3.1.6 Выбор и расчет датчика обратной связи. Для данной сар дозирования сыпучего материала, выберем электротензорезисторный дат­чик типа дстб-с-016.

Особенностью таких датчиков является повышенная же­сткость силоизмерительных элементов, малая инерционность, малогабарит­ность и небольшая металлоемкость конструкций.

Кроме того, электротензорезисторные датчики практически не требуют специальных условий, которые бы препятствовали их широкому применению в промышленности. Электротензорезисторные методы измерения основаны на использовании тензоэффекта, состоящего в изменении электрического сопротивления проволочной (фольговой, монокристаллической) решетки, наклееной (подвесной, навитой) на упругий элемент, при ее деформации под нагрузкой. Электротензорезисторные датчики основаны на существовании линейной зависимости между деформацией грузоприемного упругого элемента

(34)

и относительным изменением электрического сопротивления проволочного датчика

(35)

где s – тензочувствительность, определяемая экспериментально

(36)

Тензочувствительность является постоянной величиной для данного материала проволоки и в небольших пределах изменяется в зависимости от изме-

н ения геометрии решетки датчика.Основными характеристиками датчиков являются: предел измерения от 0,001 до 200 тс, чувствительность, погрешности (0,1; 0,2; 0,5%) основные – линейность характеристики, вариация показаний, гистерезис; погрешности дополнительные – температурные влияния, фактор времени; допускаемые перегрузки; рекомендуемое напряжение питания; габаритные размеры (длина, высота, диаметр и др.), входное и выходное сопротивление; герметичность и др.Датчики могут питаться переменным или постоянным током с напряжением до 3; 6; 12; 24 в.

1 – мембрана;

2 – кольцо;

3 – корпус;

4, 5 – упругие элементы;

6 – обойма;

7 – четырехгранный разъем.

Рисунок 16 - Общий вид датчика тензорезисторного силоизмерительного

Рисунок – 17 Упругий элемент датчика.

Рисунок 18 – Датчик типа ДСТБ-С-016

В конструкции датчика (рисунок 16) использованы два упругих элемента, при нагружении которых их диаметры по опорным поверхностям увеличиваются одновременно и на одинаковую величину. Такой механизм работы опорных поверхностей исключает взаимное трение звеньев по контуру, что способствует сохранению стабильности работы датчика и позволяет получить на одном датчике четырехплечий мост высокой чувствительности.

Упругие элементы (рисунок 16) 4 и 5 заключены в обойму 6. В таком виде чувствительный элемент устанавливается в корпус 3, имеющий мембрану 1, при помощи кольца 2, герметически закрывающую внутреннюю полость. Соединение с кабелем осуществляется через четырехгранный разъем 7. Датчик имеет температурную компенсацию.

Передаточная функция силоизмерительного тензорезисторного датчика имеет вид:

(37)

где к_к – передаточный коэффициент датчика

Т_к – постоянная времени датчика

Выходная величина датчика: 0 – 10 В

Входное сопротивление сумматора равно 2000 Ом, таким образом в соответствии с законом Ома для постоянного тока ток с цепи сумматора равен:

(38)

Таким образом, происходит согласование датчика и сумматора

к = 10 В/m

m = 50 кг

к = 10/50= 0.2 В/кг

Т = 1/3_п = 1/10·0,05 сек = 0,005 сек

Подставляя полученные коэффициенты, получим:

(39)

3.2 Расчет системы

3.2.1 Расчет передаточной функции системы. Для проверки системы на устойчивость необходимо исследовать ее разомкнутую систему и уже по ней судить о состоянии замкнутой системы.

Основной сложностью является наличие нелинейных элементов в системе, в данном случае МП.

Самым простым способом вычисления таких систем является Z – преобразование.

Оно позволяет преобразовывать линейные элементы в дискретные и дальше работать с системой, как с линейной.

Тогда структурная схема разрабатываемой системы в виде передаточных функций представлена на рисунке 17.

