Система автоматического управления торпедой

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Бурное развитие автоматики, электроники и вычислительной техники привело к внедрению автоматики во все области деятельности человека. Автоматика и автоматизация стали главным направлением развития всей техники.

Роль человека при этом сводится к организации работы автоматических систем и средств вычислительной техники. Такому их проектированию, соединению и использованию, которое обеспечивает получение необходимых результатов с наименьшими затратами.

Локальные систему управления - это автоматические модули, используемые для решения одной функциональной задачи, для управления одним устройством, для регулирования или сигнализации одного параметра.

Применение систем автоматического управления (САУ) на производстве позволяют повысить эффективность ведения технологических процессов; сократить количество обслуживающего персонала на том или ином объекте; повысить производительность автоматизированных устройств и объектов и повысить их экономичность. А также с внедрением таких систем появилась возможность вести требуемый процесс в условиях и местах, недоступных и агрессивных для человека.

В торпедных аппаратах нового поколения также предусмотрена автоматическая подача снаряда в пусковой аппарат, что . Таким образом, целью курсовой работы является проектирование системы автоматического управления торпеды, т.е. обеспечения необходимой силы выталкивания снаряда из пускового аппарата для развития торпедой необходимой скоростью.

1. Расширенное техническое задание

1.1 Состав локальной системы автоматического управления

Необходимо разработать систему автоматического управления, позволяющая осуществлять выстрел торпедой. Структурная схема данной системы приведена на рисунке 1.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 1 - Структурная схема системы автоматического управления торпедой,

где Д1 - датчик давления;

МП - микропроцессор;

У - усилитель;

ДВ - электродвигатель

Р - редуктор;

Гт - гидротурбина;

Д2 - датчик перемещения

Система управляет торпедой. Датчик Д1 измеряет давлений внутри пусковой камеры и передает соответствующий электрический сигнал U на микропроцессор МП.

Датчик Д2 передает электрический сигнал U₄, пропорциональный положению заслонок, на микропроцессор МП.

Микропроцессор МП обрабатывает значение электрического сигнала U₁ и значение U₄ и выдает соответствующий управляющий сигнал, в зависимости от давления внутри камеры и положения заслонок. Этот сигнал, усиленный усилителем У, приводит в движение двигатель ДВ, который вращает в нужную сторону через редуктор Р регулирующий орган - гидротурбину Гт. В результате этого изменяется (увеличивается или уменьшается) величина давления внутри камеры для обеспечения необходимой выталкивающей силы.

1.2 Технические характеристики САУ

Габариты, мм 533,4Х8200

Вес снаряда, кг 2700

Эффективная дальность стрельбы, км 7

Скорость выпущенного снаряда, 90-100

Время срабатывания, с 30

Характеристика рабочей среды. Условие работы системы:

Рабочая среда вода

Температура окружающей среды, °С +20 - 0

Давление при погружении на 10 м, Па 10⁵

Требования к проектируемому регулятору:

Время регулирования не более tp, с 2

Колебательность М 1,2

Перерегулирование , % 20 - 30

2. Выбор и обоснование выбора элементной базы локальной системы управления

2.1 Выбор микропроцессора

Среди устройств автоматики наиболее широкое распространение получили МПК серий К580, К588, К1800. При выборе МПК кроме критериев технической, экономической и технико-экономической эффективности следует руководствоваться следующими соображениями:

1. Допустимое время обработки информации.

2. Высокая производительность МП, достаточный объем ОЗУ и ПЗУ.

3. Возможность цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени.

4. Возможность программной коррекции.

5. Малое энергопотребление.

6. Совместимость с другими микросхемами.

7. Доступность элементов.

8. Достаточно мощная и гибкая система команд МП.

9. Достаточно высокий уровень выходного сигнала ЦАП, для дальнейшего его использования без необходимости предварительного усиления.

10. Наличие встроенных ЦАП и АЦП.

11. Для сложных систем управления также необходимо несколько каналов ввода-вывода информации.

На основании вышеперечисленных критериев выбор был остановлен на МП серии К1813ВЕ1 [10]. Это однокристальный МП цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени, со встроенными аналоговыми системами ввода-вывода (ЦАП и АЦП), с 16-ти разрядным ПЗУ (емкостью 192х24 бит, ОЗУ (емкостью 40х25 слов), 25-ти разрядным ALU, четырьмя входными и восемью выходными аналоговыми каналами, разрешением 0,5% (8 двоичных разрядов и знак).

