СОДЕРЖАНИЕ

					УИТС.421415.141 ПЗ
Изм	Лист	№ документа	Подпись	Дата
Разраб.		Мельников А			Построение математической модели микропроцессорной САР для управления ЭГУ типа «сопло-магнитожидкостная заслонка» Пояснительная записка	Литер			Лист	Листов
Рук. ДП		Тудвасева							10	108
						БИТТУ УИТ-51
Н.контр.		Бубенок
Утв.		Власов ВВ

Формат А4

Перечень условных сокращений 12

Введение 13

1 Постановка задачи. Анализ современного уровня развития, требования, применение 16

1.1 Устройство и принцип действия ЭГУМ 16

1.2 Система управления 20

2 Выбор принципа построения системы. Описание структуры системы. Структурная схема САР 29

2.1 Выбор принципа функционирования элементов системы 29

2.2 Описание структуры САР 33

2.3 Структура САР 34

3 Выбор методов и средств анализа системы (оборудования, процесса). Выбор и расчёт элементов системы 35

3.1 Выбор микроконтроллера 35

3.2 Микроконтроллер ATmega8 фирмы Atmel 35

3.2 Интегрированная отладочная среда AVR Studio фирмы Atmel 38

3.3 Разработка печатной платы 41

3.4 Система команд и программная модель AVR 44

3.5 Программа 52

4 Практическое применение и техническая эффективность. Акт внедрения 57

4.1 Практическое применение 57

5 Технико-экономическое описание 59

5.1 Расчет трудоемкости создания программы 59

5.2 Оценка издержек на разработку программы 60

5.3 Расчет себестоимости программы 62

5.4 Расчёт стоимости производства печатной платы 66

5.5 Расчёт точки безубыточности и построение графиков 68

6 Безопасность жизнедеятельности 70

6.1 Охрана труда 70

6.2 Опасные производственные факторы 75

6.2 Расчёт устройства защитного отключения 81

6.3 Устойчивость функционирования системы при действии поражающих факторов 86

Заключение 93

Список использованных источников 94

Приложение А 98

Приложение Б 107

Перечень условных сокращений

АЛУ – арифметико-логическое устройство;

АЦП – аналого-цифрового преобразования;

БИС – большая интегральная схема;

ГУ – гидравлический усилитель;

ИС – интегральная схема;

ЛВЖ – легковоспламеняющаяся жидкость;

МК – микроконтроллер;

ПДК – предельно допустимая концентрация;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

САР – система автоматического регулирования;

УЗО – устройство защитного отключения

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

ШИМ – широтно-импульсная модуляция;

ЭВМ – электронно-вычислительная машина;

ЭГУ – электрогидравлический усилитель;

ЭГУМ – электрогидравлический усилитель мощности.

Введение

В настоящее время успехи в развитии автоматизации производственно-технологических процессов с помощью электрогидравлических усилителей недостаточны. Современная вычислительная техника с ее возможностями требует подтянуть до своего уровня всю элементарную базу автоматики и, в частности, электрогидравлические усилители. Совершенствование этих устройств во многом сдерживается большим необходимым объемом экспериментальной работы и отсутствием единого подхода к проектированию. Этого можно добиться путем введения микропроцессора в систему гидроусилителя.

Большинство попыток в совершенствовании элементарной базы электрогидравлической автоматики до сих пор связано с конструктивной оптимизацией элементов. Основной же методологический принцип построения (использование электромагнитного поля) – остается практически неизменным. А это, в свою очередь, не позволяет существенным образом улучшить показатели электрогидравлических усилителей: весогабаритные параметры, полосу пропускаемых частот, коэффициент усиления по мощности на каскад, степень очистки рабочей жидкости.

Электрогидравлические усилители мощности (ЭГУМ) в электрогидравлических системах автоматического регулирования при помощи микропроцессора выполняют функции связующего звена между электронным управляющим устройством и исполнительным гидравлическим механизмом. В настоящее время наибольшее распространение в гидроприводе получили три схемы ЭГУМ: золотниковый, струйная трубка, сопло-заслонка. Кроме того, в каждой группе гидравлических усилителей имеются свои дополнительные признаки, позволяющие подразделить усилители на более мелкие подгруппы: гидравлические золотниковые усилители с положительным, нулевым или отрицательным перекрытием, ГУ со струйной трубкой затопленной или незатопленной, двухкаскадные ГУ с отслеживающим управляющим элементом или без него и так далее.

В золотниковом ЭГУМ силовой поток энергии распределяется золотником на два направления. Управление осуществляется двумя электромагнитами с напряжениями U₁ и U₂, либо одним реверсивным магнитоэлектрическим соленоидом. В настоящее время золотниковые ЭГУМ практически не используются, но сам принцип распределения силового потока энергии посредством золотника в гидроусилителях занял доминирующее положение.

ЭГУМ со струйной трубкой распределяет силовой поток энергии путем радиального перемещения струйной трубки электромагнитами с напряжениями U₁ и U₂. Достоинством является низкая вероятность засорения гидравлического тракта, поскольку проходные сечения значительно превышают подобные величины у других усилителей.

ЭГУМ «сопло-заслонка» основан на перераспределении силового потока энергии между нагрузкой и дренажными гидравлическими сопротивлениями сопло-заслонка, управляемыми электромагнитами с напряжениями U₁ и U₂. Данный ГУ обладает определенными статическими свойствами, которые описываются двумя статическими характеристиками:

а) зависимость перепада давлений на выходе каскада усиления от входной координаты (перемещения заслонки или угла поворота ее от нейтрального положения) гидроусилителя при постоянном расходе рабочей жидкости на выходе;

б) зависимость расхода на выходе данного каскада усиления от его входной координаты при постоянном перепаде давления рабочей жидкости на выходе.

Наиболее широкое распространение получили ЭГУ типа «Сопло-Заслонка» благодаря высокой чувствительности, быстродействию, сравнительной простоте конструкции и значительному ресурсу работы в широком диапазоне давления и температур.

Целью данной работы является разработка системы микропроцессорного управления гидроусилителем типа «Сопло-Магнитожидкостная Заслонка», в котором микропроцессор будет выполнять функцию связующего звена между гидравлической и электронной частью системы, управляя катушками, задающими положение заслонки. В качестве заслонки вместо металлической пластины будет использоваться заслонка в виде магнитной жидкости, заключенной в упругую оболочку.