63

0,11

62,5

ЗУ

МП

Рисунок 19 – Структурная схема системы в виде передаточных функций

Передаточная функция разомкнутой системы будет иметь вид:

(23)

то есть для нашей системы:

преобразуем

(40)

Произведем Z – преобразования для каждого элемента системы. Период дискретизации выбираем равный Т₀ = 1 сек.

3.2.2 Z – преобразование системы. Микропроцессор по принципу действия является машиной дискретного действия, который выдает результаты расчета через установившийся период повторения. В промежутках между выдачей команд, выход МП сохраняет свое значение постоянным. В исследуемой системе на вход неизменяемой части системы подается единичная ступенчатая функция на протяжении всего периода повторения. Тогда непрерывная часть системы является, на входе которой действует подобная функция, является фильтром с фиксацией или фильтром с запоминанием.

Тогда отыскание передаточной функции разомкнутой системы с МП, представляет собой произведение (z-1)/z на Z – преобразование передаточной функции формулы (8). Формулы для данного преобразования берем в Топчееве.

(41)

где

Для усилителя Z – преобразование равно:

(42)

Для двигателя Z – преобразование равно:

(43)

Для редуктора Z – преобразование равно:

(44)

Для объекта управления Z – преобразование равно:

(45)

Для регулирующего органа (питателя):

(46)

Для использования в расчете метода логарифмических характеристик необходимо осуществить  - преобразования, для этого необходимо воспользоваться формулой:

(47)

Преобразовав выражение получим

(48)

Перейдем от  - изображения к частотному выражению передаточной функции, для этого воспользуемся подстановкой:

(49)

где Т₀ – период дискретного повторения, Т₀ = 1 сек;

 - псевдочастота, мин^-1.

Тогда с учетом этой формулы имеем:

Преобразуем выражение, подставляя значения Т₀ и получим формулу:

3.2.3 Расчет устойчивости системы. Для определения устойчивости системы построим переходный характеристику разомкнутой системы, для этого передаточную функцию разомкнутой системы подвергнем обратному преобразованию Лапласа, чтобы перейти от оператора р к параметру времени t.

Передаточная функция разомкнутой системы равна:

проведем преобразование и получим:

По полученному значению строим график

Рисунок 20 – Переходная характеристика системы

Определим качество системы:

Из графика видно, что данная система является устойчивой.

По графику определим время переходного процесса t_п = 9,8 сек

• перерегулирование =20%-30%

• время перегулирование должно быть не больше t_p=1 с.

Произведем оценку системы на устойчивость.

Устойчивость – это свойство системы возвращаться в исходный или близкий к нему режим после всякого выхода из него в результате какого-либо возмущения.

Оценку устойчивости проведем по критерию Гурвица.

Критерий Гурвица формирует условия устойчивости в виде определителя. Условие устойчивости по Гурвицу сводится к тому, чтобы при все диагональные миноры главного определителя были также положительны.

Рассмотрим характеристическое уравнение разомкнутой системы:

Раскроем скобки:

Составим определитель:

Так как главный определитель и его диагональные миноры положитель-

ны, то необходимое и достаточное условия устойчивости системы выполняются.

3.2.3 Построения ЛАЧХ и ЛФЧХ системы. Для того, чтобы построить ЛАЧХ системы запишем передаточную функцию системы через псевдочастоты:

С помощью программы Mathcad построим по заданной передаточной функции ЛАЧХ и ЛФЧХ. График ЛАЧХ изображен на рисунке 19, а график ЛФЧХ на рисунке 20.

Рисунок 21 – ЛАЧХ системы.

Рисунок 22 – ЛФЧХ системы.

3.2.4 Построения желаемой ЛАЧХ системы. Желаемую ЛАЧХ разделяют на три части: низкочастотную, среднечастотную и высокочас­тотную составляющие. Низкочастотная часть определяет статическую точность системы – точность в установившихся режимах.

Среднечастотная является наиболее важной, так как она определяет ус­тойчивость, а следовательно качество переходных процессов.

После построения переходной характеристики системы мы задались следующими параметрами для вычисления корректирующего устройства.

• перерегулирование =25%

• время перегулирование должно быть не больше t_p=1,5 с.

