БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

Локальные системы управления

на тему

САУ подачи чернил в струйном принтере

Выполнил ст. гр. УИТ-51

Змовик В.В.

Принял

Скоробогатова Т. Н. __________

«____» _____________2004г.

2004

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Задачи по управлению тем или иным явлением или процессом, возникающие в повседневной практической деятельности человека обширны и многообразны.

Управление можно определить как совокупность действий, обеспечивающих проведение любого процесса в целях достижения определенных результатов.

Все процессы в управлении носят общие закономерности, не зависящие от конкретных целей и объектов управления. Элементы АСУ связаны друг с другом посредством передаваемых сигналов. Состояние объекта в каждый момент времени характеризуется его выходными параметрами. Управлять объектом – значит управлять его выходными параметрами. Характер преобразования сигналов в объекте и сами эти сигналы предопределены назначением объекта в технологическом процессе и не могут быть изменены. Это следует учитывать при проектировании АСУ, хотя для рассмотрения ее свойств и качества природа сигналов не принципиальна.

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.

3 Уитс.421243.011 пз

Целью данной курсовой работы является проектирование САУ подачи чернил в струйном принтере.

Струйные принтеры на сегодняшний день являются одними из самых используемых по сравнению с матричными и лазерными. Их выбирают из-за относительно высокой скорости печатания и дешевизны. Одним из их недостатков является дорогая заправка принтеров чернилами. Стоимость чернил в несколько раз выше, чем стоимость тонера. Поэтому очень важно экономить чернила и не расходовать их напрасно. Автоматизируя подачу чернил и регулируя ее с помощью ЭВМ, мы может снизить их расход, т.е. увеличить время работы принтера до следующей заправки.

Таким образом, требуется спроектировать САУ подачи чернил в струйный принтер, которая будет регулировать расход чернил.

4

УИТС.421243.010 ПЗ

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Спроектировать САУ подачи чернил в струйный принтер со следующими параметрами:

Измерение расхода Q=10^-6мл/сек

Перерегулирование σ < 20 %

Время регулирования t_p = 0.04 c

Запас по усилению ∆L > 20 дБ

Запас по фазе ψ > 30^o

Рисунок 1 - Структурная схема САУ

МП – микропроцессор;

ВГ – высокочастотный генератор;

ПА – пьезоактиватор;

У – усилитель;

ИМ – исполнительный механизм (отклоняющие пластины);

ДР – датчик расхода.

5

УИТС.421243.010 ПЗ

Рассмотрим структурную схему САУ на рисунке 1, она представляет собой систему с одним замкнутым контуром и служит для определения расхода чернил. Датчик расхода регулирует расход чернил и включен в обратную связь, составляя замкнутый контур. Задающий сигнал для регулирования расхода поступает с микроЭВМ. Это значение поступает на высокочастотный генератор ВГ, который вырабатывает переменное электрическое напряжение с заданной частотой, воздействующее на пьезоактиватор, механические колебания в котором возникают за счет обратного пьезоэлектрического эффекта. Эффект заключается в том, что некоторые кристаллические материалы при наложении электрического поля быстро и сильно поляризуются и поэтому изменяют свои размеры. При снятии электрического поля эти вещества (пьезоэлектрики) возвращаются к своему первоначальному состоянию. За счет механических колебаний чернила, дробящиеся на капли, как бы «выплевываются» из чернильницы с заданной частотой, образуя расход чернил Q_общ.

Сигнал с ЭВМ поступает также через усилитель на исполнительный механизм (отклоняющие пластины), которые выборочно отклоняют предварительно заряженные капли чернил в чернильницу на обратную рециркуляцию. Таким образом, на бумагу попадают только неотклоненные капли (10-20% для текста), печатая строку текста, остальные капли (которых большинство) попадают на рециркуляцию. Это и есть режим экономии чернил. В обратную связь включен датчик расхода, который измеряет реальный расход чернил:

.

