к – диаметр крышки.

Передаточная функция гидроцилиндра имеет вид:

.

Определим коэффициент усиления k.

Напряжение, подаваемое на вход гидроцилиндра, равно:

U₁ = 5 (B).

На выходе – перемещение штока гидроцилиндра:

S_шт = 15 (мм).

Коэффициент усиления будет равен:

.

Следовательно, передаточная функция гидроцилиндра:

.