Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
40
Добавлен:
23.02.2014
Размер:
204.29 Кб
Скачать

2 Выбор элементной базы

2.1 Выбор микропроцессорной системы

Для регулирования частоты вращения выходного вала исполнительного механизма (ИМ) выбирается микропроцессорная система на базе серии ADuC8xx.

Выбор микропроцессорного комплекта (МПК) серии ADuC8xx обусловлен следующими причинами:

- наличие встроенных в микроконтроллер аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей;

- наличие развитой архитектуры;

- наличие развитой системы команд;

- возможность увеличения разрядности микропроцессора;

- наличие 6 восьми разрядных РОН, которые могут использоваться как регистровые пары;

- высокая надёжность и эксплуатационные характеристики.

Отличительной особенностью новейшего семейства микросхем серии ADuC8xx является сам их принцип построения. Эти микросхемы не являются «микроконтроллером со встроенными АЦП-ЦАП». Они представляют собой удачно скомбинированные АЦП и ЦАП со встроенным в них микроконтроллером и флэш-памятью. Поэтому их основным достоинством является высокая точность аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, удачно сочетаемая с возможностью непосредственной обработки получаемой информации. Архитектура ее представлена на рисунке 2.

Микроконтроллер представляет собой «стандартное» ядро с возможностью подключения основных средств ввода-вывода (карты VGA, ЖК-дисплеи, клавиатуры, принтера, НГМД) позволяет использовать модуль в системах с участием оператора. Процессор Am188ES/40 МГц, Статическое ОЗУ (SRAM) до 1024 кбайт, Флэш-память до 2048 кбайт, Порт ЖКИ (алфавитно-цифровой, графический) с источником питания для подсветки и с регулировкой контрастности, Порт PC и матричной клавиатуры 4x4, 5x4, 32-контактная розетка для установки DiskOnChip, микросхемы DS1216xx (календарь/часы/аккумулятор) или энергонезависимого ОЗУ 128 кбайт, Таймеры: 3 системных, 1 сторожевой, 2 канала DMA (до 5 Мбайт/с), Универсальный порт дискретного ввода-вывода — 48 каналов, 2 последовательных изолированных порта COM1: RS-232/485, COM2: RS-232/422/485, И золированный удаленный сброс, Зуммер.

Рисунок 2 - Структура микросхемы ADuC812

Также микросхема дополнена двумя мониторами, один из которых следит за отсутствием «зависания» микроконтроллера, и в случае обнаружения оного вырабатывает сигнал сброса в начальное состояние, а второй следит за тем, чтобы напряжение источника питания не падало ниже определенного, задаваемого пользователем значения (от 2,6 до 4,6 В). Он позволяет в случае, близком к потере питания, сохранить содержимое внутренних регистров, запомнить свое состояние и возобновить работу только после восстановления питания.

Передаточная функция выбранной МПС равна единице т.е. WМПС(s)=1.

2.2 Выбор двигателя

Из всех электрических двигателей выбор двигателя постоянного тока обусловлен следующими причинами:

- лёгкость управления и значительный диапазон плавного регулирования угловой скорости и вращающего момента;

- линейность механических характеристик;

- значительная величина пускового момента;

- высокий КПД;

- высокая надёжность;

- удобство управления с помощью электромагнитного усилителя.

В соответствии с уравнением скоростной характеристики возможны три способа регулирования угловой скорости электродвигателя – за счёт изменения управляющего напряжения, потока возбуждения и сопротивления в цепи якоря.

В автоматике нашли применение в основном два первых способа, в которых используется якорное (независимое возбуждение), полюсное (со стороны обмотки возбуждения), а также комбинированное управление. Для построении ЛСУ наведения ЗРК выбирается якорное управления угловой скорости.

При построении следящего привода применяется, марка и тип которого определяются при дальнейших расчётах. Коэффициент полезного действиям (КПД) , выбирается из промежутка 0,98…0,985. КПД одной пары подшипников качения , выбирается из промежутка 0,99…0,995. КПД изолирующих материалов от внешнего давления , выбирается в равным 0,631 [9].

Для проектирования системы выбираются

, , .

Рассчитывается требуемая мощность электродвигателя

(1)

Расчёты показывают, что при заданных значениях величин

Требуемому значению мощности соответствует двигатель МИ-41 [3].

