М аксимальное выходное напряжение 5 в

Ширина проточной части 15 мм

Передаточная функция датчика скорости РПС – 15 определяется как отношение максимального выходного параметра к максимальному входному:

(42)

Таким образом коэффициент передачи по напряжению датчика равен:

(43)

Найдем выходной сигнал датчика при измерении скорости потока жидкости равную 8 м/с:

(44)

Сигнал 4В с датчика поступает на микропроцессор.

Определив передаточные функции всех элементов, начертим структурную схему системы, изображенную на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структурная схема системы

3 Расчет датчика обратной связи

3.1 Анализ выбранного датчика обратной связи на предмет устойчивости от внешних помех Выбранный датчик обратной связи имеет следующие условия эксплуатации:

Вибрационные нагрузки 1-1000Гц

Ускорение 100 м/с²

Ударные нагрузки 350 м/с²

Температура окружающей среды -60…+85⁰С

Относительная влажность воздуха при 40⁰С 98%

Датчик будет устойчив от внешних помех, так как конструкцией этого датчика предусмотрена защита от внешних помех: специальный облегченный материал и ребристая поверхность, для более тщательного охлаждения.

3.2 Расчет основных элементов датчика

Произведем выбор основных данных и расчет [28, с.243], [9, с.48], [11, с.478]:

1.Выбор основных размеров:

_к = 0,3 мм – толщина корпуса.

D_н = D_к - 2_к = 3,2 - 2· 0,03 = 3,14 см – наружный диаметр пакета магнитопровода. (45)

2.Допустимые электромагнитные нагрузки:

- максимальная индуктивность в железе магнитопровода. (46)

- допустимая плотность тока [4]

3 .Выбираем обмотку генераторную, имеющая К_об1=1

4.Определим геометрические размеры вырубки магнитопровода:

а). Диаметр расточки [4]:

(47)

где:

p = 1 – число полюсов (1 катушка),

j = 3,1 – коэффициент из таблицы кривизны для _с = 0,3

D = 0,76 см

б). Высота спинки статора [4]:

(48)

в). Ширина зубца [4]:

(49)

где:

z =12 – число зубьев.

г). Диаметр паза [4]:

(50)

5. Воздушный зазор [4]:

(51)

г де:

k_ =1,12 – коэффициент, учитывающий воздушное сопротивление.

k_ =1 – коэффициент, учитывающий магнитное сопротивление.

4 РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ ВСЕЙ СИСТЕМЫ. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ.

4.1 Расчет передаточной функции системы и проверка её на устойчивость

Рисунок 5 - Структурная схема разомкнутой системы без МП

Передаточная функция разомкнутой системы:

(52)

Передаточная функция замкнутой системы:

(53)

Оценим устойчивость системы. Оценку устойчивости проведем по критерию устойчивости Гурвица. Для этого рассмотрим характеристическое уравнение разомкнутой системы:

(54)

Обозначим:

Н еобходимое условие устойчивости выполнено - все коэффициенты характеристического уравнения положительные.

Составим определители Гурвица:

(55)

(56)

(57)

Так как все определители Гурвица положительные, то выполняется и достаточное условие устойчивости системы. Таким образом, полученная система в разомкнутом состоянии устойчива.

Рассмотрим характеристическое уравнение замкнутой системы:

(58)

Обозначим:

Необходимое условие устойчивости выполнено - все коэффициенты характеристического уравнения положительные.

Составим определители Гурвица:

(59)

(60)

(61)

Т ак как все определители Гурвица положительные, то выполняется и достаточное условие устойчивости системы. Таким образом, полученная система устойчива.

Для наглядного отображения свойств рассматриваемой системы построим переходный процесс, воспользовавшись обратным преобразованием Лапласа от передаточной функции замкнутой системы по формуле:

(62)

Рисунок 6 – Переходный процесс системы

По графику переходного процесса определим показатели качества системы:

1) Время регулирования (время переходного процесса) – это величина, характеризующая быстродействие системы и определяется величиной

h_уст = 1,72

∆ = 5%(h_уст) = 0,086

Время регулирования t_р = 0,96 с

2) Перерегулирование (максимальная динамическая ошибка) – это величина, которая определяет максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения, выраженная в процентах:

(63)

3) Время нарастания регулируемой величины – это время от момента приложения сигнала до того момента, когда выходная величина достигнет своего максимального значения.

Время достижения максимума (время нарастания) t_н = 0,73 с

Построим график АЧХ для определения колебательности системы:

(64)

(65)

По характеру переходного процесса системы можно судить об устойчивости системы, так как через определенное время регулирования t_р = 0,96 система приходит в установившееся состояние. А также для данной системы величина перерегулирования  =9,9%, что соответствует правильности подборки элементов, в соответствии с начальными условиями системы  =10-30%.

Рисунок 7 - Амплитудно-частотная характеристика