Выбранный микропроцессор обладает необходимой производительностью, мощной и гибкой системой команд и управления обработкой информации, возможностью программной коррекции локальных систем управления, совместим с БИС, имеет возможность обрабатывать аналоговый сигнал в режиме реального времени, благодаря встроенным АЦП и ЦАП и доступен.

Энергопотребление МПК можно принять допустимым, учитывая потребляемую мощность встроенных ЦАП и АЦП (суммарная мощность МПК с отдельными микросхемами ввода-вывода информации практически не отличается от мощности данного МПК, хотя непосредственно для МП существуют микросхемы с более низким энергопотреблением). Исходя из времени преобразования сигнала ЦАП, АЦП и тактовой частоты МП время обработки сигнала можно считать малым.

Достаточно высокий уровень выходных сигналов (1-2В, 0,4-2 мА) позволяет использовать данный сигнал в маломощных системах управления без предварительного дополнительного усиления.

Технические характеристики МП К1813ВЕ1:

1. 25-ти разрядное ALU.

2. 16-ти разрядные ОЗУ (192х24 бит) и ПЗУ (40х25 слов).

3. Разрешение 0,5% (8 двоичных разрядов и знак).

4. Нелинейность ЦАП и АЦП <0,1%.

5. Время преобразования не более 50 мкс.

6. Диапазон рабочих температур 0т -10 до 70 0С.

7. Тактовая частота 5 МГц.

8. Опорное напряжение 2 В.

9. Потребляемая мощность (с учетом потребления ЦАП и АЦП) 1,75 Вт.

10. Входное сопротивление (выборка) не менее 1,5 кОм.

11. Входное аналоговое напряжение не более 2 В.

12. Выходное сопротивление (хранение) не менее 100 кОм

13. Выходной ток 0,4 - 2 мА.

14. Входной ток не более 2 мА.

15. Ток потребления не более Icc - 50 мА.

I_BB - 150 мА.

Передаточную функцию МП принимаем равной единице

W(p)=1 (1)

2.2 Выбор термоизмерительного датчика давления

Выбираем термоэлектрический датчик давления типа ТХК с хромель-копелевыми термоэлектродами для диапазона измерений от 1 до 1000 атм..

На вход термоэлектрического термометра от объекта контроля (давление внутри камеры) поступает сигнал давления. С выхода снимается сигнал термо-ЭДС.

Термоэлектрический датчик давления представляет собой инерционное звено.

Передаточная функция звена имеет вид:

(2)

где Кt = 0.7 -коэффициент передачи термопары [9];

Tt = 0.5-постоянная термопары [9];

Подставляя известные коэффициенты в формулу (2), получим, что передаточная функция термоэлектрического датчика давления имеет вид:

. (3)

2.3 Выбор двигателя и редуктора

Двигатель выбираем исходя из необходимой для управления заслонкой мощностью, наличием реверсивности и экономичностью.

Ртреб=2 _н (Мн + Jн _н) = 0,261 (кВт). (4)

Выбираем двигатель серии МИ-22 с паспортными данными [8]:

1. Мощность на валу двигателя Рном = 0,37 кВт.

2. Частота вращения nном = 3000 об/мин.

3. Напряжение питания Uном = 110 В.

4. Ток якоря Iа = 4,4 А.

5. Индуктивность якоря La=210 мГн.

6. Сопротивление обмотки якоря Rа =0,546 Ом.

7. Момент номинальный Мном =1,2 Н м.

8. Момент инерции двигателя Jд =40,8 кг м2.

Определяем оптимальное передаточное число редуктора:

i_o = =121,04 (5)

Округляем его до ближайшего по ГОСТ стандартного значения для редукторов 125.

Редуктор предназначен для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу системы и согласования скоростей вращения.

Так как передаточное число достаточно велико, то выбираем червячный редуктор РМЧ - 125 (как наиболее отвечающий массогабаритным требованиям к проектируемому устройству при данном передаваемом моменте)[14].

Червячные редукторы этого типа предназначены для изменения крутящего момента от 125 до 3500 Н.м с передаточным числом от 75 до 135.

Технический данные редуктора:

1. Радиус шестерни 21,5 мм.

2. Длина червяка 46 мм.

3. Допускаемый крутящий момент на тихоходном валу - 125 Н м.

4. КПД - 0.8.

5. Частота вращения максимальная и минимальная 3000 и 125 об/мин.