Технические характеристики двигателя;

- номинальная мощность Pном=1600 Вт;

- частота вращения nном=2500 об/мин или ωном=261,8 с-1;

- номинальное напряжение управления Uном=110 В;

- ток якоря Iя=1,1 А;

- сопротивление обмотки якоря Rя=0,147 Ом;

- электрическая постоянная времени TЭ=0,04 с;

- номинальный вращающий момент Mном=6,25 Нм;

-момент инерции двигателя Jдв=408ּ10-4.

- марка провода ПЭВ2 ;

- сечение провода S=0,407 мм2;

- масса 7 кг.

Машины данной серии двигателей постоянного тока предназначены для работы в широкорегулируемых электроприводах. По сравнению с машинами предыдущих серий у машин серии МИ повышена перегрузочная способность, расширен диапазон регулирования частоты вращения, улучшены динамические свойства, уменьшены шум и вибрации, повышена мощность на единицу массы, увеличены надёжность и ресурс работы [3].

Условия эксплуатации выбранного двигателя:

- температура окружающей среды от -40 до +40 0С;

- относительная влажность воздуха 80% при температуре 250С и при более низкой температуре без конденсации влаги;

- воздействие механических факторов внешней среды по ГОСТ 17516-72.

Оптимальное передаточное отношение редуктора

(2)

Расчёты показывают

Угловая скорость вращения, приведенная к валу двигателя, или требуемая угловая скорость, определяется по формуле:

. (3)

(рад/с).

По номинальной частоте вращения, приведенной в паспортных данных, найдем номинальную угловую скорость вращения вала двигателя:

. (4)

(рад/с).

В результате получили: ωномпр, то есть выбранный двигатель по угловой скорости вращения подходит.

Проверка двигателя на соответствие требований по моменту

(5)

Полученное значение требуемого момента создаваемого на валу двигателя меньше чем Mном=6,25 Нм, поэтому выбранный двигатель проходит по моменту.

При слежении по углу двигатель описывается передаточной функцией вида:

; (6)

Для получения передаточной функции двигателя необходимо вычислить коэффициенты

, (7)

.

Тогда коэффициент передачи двигателя

, (8)

.

Приведённый момент к валу двигателя

. (9)

Тогда

, (10)

.

Тогда механическая постоянная

, (11)

.

Передаточная функция двигателя МИ-41 с учетом выражения (6):

. (12)

2.3 Выбор редуктора

Редуктор выбирается по полученному общему передаточному отношению, по крутящему моменту на тихоходном (выходном) валу, а также по характеру работы и виду нагрузки [1].

В проектируемой системе:

передаточное отношение с учетом выражения (2) i = 20;

MH= 8103 Н·м – крутящий момент на тихоходном валу;

по характеру нагрузки – не продолжительная;

В связи с налагаемыми требованиями выбирается редуктор со следующими параметрами:

вид редуктора – коническо-цилиндрический двухступенчатый;

типоразмер КЦ1-500;

i=20 – передаточное отношение;

М= 8.25103 Нм – допускаемый крутящий момент на тихоходном валу;

45103 Нм – кратковременный крутящий момент на тихоходном валу;

Передаточная функция редуктора

, (13)

.

2.4 Выбор датчика обратной связи

Для регулирования угловой скорости вала ДПТ с наименьшей ошибкой по управлению, необходимо наличие обратной связи от выходного вала редуктора по угловой скорости.

На основании изучения принципа действия различных видов датчиков угловой скорости для проектируемой системы был выбран электрический тахогенератор постоянного тока

Якорь тахогенератора (коллекторного генератора постоянного тока с независимым возбужде­нием) приводится во вращение от вала, частота которого подлежит измерению. Э.Д.С., индуцируемая генератором, про­порциональна скорости вращения якоря

Е(t) = Сn(t) , (14)

, (15)

где р - число пар полюсов;

ω - число активных проводников обмотки якоря;

Ф - магнитный поток, Вб;

z - число параллель­ных цепей обмотки якоря;

С - по­стоянная тахометра.

Переходя к частоте вращения выраженной через с-1

(16)

Переходя к изображению по Лапласу

Е(s) = 2πСω(s)/60. (17)

Откуда передаточная функция электрического тахогенератора постоянного тока по частоте вращения имеет вид

, (18)

где - крутизна характеристики тахогенератора. (19)

Достоинства прибора: линейность, широкий диапазон измерения, выходной сигнал имеет достаточный уровень, чтобы не использовать дополнительные средства усиления и фильтрации сигнала, что приводит к простоте проектируемой схемы ЛСУ и увеличению надёжности.

