Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
25
Добавлен:
23.02.2014
Размер:
473.6 Кб
Скачать

1 Техническое задание

    1. Цель курсовой работы

Целью курсовой работы является автоматическое управление процессом полива газона. Необходимо обеспечить нормальные запасы устойчивости по амплитуде и по фазе. Также сис­тема должна иметь хорошие показатели качества. При необходимости систему следует скорректировать и вычислить параметры корректирующего устройства.

1.2 Описание функциональной схемы

Система автоматического управления (САУ) процессом полива газона имеет в своем составе микропроцессор (МП), усилитель (У), запорного клапана(Кл), сплинклера (Спл), датчика расхода (ДР), датчика влажности почвы (ДВл).

МП – микропроцессор, У – усилитель, Кл – клапан, Спл – сплинклер, ДР – датчик расхода, ДУ – датчик увлажненности почвы

Рисунок 1 – Структурная схема САУ процессом полива газона

Управление в системе происходит следующим образом: сигнал с микропроцессора (управляющее напряжение U1) поступает на запорный клапан через электронный усилитель. Клапан открывает подачу жидкость в систему полива под некоторым давлени­ем (Р), а сплинклер на выходе системы полива оказывает преобразующее действие на расход жидкости в системе, который в свою очередь фиксируется датчиком расхода, передающим все данные о расходе жидкости (U2) на выходе рассматриваемой системы в микропроцессор для последующего анализа. Микропроцессор ана­лизирует сигнал с тахометрического датчика и по заданному алгоритму управления вырабатывает сигнал управления (U1). На систему также оказывает влияние внешнее воздействие – влажность почвы, фиксируемая датчиком влажности почвы, сигнал с которого также поступает на микропроцессор, который, руководствуясь заданного алгоритма, изменяет динамические параметры системы, а при достижении необходимого уровня увлажнения почвы подает сигнал на отключение системы полива.

Технические данные САУ полива газона.

Давление изменяется в пределах, МПа 15 ÷ 20.

Скорость жидкости, м/с 7 ÷ 10.

Расход на выходе системы, дм3/мин 60 ÷ 90.

Перерегулирование системы, % 10.

Время регулирования, с 12.

2 Выбор элементной базы, проведение линеаризации, расчет передаточных функций элементов системы

2.1 Выбор и расчет передаточной функции микропроцессора

Выбран однокристальный микропроцессор серии КР180ВМ1А. Это шестнадцатиразрядный, имеющий фиксированный набор (систему) команд, совместимую с системой команд ЭВМ. Микропроцессор осуществляет обработку как внешних, так и внутренних прерываний и организует обмен информацией между микропроцессором и внешними устройствами. В микропроцессоре используются регистровая, косвенно-регистровая, автоинкрементная, косвенно-автоинкрементная индексная, косвенно-индексная виды адресаций.

Технические данные микропроцессора КР180ВМ1А.

Напряжение питания, В 5.

Разрядность обрабатываемых команд 16.

Число выполняемых команд 68.

Максимальный объем памяти, Кбайт 64.

Число уровней прерывания 4.

Быстродействие, оп./с 500000.

Максимальная тактовая частота, МГц 4,7.

Максимальный потребляемый ток, А 0,24.

Максимальная потребляемая мощность, Вт 1,2.

Передаточная функция микропроцессора:

Wмп(р) = 1 (1)

2.2 Выбор и расчет передаточной функции усилителя

В качестве электронного усилителя принимаем многокаскадный усилитель напряжения, обеспечивающий необходимую мощность двигателя и насоса. Используется микросхема операционного усилителя типа КР140УД1 с коэффициентом усиления по напряжению kу = 44.

Технические характеристики усилителя.

Выходное напряжение, В 220.

Входное напряжение, В 5.

Данный элемент усиливает сигнал 5 В в сигнал 220 В для управления исполнительным механизмом.

Передаточная функция этого элемента будет:

,

. (2)

2.3 Выбор и расчет передаточной функции запорного клапана

Для рассматриваемой системы необходимо подобрать запорный клапан с управлением по электрическому сигналу, а также по характеристикам конструируемой системы. Клапан запорный электромагнитный КРТ-НО DN25 PN16 серия 210 соответствует всем требованиям, предъявляемым при построении системы, поэтому следует считать целесообразным применение данного устройства для конструирования системы.