Проверяем выбранный двигатель на соответствие по скорости:

_ном = n_ном/30 =314,15 (рад/с) (6)

_треб = i_{o н} = 92,75 (рад/с) (7)

Так как _ном > _треб, то выбранный двигатель по скорости проходит.

Проверяем выбранный двигатель на соответствие по моменту:

М_треб = Мн /( i_o) + (Jд +Jн /i_o2) _н i_o=2,117 (Н м) (8)

Так как Мтреб< 2Мном, то выбранный двигатель по моменту проходит.

Определим передаточную функцию выбранного двигателя.

Рассмотрим динамические свойства электродвигателя постоянного тока.

Поведение двигателя в переходных режимах, связанных с изменением угловой скорости, можно описать с помощью уравнений.

Уравнение электрического равновесия:

U = Се + Iа (Ra + Lp), (9)

где Се - коэффициент противоЭДС, В.с/рад;

U - напряжение управления, В;

- угловая скорость якоря, рад/с;

Iа - ток, протекающий по цепи якоря, А;

Ra - активное сопротивление якоря, Ом;

L - индуктивность обмотки якоря, Гн.

Уравнение механического равновесия:

Jp=Cм Ia - Mн/i, (10)

где р - оператор Лапласа;

J - полный момент инерции на нагрузке, кг м2;

См - коэффициент момента, Н м/А;

Мн - момент нагрузки, Н м;

i - передаточное число редуктора.

Уравнение, связывающее угол поворота вала двигателя с угловой скоростью:

= /р (11)

Решая совместно уравнения (9) - (11), получим:

k_U=(ТэТмр2+Тмр+1)+RaMн(Тэр+1)/(СеСмi), (12)

где k - коэффициент передачи двигателя по скорости, 1/В с;

Тэ - электрическая постоянная времени, с;

Тм - механическая постоянная времени, с.

Коэффициент передачи двигателя по скорости определяется по следующей формуле:

k=1/Се (13)

Электромагнитная постоянная времени равна:

Тэ = L/Ra (14)

Механическая постоянная времени определяется через механические параметры двигателя:

Тм=J Ra/(СеСм) (15)

Из этого уравнения определяем передаточную функцию двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, полагая, что момент нагрузки постоянный:

W(p)=/U= (16)

Так как влияние электрической постоянной двигателя на его динамические свойства мало, ею можно пренебречь. Тогда

W(p)=, (17)

где Кд=1/Се==0,296 (рад/В с), (18)

Т=J/F==0.0035 (c). (19)

Таким образом,

W(p)== . (20)

2.4 Выбор усилителя мощности

При выборе усилителя мощности руководствуются следующим:

Вид входного и выходного сигнала, тип питания.

Требуемая мощность.

Надежность, независимость от внешних влияний (особенно коэффициента усиления), чувствительность, малые массогабариты.

Исходя из условия Р_усил>2Р_ном, выбираем в качестве усилителя тиристорный привод с системой импульсно-фазового управления со статическими преобразователями реверсивного типа БУ3609-21Г1У4 с управлением по якорной цепи.

Его паспортные данные:

Напряжение питания 110 В.

Номинальный выпрямленный ток 10А.

Максимально допустимый ток перегрузки 12 А.

Суммарная погрешность частоты вращения к установленной не более 2%.

Погрешность частоты вращения к установленной при изменении нагрузки не более 0,5%.

Погрешность частоты вращения к установленной при изменении направления вращения не более 0,5%.

Постоянная времени тиристоров Т = 0,003 с.

Определим коэффициент усиления как:

К=U_{трог эд}/U_{min цап} = =53,6. (22)

Принимаем коэффициент усиления равным 55.

Передаточная функция усилителя запишется в виде:

W(p)= = . (23)

2.5 Выбор гидротурбины

В качестве гидротурбины выбираем гидротурбину типа РУЗ-76. При ее выборе руководствовались условиями технического задания и желательностью получения линейной характеристики (чего добиваются изготовлением гидротурбины сложной формы с линейным коэффициентом передачи за счет придания специального профиля проходному сечению). Ее параметры [11]:

Пропускная способность Q до 35 м³/с.

Допустимое давление до 50^.10⁵ Па.

Угловая погрешность при гармоническом сигнале для обеспечения 2% погрешности расхода через проходное сечение в установившемся режиме _гарм = 18'.