По вычисленным ранее частотам вращения выходного вала редуктора подбирается тахогенератор постоянного тока [3]:

- тип тахогенератора ПТ-22/1;

- максимальная частота вращения 1000 об/мин;

- ток якоря при номинальной частоте вращения n=500 об/мин Iя=0,1А;

- крутизна характеристики kтг=0,283;

- масса 3,2 кг.

2.5 Выбор усилителя для ДПТ

Для обеспечения управления ДПТ (мощный сигнал) с помощью МПС (маломощный сигнал управления) необходимо усилить маломощный сигнал управления с МПС до необходимого уровня.

Для выбранной МПС напряжение выхода с одного из аналоговых выходов составляет диапазон от 0 В до 5 В, при токе 20 мА. Для якорного управления ДПТ в заданных частотах вращения выходного вала необходим диапазон напряжения от 0 В до 130 В [4].

Применяя усилитель или усилительный каскад можно добиться соответствия указанных параметров. Выбор усилителя из их большого числа основан прежде всего на соответствие выбранным критериям, таким как простота конструкции, уменьшенные массогабаритные размеры усилителя, линейность характеристик, работа в условиях перечисленных в ТЗ с наперёд заданными характеристиками параметров усиливаемого сигнала, гибкость в наладке и настройке. Перечисленным параметрам соответствует электронный усилитель.

Следовательно существует необходимость применения усилителя мощности. В качестве усилителя напряжения выберем электронный усилитель напряжения ЛА-УН16 его характеристики:

- коэффициент усиления по напряжению kU =1·103;

- коэффициент усиления по току kI=10;

- скорость нарастания напряжения 1В/мкс

- полоса при малом сигнале 100кГц

- полоса при полном сигнале 10кГц

Для подачи напряжения на исполнительный двигатель в диапазоне 0-170 В от управляющего напряжения с МПС в диапазоне 0-5 В необходим коэффициент передачи по напряжению, величина которого k=35

Передаточная функция электронного усилителя

, (20)

где k – коэффициент усиления по напряжению.

3 Расчёт датчика обратной связи

На основе условий эксплуатации проектируемой системы управления был выбран тахогенератор типа ПТ-22/1.

Выбранный датчик устанавливается на вал платформы, поэтому внешнее возмущающее воздействие в виде трения на валу вследствие установки дополнительных изоляционных материалов, отсутствует. Электрические и магнитные помехи от ДПТ и системы управления наведением ЗРК, малы и сведены к минимуму в связи с конструкцией и материала корпуса тахогенератора.

Тахогенератор обладает следующими конструктивными особенностями:

- р=2 - число пар полюсов;

- W=600 - число активных проводников обмотки якоря;

- Ф=27·106 Вб - магнитный поток;

- z=2 - число параллель­ных цепей обмотки якоря.

С учётом приведённых параметров постоянная тахогенератора может быть вычислена постоянная тахогенератора С:

. (21)

Тогда значения постоянной вычисляется

Следовательно, можно показать, при частоте вращения в нагрузке ΩH=22с-1 на зажимах тахогенератора имеем E=6,3 B. Вычисленное возможное значения вырабатываемой ЭДС тахогенератора при изменении частот вращения в заданном интервале, поступают на один из аналоговых входов ЭВМ.

Тогда крутизна характеристики тахогенератора kтг

(22)

Статическая характеристика тахогенератора изображена на рисунке 3.

Ω

Е

В

с-1

Рисунок 3 – Статическая характеристика тахогенератора ПТ-22/1

И передаточная функция тахогенератора

. (23)

Электрические параметры тахогенератора [3]:

- сопротивление якоря Rя=7,19 Ом;

- ток якоря Iя=0,4 А;

- сопротивление обмотки возбуждения RОВ=94 Ом;

- ток возбуждения IВ=0,12 А.

Массогабаритные параметры тахогенератора из справочника [3]

  • диаметр вала dв=10 мм;

  • длинна вала lв=400 мм;

  • диаметр тахогенератора D= 150 мм;

  • длинна тахогенератора L= 300 мм;

  • масса тахогенератора m= 3,4 кг.

   

Соседние файлы в папке 9 Наведения зенитных ракет