2.2 Выбор усилителя

Для усиления управляющих сигналов, поступающих с микропроцессора на двигатель, необходим операционный усилитель, передаточная функция которого определяется в соответствии с выходным напряжением микропроцессора и номинальным напряжением электродвигателя:

(2)

(3)

Усилитель У5 – 11 применяется в микроэлектронике, приборостроении, навигационном оборудовании.

Характеристики:

диапазон усиления тока: 10^-15 – 10^-2 А;

напряжения: 10^-4 – 200 В;

коэффициент усиления К_у: (1*10^-2 – 100), 300, 1000;

входное сопротивление R_вх : > 1 – 10¹⁵ Ом;

полоса пропускания на уровне: - 3 дБ, 0,5 Гц;

масса 2,5 кг;

габариты мм.

2.3 Выбор двигателя

Выбор двигателя производят с учетом требуемой мощности, которая должна быть достаточной для обеспечения заданных скорости и ускорения объекта управления при заданной нагрузке.

Исходя из параметров системы наведения, найдем требуемую мощность двигателя.

, Р₀ = 50 Вт – мощность системы (4)

η – КПД редуктора (передачи)

Вт

По требуемой мощности подбираем двигатель ПТ при условии, что Р_ДВ ≥ Р_ТР

Для обеспечения требуемых параметров выбирается двигатель ПТ 2ПБ100МУХЛ4.

Характеристики:

возбуждение независимое

степень защиты IP44

изоляция обмоток – класс F

способ охлаждения ICO 040

Паспортные данные:

мощность, Р_д 130 Вт;

номинальное напряжение, U_н 220 В;

ток якоря, I_я 0,1 А;

сопротивление якоря, R_я 4,38 Ом;

сопротивление обмотки возбуждения, R_в 153 Ом;

сопротивление добавоч. полюсов 2,62 Ом;

индуктивность якоря, L 61 мГн;

частота вращения двигателя n_д: номинальная 1600 об/мин;

максимальная 3000 об/мин;

момент инерции, J_д 0,004 кг*м²;

КПД, η_д 72,5 %;

номинальный вращ. момент, М_ном 2,7 Н*м.

Передаточная функция двигателя: (6)

1. С_е = U_пит = I_я R_я = 0,438 – эл. постоянная двигателя (7)

2,283 (8)

2. 0,6164 (9)

Т_м – механическая постоянная времени

0.064 (10)

13,92 (11)

Подставляя рассчитанные значения в формулу для передаточной функции электродвигателя, получим:

(12)

НАСИК

3. Выбор усилителя.

Напряжение, поступающее с МП равно максимально 12В, а генератору для работы требуется 220 В. Требуется усилительное звено с коэффициентом усиления в 18 раз. Это усиление можно обеспечить использованием операционного усилителя. Такими показателями обладает операционный усилитель LT6200-5.

Технические характеристики усилителя.

- коэффициент усиления 5

- напряжение питания, В 12.6

- эффективность, МГц 800

- скорость нарастания выходного напряжения, В/мкс 250

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

4. Выбор микропроцессора.

Среди устройств автоматики наиболее широкое распространение получили МПК серий К580, К588, К1800. При выборе МПК кроме критериев технической, экономической и технико-экономической эффективности следует руководствоваться следующими соображениями:

1. Допустимое время обработки информации.

2. Высокая производительность МП, достаточный объем ОЗУ и ПЗУ.

3. Возможность цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени.

4. Возможность программной коррекции.

5. Малое энергопотребление.

6. Совместимость с другими микросхемами.

7. Доступность элементов.

8. Достаточно мощная и гибкая система команд МП.

9. Достаточно высокий уровень выходного сигнала ЦАП, для дальнейшего его использования без необходимости предварительного усиления.

10. Наличие встроенных ЦАП и АЦП.

11. Для сложных систем управления также необходимо несколько каналов ввода-вывода информации.

На основании вышеперечисленных критериев выбор был остановлен на МП серии К1813ВЕ1. Это однокристальный МП цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени, со встроенными аналоговыми системами ввода-вывода (ЦАП и АЦП), с 16-ти разрядным ПЗУ (емкостью 192х24 бит, ОЗУ (емкостью 40х25 слов), 25-ти разрядным ALU, четырьмя входными и восемью выходными аналоговыми каналами, разрешением 0,5% (8 двоичных разрядов и знак).

Выбранный микропроцессор обладает необходимой производительностью, мощной и гибкой системой команд и управления обработкой информации, возможностью программной коррекции локальных систем управления, совместим с БИС, имеет возможность обрабатывать аналоговый сигнал в режиме реального времени, благодаря встроенным АЦП и ЦАП и доступен.

Энергопотребление МПК можно принять допустимым, учитывая потребляемую мощность встроенных ЦАП и АЦП (суммарная мощность МПК с отдельными микросхемами ввода-вывода информации практически не отличается от мощности данного МПК, хотя непосредственно для МП существуют микросхемы с более низким энергопотреблением). Исходя из времени преобразования сигнала ЦАП, АЦП и тактовой частоты МП время обработки сигнала можно считать малым.

Достаточно высокий уровень выходных сигналов (1-2В, 0,4-2 мА) позволяет использовать данный сигнал в маломощных системах управления без предварительного дополнительного усиления.

Технические характеристики МП К1813ВЕ1:

1. 25-ти разрядное ALU.

2. 16-ти разрядные ОЗУ (192х24 бит) и ПЗУ (40х25 слов).

3. Разрешение 0,5% (8 двоичных разрядов и знак).

4. Нелинейность ЦАП и АЦП <0,1%.

5. Время преобразования не более 50 мкс.

6. Диапазон рабочих температур 0т –10 до 70 0С.

7. Тактовая частота 5 МГц.

8. Опорное напряжение 2 В.

9. Потребляемая мощность (с учетом потребления ЦАП и АЦП) 1,75 Вт.

10. Входное сопротивление (выборка) не менее 1,5 кОм.

11. Входное аналоговое напряжение не более 2 В.

12. Выходное сопротивление (хранение) не менее 100 кОм

13. Выходной ток 0,4 - 2 мА.

14. Входной ток не более 2 мА.

15. Ток потребления не более Icc - 50 мА.

I_BB – 150 мА.

Передаточную функцию МП принимаем равной единице

W(p)=1

5. Выбор датчика концентрации

В качестве датчика концентрации выберем концентратомер КСО-У2 предназначенный для измерения концентрации продуктов.