Рассматривая гидротурбину как звено, у которого входной величиной является угол поворота выходного вала двигателя (с учетом редуктора), а выходной - угол поворота оси заслонки, получим что передаточная функция для заслонки имеет вид пропорционального звена :

W(p) = 1.

2.6 Выбор датчика перемещения

Существует довольно большое количество датчиков угла поворота, разнообразной конструкции и видов. Выбор датчика обусловлен, прежде всего:

Желаемой формой выходного сигнала (в данном случае желателен электрический выходной сигнал);

Высокой чувствительностью;

Допустимой инерционностью;

Малым или отсутствием влияния внешних условий;

Возможностью настройки на различные значения регулируемого параметра;

Малой энергоемкостью;

Приемлемыми массогабаритные показателями.

Сроком службы.

Для бесконтатктного измерения перемещения подвижных частей изделий в жестких условиях ракетно-космической техники широко используются оптические методы.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 2 - Классификация датчиков перемещения

Может быть использован резистивный датчик. Однако резистивные датчики не обладают достаточной точностью, погрешности измерений резистивного датчика могут быть вызваны в частности жесткими температурными условиями работы. Оптоэлектронные датчики лишены таких недостатков, их показания не зависят от изменения температуры и вибрационных нагрузок. Абсолютный оптоэлектронный датчик линейных перемещений ДЛП-120Ц-005 предназначен для непрерывного преобразования значений координаты в унифицированный электрический сигнал в системах контроля и управления авиационной техники. Датчик ДЛП-120Ц-005 измеряет линейные перемещения и преобразует их в пропорциональный электрический сигнал. Технические характеристики датчика ДЛП-120Ц-005 [13]:

- диапазон изменения выходного сигнала 4 - 20 мА;

- диапазон измерения 1-1000 мм;

- потребляемая мощность 10 Вт;

- дискретность отсчета 1 мкм;

- габаритные размеры диам 45Х75 мм;

- диапазон температур -50 - +50°С

Датчик линейных перемещений ДЛП-120Ц-005 имеет передаточную функцию вида:

; (24)

где k₆ - коэффициент передачи датчика k₆=0,05;

Т₆ - постоянная времени датчика, Т₆=0,06 с.

Получим передаточную функцию вида:

. (25)

3. Расчет датчика перемещения обратной связи локальной системы управления

Принцип действия оптоэлектронного датчика линейных перемещений ДЛП-120Ц-005 основан на преобразовании измеряемого линейного перемещения в выходной электрический сигнал постоянного напряжения, пропорциональный измеряемой величине. Преобразование линейного перемещения в электрический сигнал проходит в несколько этапов. На первом этапе происходит преобразование линейного перемещения в угол поворота источника света. Преобразование описывается зависимостью вида:

, (26)

где k_п - угловой коэффициент преобразования, рад/м;

- угол поворота источника света, рад;

l - перемещение штока гидроцилиндра, м.

Угловой коэффициент преобразования рассчитывается следующим образом:

, (27)

где _max - максимальный угол поворота источника света, _max=7⁰ рад;

l_max - максимальное отклонение штока гидроцилиндра, l_max=0,2 м.

. (28)

Тогда получим зависимость вида:

. (29)

Изменение угла поворота источника света приводит к изменению площади светового потока, что влечет за собой изменение напряжения на выходе датчика. Этот процесс описывается зависимостью вида:

, (30)

где k_s - коэффициент преобразования, характеризующий зависимость напряжения от площади светового потока, k_s=0.082 В/рад.

Получим зависимость вида:

. (31)

Получим статическую характеристику оптоэлектронного датчика. Для этого подставим выражение (29) в формулу (31). В результате получим:

. (32)

На рисунке 3 приведем график статической характеристики.

Рисунок 3 - Статическая характеристика датчика обратной связи

Как видно из рисунка 3, статическая характеристика оптоэлектронного датчика линейна.

4. Расчет передаточной функции САУ. Определение устойчивости системы

4.1 Деление локальной системы управления на изменяемую и неизменяемую части

К неизменяемой части локальной системы управления относят типовые звенья, параметры которых физически изменить невозможно и передаточная функция которых по отношению к основному сигналу не равняется единице. Следовательно, к неизменяемой части относятся датчики давления и перемещения, усилитель, двигатель, редуктор, гидротурбина.

К изменяемой части относится микропроцессор, потому что его передаточная функция зависит от управляющей программы и может меняться. Подставим найденные передаточные функции в структурную схему системы (см. рисунок 1).