По номограмме Солодовникова /4/ находим частоту среза из =25% найдем частоту среза по формуле

(50)

где К - коэффициент, определяемый из данной номограммы.

При заданном значении перерегулирования данный коэффициент равен:

К=0,5

Тогда частота среза равна

Определяем среднечастотную область, для этого находим частоты, ограни­чивающие эту область, которая является рабочей.

найдем коэффициент а₂ по номограмме:

тогда частоты равны:

Через частоты и проводим вертикальные асимптоты, а затем через частоту среза проводим линию с наклоном (-20 дБ/дек).

Рисунок 23 - Номограммы В.В. Солодовникова

Построим желаемую ЛАЧХ.

Рисунок 24 – Желаемая ЛАЧХ.

3.2.4 Корректирующее устройство. Построим ЛАЧХ корректи-рующего устройства

Согласно построенному графику (21) проводим синтез корректирующего устройства. ЛАЧХ корректирующего устройства изображена на рисунке (25).

Рисунок 23– ЛАЧХ корректирующего устройства.

3.2.5 Построение переходной характеристики скорректи-рованной системы. Для проверки правильности выбранного корректи­рующего устройства необходимо включить последовательно после микропро­цессора корректирующее устройство – это позволит добиться необходимых па­раметров и сделать систему более устойчивой.

ОУ

РО

МП

УС

ЭД

Ред

КУ

ЗУ

Дат

Рисунок 24 – Функциональная схема с корректирующим устройством.

При анализе рисунка 23 найдена передаточная функция корректирую­щего устройства, преобразовав ее по­лучим:

Теперь найдем передаточную функцию разомкнутой системы:

Построим переходную характери­стику.

Рисунок 25 – Переходная характеристика скорректированной системы

3.2.6 Построение ЛФЧХ скорректированной системы.

(51)

ЛФЧХ приведена на рисунке 26.

Рисунок 26 – ЛФЧХ скорректированной системы

3.2.7 Анализ графиков скорректированной системы. Качество системы определяем из построенных графиков, изображенных на рисунке (25) и рисунке (26):

- запас по фазе: 30⁰

- установившееся значение переходного процесса: h_уст=18

- время переходного процесса: t_n=0.63

4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРАКТИЧЕСКОМУ ПРИМЕНЕНИЮ

дозаторов

4.1 Применение дозаторов на производстве

Дозаторы широко применяются на производстве. Шнековый дозатор предназначен для разгрузки бункеров, а так же для регулирования количества материала.

Дозатор позволяет производить разгрузку материала прямо через мешконаполнительную горловину или посредством второго выпуска в последующую транспортную ветвь.

Возможно также применение дозатора для других сыпучих материалов, физикo-мexaничecкиe cвoйcтвa кoтoрыx пoзвoляют cклaдирoвaть и выгружaть иx из бункeрoв.

В городе Балаково применение таких дозаторов возможно на таких предприятия как Балаковский элеватор, Бетонный завод, Балаковские минеральные удобрения, Хлебзавод.

При этом достигается непрерывность работы производства, снижается себестоимость.

На Балаковском элеваторе дозатор применяется для дозирования, взвешивания различного рода зерна.

Дозаторы могут применяться также для дозирования цемента. На заводах и полигонах имеют место заметные потери цемента при погрузке и разгрузке.

Возникают отходы бетонной смеси из-за неточного ее дозирования при формовании изделий.

Применение дозаторов существенно снижает потери цемента, повышают скорость загрузки, позволяют точно дозировать цемент.

Для измерения текущих значений расхода и суммарного количества кусковых и других сыпучих материалов, транспортируемых ленточными конвейерами, в непрерывно действующие технологические агрегаты (бункера, дробилки, мельницы, печи и др.). В сочетании с дозатором применяются для автоматического дозирования материалов в технологические процессы, для применения в условиях промышленной эксплуатации цветной и черной металлургии, химической, строительной и других отраслей промышленности, где требуется непрерывного измерение расхода и дозирование сыпучих материалов. Погрешность ±1,0% от измеренной массы.