2.3 Выбор операционного усилителя

В САУ фарами автомобиля в качестве исполнительного элемента использован двигатель постоянного тока. Двигатель управляется напряжением до 60 вольт. Эту величину напряжения не может обеспечить микроконтроллер, на выходе которого напряжение составляет U=5В. Наиболее рациональным решением является включение в прямую цепь системы операционного усилителя большой мощности PA 03 c коэффициентом усиления по току напряжению до k=10⁴. Точный коэффициент усиления равен отношению сопротивления обратной связи и сопротивления на входе усилителя.

Операционный усилитель является безынерционным усилительным звеном с передаточной функцией:

W(p)=k=11 (13)

2.4 Выбор микропроцессорного устройства

Особое внимание необходимо уделить таким характеристикам микроконтроллера, как быстродействие, условия эксплуатации, энергосбережение. Микроконтроллер должен выполнять следующие функции и режимы работы:

Программируемые функции:

- прием информации, поступающей от датчиков состояния оборудования;

- формирование выдержек времени;

- обращение к программам;

-организация условных и безусловных переходов по программе;

Режим работы:

- под управлением программы, записанной в память рабочих программ;

- пошаговое выполнение программы;

- запись команд в память рабочих программ;

- данным критериям удовлетворяет микроконтроллер MSP430;

Технические характеристики микроконтроллера MSP430:

- тактовая частота, МГ 1,8;

-наработка на отказ, ч не менее 5000;

- средний срок службы до списания, лет не менее 10;

- напряжение питающей сети, В 12;

- габаритные размеры, мм:

длина 120;

ширина 38;

высота 20;

- ток выходного сигнала, мА 0,25;

- разрядность CPU 16;

- тип CPU RISC;

- разрядность ЦАП 12;

- разрядность АЦП 12;

2.5 Выбор датчика обратной связи

Выходной величиной является угол поворота вала, на котором закреплена фара.

Точность регулирования составляет 1 градус. Считается, что на датчик угла поворота приходится около 50% погрешности все системы. Следовательно, на датчик угла поворота приходится погрешность около 30-ти угловых минут. Для измерения угла поворота с данной точностью подходят потенциометрические преобразователи. По конструктивным и экономическим соображениям используем линейный потенциометрический преобразователь серии ПМ.

Рисунок 3 - Архитектура микроконтроллера MSP43

Потенциометрические преобразователи или датчики представляют собой переменное электрическое сопротивление, выходное напряжение которого зависит от положения токосъемного канала.

Потенциометрические датчики предназначены для измерения и преобразования в электрическую величину углового или линейного перемещения.

Потенциометрический измерительный преобразователь при чисто активной нагрузке является безынерционным усилительным звеном.

где U- напряжение питания датчика; l – длина намотки.

2.6 Передаточная функция объекта управления

Объектом управления является светоотражатель фары, который выполняется из термостойких пластмасс и покрывается светоотражающим слоем. Так как масса светоотражателя мала, мы могли бы пренебречь его инерционными свойствами. Для большей точности включим данный блок в систему в виде инерционного звена с малой постоянной времени.

(14)

3 РАСЧЕТ ДАТЧИКА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ЛОКАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ

3.1 Расчет потенциометрического измерительного преобразователя

К датчикам предъявляются следующие требования:

- высокая динамическая точность, состоящая в том, что формирование сигнала должно производиться с минималь­ным искажением. Это требование означает, что датчик дол­жен обладать такой передаточной функцией, которая в пре­делах полосы пропускания объекта управления и контроля сводилась бы к постоянной величине;

- высокая статическая точность работы;

- высокая надежность при работе в условиях, определяе­мых производственно-технологическими и техническими требованиями;

- допустимые габариты и масса;

- достаточно высокий коэффициент преобразования, обе­спечивающий реагирование датчика на относительно неболь­шие рассогласования между требуемым и действительным значениями управляемой величины;

- достаточно высокая мощность выходного сигнала.