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 4 - Структурная схема системы автоматического управления торпедой

4.2 Расчет передаточной функции

Определим передаточную функцию неизменяемой части САУ, принимая передаточную функцию программного устройства равной единице. Передаточная функция неизменяемой части имеет вид:

(33)

Учитывая, что W₂(р)=1 и W₆(р)=1, получим передаточную функцию вида:

(34)

(35)

4.3 Определение устойчивости системы автоматического управления

4.3.1 Определим устойчивость САУ по критерию Раусса

Критерий предложен математиком Раусом в форме некоторого алгоритма, по которому составляется таблица, называемая таблицей Рауса. Таблица составляется из коэффициентов характеристического уравнения, которые располагаются в таблице по строкам и столбцам.

В первой строке записывается все коэффициенты с четным индексом, а во второй с нечетными индексами.

Все остальные клетки таблицы заполняются коэффициентами, которые вычисляются по формуле:

, (36)

где - коэффициент Раусса (37)

Запишем характеристическое уравнение системы управления:

(38)

Для нашей системы получим таблицу1

Таблица 1 - Таблица Раусса

коэф-т Ri	№ строки	номер столбца К
		К=1	К=2	К=3	К=4
-	1	63	6770200	395000000	0
-	2	40226	120380000	362000000	0
0,001566	3	6581666,713	394433053	0	0
0,006112	4	117969293,9	362000000	0	0
0,055791	5	374236582,9	0	0	0
0,315227	6	362000000	0	0	0
1,033803	7	0	0	0	0

Для того чтобы системы была устойчивой необходимо и достаточно, чтобы все коэффициенты первого столбца таблицы Рауса имели одинаковый знак, а при а₀>0 были положительны.

Следовательно, наша система устойчива.

4.3.2 Прямая оценка качества САУ

Передаточная функция всей системы имеет вид:

(39)

проведем обратное преобразование Лапласа от передаточной функции САУ. автоматический управление термоизмерительный локальный

(40)

График переходного процесса приведен на рисунке 5.

Рисунок 5 - График переходного процесса САУ

По полученному переходному процессу определим прямые показатели качества САУ:

Установившееся значение h_уст=6,3

Тогда 5% интервал отклонения от установившегося значения будет соответствовать следующей величине.

(42)

Перерегулирование

(43)

Время переходного процесса tп=4,2 с.

Время нарастания регулируемой величины (время достижения максимума) tн=4,2 c.

Время первого согласования (время, когда регулируемая величина в первый раз достигает своего установившегося значения) t₁=4,2 c.

Период колебаний Т=?.

Частота колебаний .

Колебательность (число колебаний за время колебательного процесса) n=0.

Декремент затухания .

4.3.3 Косвенная оценка качества

Для этого построим амплитудно частотную характеристику (см. рисунок 6) выполненную в программе MathCAD.

Рисунок 6 - Амплитудно-частотная характеристика САУ

Резонансная частота (частота при которой АЧХ достигает своего максимального значения) ?_Р=0

Показатель колебательности

. (44)

Частота среза - частота, при которой АЧХ достигает значения, равного 1. Следовательно _ср=4,6.

4.3.4 Устойчивость САУ по критерию Шур-Кона

Проверка устойчивости локальной системы регулирования с учетом ЭВМ выполняется на основании критерия устойчивости Шур - Кона, который позволяет анализировать устойчивость дискретных и дискретно-непрерывных систем по характеристическому уравнению замкнутой системы, записанному в форме z-преобразования.

Замкнутая система будет устойчива, если корни характеристического уравнения будут находиться внутри единичной окружности, т.е., если коэффициенты уравнения будут удовлетворять всем определителям Шур - Кона, имеющих отрицательные значения для нечетных определителей и положительных для четных.

Переход от операторной формы записи передаточной функции замкнутой системы к z- форме и расчет определителей Шур - Кона осуществляется при помощи математического редактора MathCAD.

Разложение передаточной функции замкнутой САР выполняется в программе MathCAD:

(45)

Переход от операторной формы к z -форме выполняется по формуле:

W(z) =, (46)

- фиксатор нулевого порядка,

- z -форма непрерывной части системы автоматического регулирования.

Передаточная функция в z-форме имеет вид:

Полученное выражение преобразуется в программе MathCAD:

(49)

Проверка устойчивости передаточной функции в z - форме выполняется по корням характеристического уравнения.

