2.3 Расчет передаточной функции объекта управления
Объектом управления в разрабатываемой системе является веко, его передаточная функция имеет вид:
.
Коэффициент k рассчитывается по формуле:
,
где φ – перемещение объекта управления (века), °С,
Sшт – перемещение штока гидроцилиндра, мм.
Таким образом, передаточная функция объекта управления:
.
2.4 Выбор датчика угла
Для данной САУ выбираем магнитожидкостный датчик угла, предназначенный для измерения пространственных углов относительно линии горизонта.
Основные технические характеристики датчика.
Точность, мин. угл. 1.
Диапазон измеряемых углов, ° от -90 до +90.
Диапазон рабочих температур, °С от -60 до +60.
Сохраняет работоспособность после воздействия
– механических ударов с перегрузкой, м/с2 1500;
– синусоидальной вибрации в диапазоне частот, Гц 500.
Габариты, мм:
– диаметр 17;
– длина 55.
Масса, г 60.
Выбранный магнитожидкостный датчик угла применяется в системах дистанционного управления механизмами-роботами; как указатель крена в строительных механизмах, подъемных кранах, горных механизмах и др.; в система дистанционного управления при сборке крупногабаритных узлов с высокими требованиями к перекосам; в системах юстировки, горизонтировании, управления по углу наклона (вертикали).
Передаточная функция магнитожидкостного датчика угла имеет вид:
,
где
Таким образом, передаточная функция датчика угла:
3 Расчет датчика обратной связи
В данной системе датчиком обратной связи является магнитожидкостный датчик угла.
Датчик состоит из полого цилиндрического корпуса, снаружи которого наматываются измерительные и питающие обмотки. С торцов корпуса вворачиваются специальные регулировочные пробки с постоянным магнитом. В качестве чувствительного элемента в датчике используется постоянный магнит, взвешенный в магнитной жидкости.
Применение в конструкции датчика разнесенных измерительных и питающей обмоток позволяет улучшить форму выводного напряжения и согласование с блоком обработки сигнала.
Произведем расчет постоянного магнита, входящего в состав датчика. Для этого нужно выбрать материал, из которого магнит будет изготовлен. Выбор того или иного материала определяется назначением постоянного магнита и требованиями, предъявляемыми к нему, а также экономическими и технологическими соображениями.
На рисунке 3 изображена диаграмма, отображающая динамику свойств различных материалов, из которых изготавливают постоянные магниты.
Рисунок 3 – Диаграмма свойств материалов магнитов
Нижняя голубая линия показывает динамику развития свойств ферритовых магнитов, именно тех, которые мы используем обычно в защелках, динамиках и т.п. Следующая красная – магнитные сплавы типа Альнико (алюминиево-никелиевые), применяемые обычно в радио и телевизионной аппаратуре. А вот зеленая и фиолетовая – соответствуют новому виду магнитов, изготавливаемых на основе редкоземельных элементов: зеленая линия – самарий-кобальтовые магниты, фиолетовая линия – неодим-железо-боровые.
Как видно из диаграммы магнитная энергия самариевых магнитов в 6 раз выше, а неодимовых в 10 раз выше, чем у ферритовых (керамических) изделий. На практике это означает, что неодимовый магнитик размером с куриное яйцо, неосторожно взятый в руки, способен раздробить пальцы. Т.е. механические усилия, которые могут создаваться современными постоянными магнитами уже не являются силами игрушечными или приборными, а вполне соответствуют усилиям, характерным для обычных машин и механизмов, т.е. – десятки и сотни килограммов.
Таким образом, для разрабатываемой системы выбираем постоянный магнит из алюминиево-никелевого сплава.
Характеристики алюминиево-никелевого сплава.
|
Относительная длина постоянного магнита, мм |
15. |
|
Относительная величина поперечного сечения, мм |
31. |
|
Остаточная индукция, Т |
0,75. |
|
Коэрцитивная сила, кА/м |
48. |
|
Индукция магнитного поля, Т |
0,43. |
|
Напряженность магнитного поля, кА/м |
28. |
|
Удельная максимальная магнитная энергия, Дж/м3 |
6000. |
|
Коэффициент выпуклости |
0,45. |
|
Плотность, кг/м3 |
7,8. |
|
Коэффициент возврата, Г/м |
106. |
|
Относительная масса на единицу энергии, г |
4. |
Магнит имеет цилиндрическую форму и изображен на рисунке 4.
Рисунок 4 – Постоянный магнит
Объем магнита:
(мм3),
где r – радиус основания цилиндра, мм;
l – высота цилиндра (длина магнита), мм.
Площадь боковой поверхности цилиндра:
(мм2).
Площадь полной поверхности цилиндра:
(мм2).
Площадь сечения магнита:
(мм2).