Содержание

Введение

1 Расширенное техническое задание 4

1.1 Назначение ЛСАУ 4

1.2 Состав ЛСАУ 4

1.3 Технические требования к проектируемой ЛСАУ 5

1.4 Условия эксплуатации ЛСАУ 5

2 Выбор элементной базы локальной системы управления 6

2.1 Выбор микропроцессорной системы 6

2.2 Выбор двигателя 7

2.3 Выбор редуктора 13

2.4 Выбор датчика обратной связи 14

2.5 Выбор усилителя для ДПТ 16

2.6 Выбор ОУ 17

3 Расчёт датчика обратной связи 19

4 Расчёт устойчивости системы 21

5 Построение ЛАЧХ системы и её анализ 24

6 Построение ЖЛАЧХ системы, ЛАЧХ корректирующего устройства 28

7

36

Расчёт корректирующего устройства. Использование дискретного корректирующего устройства

Заключение

Список литературы

Приложение А 45

Приложение Б 48

ВВЕДЕНИЕ

Задачей курсового проекта является развитие и закрепление навыков самостоятельной работы студента при решение конкретной задачи, овладение методикой расчёта локальных систем управления.

Целью курсового проекта – научиться использовать научно-техническую литературу при разработке САУ манипулятором глубоководного аппарата, ознакомится с порядком построения, изложения и оформления расчётно-пояснительной записки курсового проекта.

В связи с увеличивающейся потребностью человека получать новые знания о среде обитания на планете земля, о строении земной поверхности и отыскание новых видов организмов, необходимы всё новые технические средства, которые позволяли бы получить новую информацию без непосредственного участия человека. Особенно этот вопрос актуален при изучении морских глубин, где жизнедеятельность человека невозможна вследствие высокого давления в сотни атмосфер. Поэтому на помощь приходят автоматизированные технические средства под контролем (управлением) человека. Таким средством является управляемый глубоководный аппарат предназначенный для исследования поверхности дна, взятия проб грунта, воды, исследование возможной флоры и фауны морских глубин, а также температуры, давления, радиации, содержание солей, минералов, химический анализ воды. Исключение человека из зоны повышенной опасности и передачи ему управления техническим средством позволило свести к минимуму опасность жизни человека при исследовании с одной стороны, с другой сделать техническое средство более миниатюрным, лёгким, позволило увеличить максимальную глубину погружения за счёт удаления из него средств жизнеобеспечения для человека.

Таким образом появление на рынке такого автоматизированного технического средства как глубоководный аппарат – манипулятор, востребован на рынке, потребителями которого являются учённые и исследователи.

1 Расширенное техническое задание

1. Назначение лсау

В курсовом проекте рассматривается глубоководный аппарат- манипулятор в функции которого входит исследование поверхности дна, взятие проб грунта, воды, исследование возможной флоры и фауны морских глубин, а также температуры, давления, радиации, содержание солей, минералов, химический анализ воды. При решении задачи выберем один параметр системы для которого проектируется локальная система автоматического управления (ЛСАУ) – скорость вращения сверла для взятия проб грунта.

Донный грунт состоит из двух слоёв:

- поверхностного - мягкого слоя;

- твердого.

Бурение поверхностного слоя осуществляется при номинальной частоте вращения исполнительного механизма в качестве которого выступает двигатель постоянного тока. При увеличении твёрдости грунта происходит увеличение нагрузки на выходном валу (сверло), что приводит к уменьшению скорости вращения сверла, электрическая энергия не идёт на совершение механической работы, а превращается тепло, нагревая обмотку якоря, КПД двигателя и системы в целом сильно снижается, поэтому существует необходимость увеличить скорость вращения сверла для прохождения твёрдых пород грунта.

1.2 Состав лсау

В состав ЛСАУ входят следующие основные устройства:

- микропроцессорная система (МПС);

- усилитель напряжения;

- двигатель постоянного тока (Дв);

- редуктор (Р);

- датчик обратной связи (Д);

- сверло, как объект управления (ОУ).

Функциональная схема СЛАУ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема ЛСАУ

3. Технические требования к проектируемой лсау

Технические характеристики системы:

максимальная глубина погружения h_max=5000 м;

скорость вращения в нагрузке Ω_Н = 22 с^-1;

ускорение в нагрузке ε_Н =2,1 с^-2;

скорость ускорения в нагрузке g_H =1,8 с^-3;

момент инерции нагрузки J_Н = 6,3 кгּм²;

вращающий момент в нагрузке M_Н = 8 Нּм;

точность управления δ_гар = 1 с^-1;

масса глубоководного аппарата в полном снаряжении m_апп=200 кг;

масса проектируемой ЛСУ не более 80 кг;

температура от -8⁰С до +40⁰С;

время регулирования t_P=0,5 c;

перерегулирование σ=25%.

1.4 Условия эксплуатации лсау

Высокое давление, освёщенность равна нулю, удалённость аппарата от внешних источников питания, температура окружающей среды от 0 до -5⁰С.

2 Выбор элементной базы

2.1 Выбор микропроцессорной системы

Для регулирования частоты вращения выходного вала исполнительного механизма (ИМ) выбирается микропроцессорная систему на базе серии К1813.

Выбор микропроцессорного комплекта (МПК) серии К1813 обусловлен следующими причинами:

- наличие встроенных в микропроцессор К1813ВЕ1 аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей;

- наличие развитой архитектуры;

- наличие развитой системы команд;

- возможность увеличения разрядности микропроцессора;

- работа с 8 разрядными данными, и возможность работы с двойными словами при работе с парами регистров общего назначения (РОН)

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

- высокая надёжность и эксплуатационные характеристики.

Однокристальный цифровой процессор обработки аналоговых сигналов К1813ВЕ1 представляет собой перепрограммируемую СБИС процессора цифровой обработки непрерывных сигналов в реальном масштабе времени совмещающую на одном кристалле аналоговые системы ввода и вывода информации с цифровым блоком обработки, системной постоянной и оперативной памяти, и предназначен для использования в системах связи, промышленной автоматике, акустики, геофизике. СБИС имеет четыре входных и восемь выходных аналоговых каналов с разрешающей способностью 0,5 (восемь двоичных разрядов и знак). Обработка цифровых кодов ведётся на 25 разрядном цифровом АЛУ что обеспечивает необходимую точность.

В состав микропроцессорного комплекта (МПК) входят электрически - программируемая ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетом и объёмом в 19224 бит; двух портовое ОЗУ объёмом в 4025 бит; масштабирующее устройство; 25 разрядное АЛУ; устройство управления (УУ); блок синхронизации; восьми разрядный счётчик команд; входной четырёх канальный аналоговый мультиплексор; входной управляемый усилитель; коммутатор аналоговых сигналов; входной восьми канальный аналоговый демультиплексор, цифроаналоговый преобразователь [8].

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