2.4 Выбор двигателя

Для корректной работы устройства требуется двигатель постоянного тока малой мощности.

Требуется определить требуемую мощность двигателя:

P_ТР=P_ВЫХ/η_ОБЩ (9)

где: P_ТР – требуемая мощность двигателя, кВт;

P_ВЫХ – выходная мощность, кВт;

η_ОБЩ – КПД конечного каскада, %.

Выходная мощность определяется необходимой силой перемещения штока механизма захвата и составляет 1 кН. Скорость перемещения штока должна составлять 0.05 м/с, т.е. требуемая мощность 70Вт.

Коэффициент полезного действия для шариковой винтовой передачи составляет 60% . Т.о. P_ТР=50 Вт.

2.4.1 Расчет передаточной функции двигателя. Для начала найдем электрическую постоянную двигателя

(В*с/рад) (10)

тогда коэффициент передачи двигателя k_Д=1/С_е=27.4 (рад/В*с).

Определим механическую постоянную времени. Найдем механическую постоянную времени:

(Н*м/А) (11)

(с) (12)

Электрическая постоянная времени:

(с) (13)

Передаточная функция ДПТ примет вид:

(14)

2.5 Выбор датчика давления

Среди микроэлектронных датчиков давления наибольшее распространение получили датчики, основанные на тензорезисторном эффекте, состоящем в изменении сопротивления материала в функции механического напряжения. Для разрабтываемой САУ подходит толстопленочный датчик давления на керамике. Основным критерием выбора среди таких датчиков становится рабочее давление, которое должно содержать в себе максимальное давление оказываемое на датчик в процессе работы. По причине относительно большого размера (для наших целей) современных датчиков, конкретную модель датчика мы выбирать не будем, однако, за исключением габаритов нам подходит датчик DSG 200.

2.5.2 Расчет передаточной функции датчика давления. Передаточная функция такого датчика давления имеет вид:

(15)

где: Кд=0.022 (В/кПа) - передаточный коэффициент керамической мембраны.

Таким образом передаточная функция датчика давления примет вид:

(16)

2.6 Выбор датчика линейного перемещения

Значения линейных перемещений определяются для редуктора. Перемещения составляют порядка 50 мм. Датчик должен обеспечивать непрерывное преобразование измеряемого параметра в унифицированный выходной сигнал ±5мА. Датчик должен быть снабжен магнитной стойкой для упрощения его установки на объекте.

2.6.1 Расчет передаточной функции датчика линейного перемещения. Значение максимального тока соответствует значению максимального перемещения. Если принять график работы датчика за линейную характеристику, то передаточная функция звена будет равна

W(p)=(17)

2.7 Выбор операционного усилителя

Напряжение, поступающее с ЭВМ равно максимально 12В, а ДПТ для работы в номинальном режиме требуется 60 В. Требуется усилительное звено с коэффициентом усиления в 5 раз. Это усиление можно обеспечить использованием операционного усилителя.

2.7.1 Расчет передаточной функции усилителя. Также как и любое стандартное усилительное (пропорциональное звено), данный усилитель обладает постоянным передаточным числом, или

(18)

Система (рисунок 1), с учетом полученных передаточных функций, может быть представлена в виде (рисунок 4).

5

0.2

0.022

P

I_P

I_У

ω_ДВ

l

1

I_dl

0.06

l

I_l

1.73

P

Рисунок 4 - Функциональная схема САУ захватом руки робота

Терминатора

3 Расчет датчика обратной связи

В основе работы тензорезистора лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности k, определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:

(19)

где: - относительное изменение сопротивления;

- относительное изменение длины.

При деформации твердых тел изменение их длины связано с изменением объема, причем изменение объема в зоне упругих деформаций для каждого материала постоянно и характеризуется коэффициентом Пуассона

(20)

где: - относительная поперечная деформация;

b - поперечный размер проводника квадратного сечения, мм.

В этом случае:

(21)

Учитывая, что

, (22)

получаем

, (23)

Коэффициент тензочувствительности в общем случае определяется как

k=(1+2μ)+m, (24)

где изменение удельного сопротивления проводника

(25)

Так как для системы был выбран неметаллический датчик давления, можно считать, что k≈m. Согласно справочным, сданным коэффициент тензочувствительности для кремниевого элемента составляет 100-120.

Геометрические параметры чувствительного элемента определяются несколькими параметрами, среди которых: прочностные характеристики тензоэлемента, ограничение базы решеток пределами от 0.7 до 10 мм, деформируемостью материала.

Исходя из условия ограничения относительного сопротивления тензорестора и относительной деформации материала можно получить

(26)

Выбранный тензорезистор относится с высокоомному, с сопротивлением 2 кОм. Тогда задавая значение деформации для кремниевого материала 2*10^-3 м/м, получим . Т.о. имеем зависимость размера чувствительного элемента от его максимальной деформации (примем=0.02, что вполне достаточно для измерения заложенного в ТЗ давления) из которойb=10 мм. Данное число вполне укладывается в допустимые рамки для кремниевого материала.