В соответствии с приведенными требованиями при изу­чении датчиков различных типов необходимо уделить вни­мание следующим вопросам:

- статической характеристике датчика и ее виду;

- чувствительность датчика или коэффициент преобразования;

- разрешающей способности;

- шумам, генерируемым датчиком;

- наибольшей мощности выходного сигнала;

- мощности входного сигнала датчика;

- динамическим характеристикам.

Для определения угла поворота фар в обратную ветвь системы включается датчик угла поворота. Датчик должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к системе по быстродействию, точности и надежности. Большим классом таких приборов являются потенциометрические измерительные преобразователи.

Потенциометрический измерительный преобразователь или датчик представляет собой переменное электрическое сопротивление, величина выходного напряжения которого зависит от положения токосъемного контакта.

Потенциометрические датчики предназначены для измерения и преобразования линейных и угловых перемещений в электрический сигнал.

По способу выполнения сопротивления потенциометрические датчики подразделяются на ламельные и непрерывной намотки.

В ламельных потенциометрах используются постоянные сопротивления, припаеваемые к ламелям (рисунок 4).

Рисунок 4 - Ламельный потенциометр

В потенциометрах непрерывной намотки переменным сопротивлением служит намотанная на каркас в один ряд тонкая проволока, по зачищенной поверхности которой скользит токосъемник (рисунок 5) .

Рисинок 5 – Потенциометр непрерывной намотки для измерения угловых

перемещений

Чувствительный элемент потенциометрического измерительного преобра-

зователя состоит из каркаса и обмотки.

Каркас выполняют из материала обладающего изоляционными свойствами, и имеет форму стержня, кольца или изогнутой по дуге пластинки. В качестве материала используют гетенакс, текстолит, керамику или материал, покрытый непроводящим слоем окисла. В качестве обмоточного провода применяют константан, манганин, фехраль, и сплавы благородных металлов. Обмотку укладывают на каркас равномерно. Токосъемник выполняется из материала более мягкого, чем материал обмотки, во избежание притирания витков при длительной работе. Движок имеет форму изогнутой упругой пластины для создания контактного давления, которое колеблется 0,5-15г.

Для расчета датчика необходимо задаться желаемыми параметрами чувствительного элемента.

Исходные данные:

- максимальное перемещение ползунка L_max,мм 80;

- общая длина намотки L,мм 120;

- сопротивление датчика r₀ , Ом 350;

- максимальный ток I_max , A 0.01;

- минимальная температура нагрева обмотки θ₂₀ ,⁰С -20;

- максимальная температура нагрева обмотки θ_2max ,⁰С 60;

- удельное сопротивление материала провода , 0,7;

- коэффициент линейного расширения материала провода α_пр,⁰С 1,85·10^-6;

- коэффициент линейного расширения материала каркаса α_к,⁰С 2,6·10^-6;

- модуль упругости материала провода Е, кг/см² 1,46·10⁶;

- предел упругости материала провода δ_у, кг/см² 1,06·10³;

- контактное давление F, кг/м 5;

- коэффициент теплоотдачи с поверхности проводника η, 1,35·10^-3;

- допустимая температура нагрева обмотки Q_доп , ⁰С 400;

- коэффициент трения константан-медь, 0,2;

Определим максимальный нагрев обмотки:

(15)

Допустимое значение нагрева обмотки:

(16)

Определяем диаметр провода обмотки:

(17)

Найдем среднюю длину витка обмотки:

(18)

(19)

Определяем диаметр каркаса:

(20)

(21)

Определяем радиус изгиба каркаса:

(22)

Таким образом, чувствительный элемент состоит из каркаса и обмотки. Каркас имеет форму изогнутого стержня с радиусом изгиба R=1 см, и диаметром поперечного сечения D=0.237мм. Обмотка выполняется из константановой проволоки диаметром d=0.037 мм.