Расход выводится с помощью специальной программы на экран пользователя, который решает, включить режим экономии чернил или нет.

6

УИТС.421243.010 ПЗ

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ВЫБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В данном устройстве имеется некоторая особенность в определении элементной базы. Все элементы струйного принтера, кроме микроЭВМ, не являются унифицированными, т.е. элементы разрабатываются для конкретной модели с учетом необходимых передаточных функций, массогабаритов, надежности и т.д. Таким образом передаточные функции элементов не рассчитываем, а выбираем необходимые, под которые уже создается элементная база.

2.1 Микропроцессор (ЭВМ)

В данной системе управление осуществляется с помощью программного обеспечения принтера (драйверов), которые обрабатываются микропроцессором. Поэтому микроЭВМ - один из важнейших элементов системы подачи чернил в принтере. Для корректной работы системы не требуется высокопроизводительной ЭВМ. Она должна быть такая, чтобы ее ресурсов хватило для запуска приложения, из которого осуществляется печать, т.е. корректную работу может обеспечивать даже системы, основанные на микропроцессорах первых поколений (Intel 8086 и т.д.).

Приведем оптимальный диапазон конфигураций микроЭВМ, исходя из современных элементов:

Микропроцессор:

Intel Pentium III-IV HT

Тактовая частота, МГц 1000-3000

Быстродействие, млн.операции в сек. 100-500

Напряжение питания, В 2.7

Ток питания, мА 10

7

УИТС.421243.010 ПЗ

Также для обеспечения правильной работы системы необходима версия драйверов для принтера, которые отвечают за распределение чернил в соответствии с печатаемым документом и правильное сопряжение принтера с микропроцессором.

Передаточная функция микропроцессора

Wмп =1 (1)

2.2 Усилитель

Напряжение, поступающее с МП равно 1,5В, а для работы отклоняющих пластин необходимо 12В. Т.е. в систему включаем усилительное звено с коэффициентом усиления 8.

Передаточная функция усилителя

Wу =8 (2)

2.3 Отклоняющие пластины (дефлектор)

Отклоняющие пластины являются исполнительным механизмом. Они представляют собой 2 электрода, между которыми создается электрическое поле, отклоняющее заряженные частицы в заданном направлении. Такой способ печати называется непрерывной струйной печатью и позволяет достигать высоких скоростей печати. Например, в машине Vantage фирмы Scitex максимальная скорость печати составляет 230 стр/мин.

Отклоняющие пластины реализуют функцию апериодического звена.

Выбираем передаточную функцию дефлектора

(3)

8

УИТС.421243.010 ПЗ

2.4 Высокочастотный генератор

Служит для наведения обратного пьезоэлектрического эффекта в пьезоактиваторе с помощью генерации колебаний напряжения высоких частот.

Генератор реализует функцию пропорционального звена, коэффициент пропорциональности которой зависит от питающего напряжения и частоты генерации.

Выбираем передаточную функцию генератора

W_г(р)=0.0001 (4)

2.5 Пьезоактиватор

Служит для создания непрерывных механических колебаний, за счет которых чернила дробятся на отдельные капли и выбрасываются с высокой скоростью из сопла печатающей головки. В пьезоактиваторе используется пьезокерамика, обладающая высокой прочностью и стабильностью пьезоэлектрических свойств, состоящая из титаната бария.

Пьезоактиватор подобен электрическому конденсатору. Механическая сила появляется под воздействием напряжения U, определяемого как U= q/C, где С — емкость между проводниками (включая емкость пьезоэлемента). Чувствительность активатора определяется как приращение входного напряжения, соответствующего изменению силы F. При параллель­ном соединении п пластин их емкость складывается. Чувствитель­ность в этом случае:

, (5)

где

п — количество пластин;

К_о — пьезоэлектрический модуль мате­риала пластины, Кл/Н;

С_вх — емкость измерительной цепи, Ф;