Характеристическое уравнение в z - форме имеет вид:

(50)

Определение корней характеристического уравнения выполняется в программе MathCAD:

(51)

Таким образом, имеем пять корня характеристического уравнения, которые находятся внутри единичной окружности. Следовательно, заданная система автоматического управления является устойчивой.

5. Построение логарифмических характеристик САУ

5.1 Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ САУ

Для дальнейшего исследования, передаточную функцию разомкнутой системы подвергаем z - преобразованию.

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

(52)

(53)

Заменим z на выражение от псевдочастоты :

z=, где , получим:

ЛАЧХ и ЛФЧХ нашей системы приведены на рисунке 7.

Рисунок 7 - ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы

5.2 Определение запасов устойчивости САУ

По полученной ЛФЧХ и ЛАЧХ (см. рисунок 7) определяем запасы устойчивости по фазе и амплитуде. Так как ЛАЧХ не пересекается с осью lg(?), то запас по фазе равен бесконечности. Запас устойчивости по амплитуде 30 дБ. Для обеспечения запасов устойчивости и соответствия условиям технического задания необходимо ввести в ЛСУ корректирующее устройство и повысить коэффициент передачи.

6. Построение ЖЛАЧХ САУ, ЛАЧХ корректирующего устройства

6.1 Построение ЖЛАЧХ САУ

Желаемой называют асимптотическую ЛАЧХ разомкнутой системы, имеющей желаемые (требуемые) статические и динамические свойства. ЖЛАЧХ состоит из трех основных асимптот: низкочастотной, среднечастотной и высокочастотной. Среднечастотная асимптота ЛАЧХ разомкнутой системы и ее сопряжение с низкочастотной определяют динамические свойства системы - устойчивость и показатели качества переходной характеристики.

Осуществим построение ЖЛАЧХ методом Солодовникова. Зададим параметры желаемой системы:

- время регулирования t_p, с 1,2

- перегулирование ?, % 20

- колебательность 1,2

Определим частоту среза ЖЛАЧХ по номограмме Солодовникова (см. рисунок 8), зная время регулирования, перерегулирования и колебательность САУ, по формуле [11]:

(55)

Откуда при к=2,4

Определим среднечастотную область, с верхней границей (дБ) и с нижней границей (дБ).

Наклон ЖЛАЧХ в среднечастотной области равен -20 дБ/дек. Наклон ЖЛАЧХ в высокочастотной области должен быть близким к наклону исходной ЛАЧХ, в нашем случае он совпадает. ЖЛАЧХ приведена на рисунке 9

Рисунок 8 - Номограмма Солодовникова

Рисунок 9 - ЛАЧХ и ЖЛАЧХ разомкнутой системы

6.2 Построение ЖЛАЧХ корректирующего устройства

Проведем последовательную коррекцию нашей системы. Для получения ЖЛАЧХ корректирующего устройства вычтем из ЖЛАЧХ ЛАЧХ исходной системы.

Рисунок 10 - ЖЛАЧХ корректирующего устройства

7. Расчет и синтез корректирующего устройства

7.1 Расчет корректирующего устройства

Из рисунка 10 определили, что передаточная функция корректирующего устройства будет иметь вид:

(56)

При таком виде ЛАЧХ КУ по справочнику находим вид КУ. Получаем, что при таком виде ЛАЧХ параллельного корректирующего устройства, желаемую передаточную функцию корректирующего звена (56) можно реализовать по следующей схеме представленной на рисунке 11 [11].

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 11 - Cхема последовательного корректирующего устройства

Передаточная функция корректирующего устройства:

, (57)

где T₁=R₂•C₂= 15,152; (58)

T₂==0.068. (59)

Задаемся значением С₁=10 мкФ. Тогда R₁=15 МОм, а R₂=1,2МОм.

В результате включения последовательного корректирующего устройства структурная схема системы автоматического отбеливания примет вид рисунка 12.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 12 - Последовательное включение корректирующего устройства

7.2 Синтез программного корректирующего устройства

Для того чтобы синтезировать программное корректирующее устройство запишем передаточную функцию параллельного корректирующего устройства (56) в виде z - разностных уравнений, проведем обратное z - преобразование и вычислим коэффициент ошибки управления.