Технические характеристики клапана.

Исполнение клапана нормально открытый.

Условный проход, DN, мм 25.

Рабочее давление, PN, до 5 атм.

Агрегатное состояние рабочей среды жидкость газ пар.

Напряжение питания, В 220.

Время открытия/закрытия, сек. 0,2 ÷ 0,5.

Клапан представляет собой нелинейный элемент с нелинейной характеристикой (рисунок 2, что необходимо учитывать при расчете передаточной функции элемента.

A

C

Рисунок 2 – Нелинейная статическая характеристика клапана

Для данного вида нелинейности передаточная функция клапана находится по формуле:

, (3)

так как рабочей является только верхняя часть графика, берущая начало в точке (0,0). Функция q(p) по атласу Топчеева имеет вид:

, (4)

где С = 220В - это значение напряжения в граничной точке;

А = 5∙105Па - амплитудное значение давления в системе.

Таким образом, значение передаточной функции

.

2.4 Выбор и расчет передаточной функции сплинклера

Сплинклер универсальный, предназначается для орошения почвы и необходим для рассеивания потока жидкости, направленного из системы орошения.

Технические характеристики сплинклера.

Диаметр входного отверстия, см 3.

Диаметр выходных отверстий, мм 0,5.

Количество выходных отверстий 30.

Сплинклер представляет собой нелинейный элемент автоматики, поэтому

передаточную функцию сплинклера рассчитывают, используя одну из набора стандартных нелинейных характеристик, изображенную на рисунке 3.

Рисунок 3 – Статическая характеристика сплинклера

По справочнику Топчеева, для нелинейности такого вида имеем:

, (5)

где В = 3.5 МПа – рабочее давление,

А = 5 МПа – максимальное давление, передаваемое на вход форсунки,

Q= 0,27∙10-3м3/с – расход жидкости на выходе.

Подставим значение в функцию, получим

.

Таким образом передаточная функция сплинклера будет равна .

    1. Выбор и расчет передаточной функции датчика расхода жидкости

Расходомер FFG 60, выбранный для использования в данной системе, предназначен для измерения расхода жидкости до 16,2 л/мин.

Технические характеристики расходомера.

Диапазон измерений, л/мин 1.46 ÷ 16,2.

Точность измерений, % ±2.

Диапазон рабочих температур, °С от минус 10 до плюс 65.

Диапазон допустимой вязкости жидкости, сСт 5 ÷ 8000.

Время реакции датчика на изменение, с 0.2.

Входной сигнал датчика расхода жидкости – расход Q, измеряемый в пределах от 1.46 до 16.2 л/мин. Таким образом, максимальный входной сигнал будет иметь величину 16,2 л/мин, или 0,27∙10-3м3/с. Выходной сигнал – напряжение 5 В.

Таким образом К=5/0,27∙10-3=1,852∙104, а Т – время запаздывания, по техническим данным равно 0.2 с.

В итоге, исходя из всех расчетов, можно сказать, что передаточная функция будет иметь вид:

. (6)

2.6 Выбор и расчет передаточной функции датчика влажности почвы

Диэлектрический зонд компании Campbell – это универсальный, компактный полнофункциональный датчик для определения диэлектрической постоянной различных материалов. Зонд генерирует высокочастотное электромагнитное поле и, через соответствующую схему, подает его на тестируемый материал, определяя при этом значение диэлектрической постоянной. Значение диэлектрической постоянной используется для определения влажности почвы.

Технические характеристики датчиков температуры почвы Coastal Enviromental Systems S1420:

Диапазон значений диэлектрической постоянной 1 ÷ 65.

Точность измерения влажности почвы ±0.02.

Выходной генерируемый сигнал, В 5.

Диапазон рабочих температур, °C от минус 10 до плюс 55.

Время реакции датчика на изменение входного параметра, с 8.

Входной сигнал на датчике – влажность почвы, которая характеризуется диэлектрической проницаемостью рабочего материала датчика, которая изменяется в пределах 1 ÷ 65. Выходной сигнал, генерируемый датчиком – напряжение 5В.

Таким образом коэффициент усиления в передаточной функции датчика:

. (7)

Общая передаточная функция датчика будет иметь вид:

. (8)

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке ПРОЦЕССОМ ПОЛИВА ГАЗОНА