Введем замену , получим

(60)

Введем следующую замену , получим функцию вида

(61)

Домножим числитель и знаменатель на 1/z, тогда:

(62)

Преобразуем (62) к виду (63)

(63)

Запишем разностное уравнение в реальном масштабе времени введя в числитель дополнительный сдвиг z^-1:

(64)

Выбор корректирующего устройства

Последовательные корректирующие устройства получили широкое распространение в САУ, за счет того, что они позволяют корректировать точность работы системы. И за счет того, что последовательно включить дополнительное звено, как правило, легче реализовать из-за того, что на ее вход поступает более мощный сигнал.

К основным достоинствам этого вида коррекции относят:

- Уменьшение динамических показателей переходного процесса или исключение влияния звеньев системы ухудшающих переходный процесс;

- Снижение чувствительности системы к флуктуациям и помехам;

- Высокая эффективность коррекции;

- Применение в системах любой сложности.

Но так как в САУ изначально присутствует микропроцессорное устройство, то применение аналогового корректирующего устройства экономически нецелесообразнее, так как добавляются новые элементы. Одним из достоинств программной коррекции является точное выполнение зависимостей корректирующего устройства, тогда как для аналоговых корректирующих устройств трудно добиться точности, так как трудно точно подобрать номинал элементов в соответствии с расчетным. Поэтому целесообразнее написать программу коррекции для МП.

8. Программа для микропроцессора

По виду разностного уравнения (64) в виде:

(65)

Для разностного уравнения (65) корректирующего устройства составим блок-схему возможной процедуры коррекции (см. рисунок 13).

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 13 - Блок схема программы коррекции

Ниже приведена процедура коррекции для микропроцессора, написанная на языке Assembler.

;Расчет разностного уравнения

;

;х - входной сигнал

;у - выходной сигнал

i_port EQU 11h; номер порта для чтения

o_port EQU 12h; номер порта для записи

А1 EQU -207,6;

A2 EQU -207,5;

B1 EQU -0,86;

x1, x2, , DB 0; выделение памяти под переменные xk-1, xk-2

у1, DB 0; выделение памяти под переменные yk-1

;вычисляем значение выражения у(k)=A1*x1+A2*x2+B1*y1

start: ;метка начала цикла коррекции

in al,i_port ;чтение данных из порта

mov al,Al; вычисление слогаемого А1*х1

mov bl,al; сохранение результата в bl

; в результате имеем А1*х1 в регистре bl

mov al,х2; вычисление

mul al,A2; слагаемое А2*х2

add bl,al; прибавление к предыдущему результату

; в результате имеем А1*х1+А2*х2 в регистре bl

mov al,y1; вычисление

mul al,B1; слагаемое В1*у1

add b1,a1; прибавление к предыдущему результату

; в регистре b1 имеем результат вычисления всего выражения

mov y3,y2; для следующего

mov y2,y1; такта

mov y1,b1

mov x2,x1

mov x1,x

out o_port, bl; вывод управляющего сигнала из bl

jmp start; зацикливание на начало программы

Заключение

В курсовом проекте был предложен вариант реализации локальной системы управления, позволяющей осуществлять выстрел торпедой. Выстрел торпедой производится в соответствии с заданной дальностью и направлением выстрела. Для данной системы были построены реальные логарифмические характеристики и желаемые. Первоначальная не скорректированная система удовлетворяла требованиям к качеству управления. Для улучшения точности управления выстрелом торпеды была произведена последовательная коррекция. Был осуществлен подбор аналогового корректирующего устройства, которое сравнивалось с программной коррекцией. Но так как в САУ изначально присутствует микропроцессорное устройство, то применение аналогового корректирующего устройства экономически нецелесообразнее. МП К1813ВЕ1 позволяет осуществлять управление по линейному закону с коррекцией дозируемой порции отбеливателя, для которого и была написана программа коррекции, позволяющая повысить качество управления

Таким образом, можно сделать вывод, что спроектированная САУ торпеды на базе микропроцессорного комплекта К181, отвечает требованиям ТЗ.

Список литературы

1. Аш Ж.Д., Гардон Т.М. Датчики измерительных систем - 3-е изд.-М.: Мир, 1992.-424 с.

2. Денисов А. А., Нагорный В. С. Пневматические и гидравлические устройства автоматики. М.: Высшая школа, 1978.

3. Денисов А. А., Нагорный В. С. Элементы электрогидравлических и электропневматических устройств автоматики. Л.: ЛПИ, 1975.

4. Егоров К. В. Основы теории автоматического регулирования. М.:Энергия, 1967.

5. Иващенко Н. Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1978.

6. Кошарский Е. Д. Автоматические приборы и регуляторы. М.: Машиностроение, 1964.

7. Кукушкин А. П. Гидравлические и пневматические системы автоматизации технологических процессов. Л.: ЛПИ.

8. Низе В.Э., Антик И.В. Справочник по средствам автоматики - 2-е изд.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-504 с

9. Погорелов В. И. Элементы и системы гидро-пневмоавтоматики. Л.: ЛПИ, 1979.

10. Топчеев Ю. И. Нелинейные системы автоматического управления. Дискретные нелинейные системы. М.: Машиностроение, 1982.

11. Топчеев Ю. М. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1989.

12. Хвощинский А. П. МП и микроЭВМ. М.: Высшая школа, 1982.

13. Хлюснев И. Н. Приборы АСУ ТП. М.: Машиностроение, 1982.

14. Чернов К. В., Кузьменко В. И. Детали машин. М.: Машиностроение, 1978.

Приложение

Графическая часть

1. Структурная схема системы автоматического управления торпедой

2. Расчет датчика перемещения обратной связи

3. Проверка устойчивости системы по критерию Шур-Кона

4. Логарифмические характеристики САУ

5. Выбор последовательного корректирующего устройства

6. Алгоритм работы программы коррекции

Структурная схема системы автоматического управления торпедой

Размещено на http://www.allbest.ru

где Д1 - датчик давления; Р - редуктор;

МП - микропроцессор Гт - гидротурбина

У - усилитель Д2 - датчик перемещения

ДВ - электродвигатель

Параметры управляемой системы:

Габариты, мм 533,4Х8200

Вес снаряда, кг 2700

Эффективная дальность стрельбы, км 7

Скорость выпущенного снаряда, 90-100

Время срабатывания, с 30

Рабочая среда вода

Температура окружающей среды, °С +20 - 0

Давление при погружении на 10 м, Па 10⁵

Время регулирования не более tp, с 2

Колебательность М 1,2

Перерегулирование , % 20 - 30

Расчет датчика перемещения обратной связи

Принцип действия оптоэлектронного датчика линейных перемещений ДЛП-120Ц-005 основан на преобразовании измеряемого линейного перемещения в выходной электрический сигнал постоянного напряжения, пропорциональный измеряемой величине.

Преобразование линейного перемещения в электрический сигнал проходит в несколько этапов. На первом этапе происходит преобразование линейного перемещения в угол поворота источника света. Преобразование описывается зависимостью вида:

,

где k_п - угловой коэффициент преобразования, рад/м;

- угол поворота источника света, рад;

l - перемещение штока гидроцилиндра, м.

Угловой коэффициент преобразования рассчитывается следующим образом:

,

где _max - максимальный угол поворота источника света, _max=7⁰ рад;

l_max - максимальное отклонение штока гидроцилиндра, l_max=0,2 м.

.

Тогда получим зависимость вида:.

Изменение угла поворота источника света приводит к изменению площади светового потока, что влечет за собой изменение напряжения на выходе датчика. Этот процесс описывается зависимостью вида:,

где k_s - коэффициент преобразования, характеризующий зависимость напряжения от площади светового потока, k_s=0.082 В/рад.

Получим статическую характеристику оптоэлектронного датчика..

Проверка устойчивости САУ по критерию Шур-Кона

Разложим передаточной функции замкнутой САР на элементарные дроби:

Переход от операторной формы к z -форме выполняется по формуле:

W(z) =,

- фиксатор нулевого порядка,

.

Передаточная функция в z-форме имеет вид:

Проверка устойчивости передаточной функции в z - форме выполняется по корням характеристического уравнения.

Характеристическое уравнение в z - форме имеет вид:

Таким образом, имеем пять корня характеристического уравнения, которые находятся внутри единичной окружности. Следовательно, заданная система автоматического управления является устойчивой.

Логарифмические характеристики САУ

Передаточная функция разомкнутой системы:

Передаточная функция полученной желаемой ЛАЧХ:

Передаточную функцию последовательного корректирующего звена:

Выбор последовательного корректирующего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru

Передаточная функция корректирующего устройства:

,

где T₁=R₂•C₂= 15,152;

T₂==0.068.

Задаемся значением С₁=10 мкФ. Тогда R₁=15 МОм, а R₂=1,2МОм.

Алгоритм работы программы коррекции

Разностное уравнение:

Блок-схема возможной процедуры коррекции для разностного уравнения корректирующего устройства:

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на Allbest.ru