Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Техническое задание

2. Определение элементной базы и расчет передаточных функций выбранных элементов

2.1 Выбор микропроцессора

2.2 Выбор дозатора

2.3 Выбор рабочей емкости

2.4 Выбор датчика уровня

2.5 Выбор коммутатора

3. Расчет фотоэлектрического датчика уровня

4. Деление ЛСУ на изменяемую и неизменяемую части. Определение устойчивости

5. Построение логарифмической характеристик САУ

5.1 Построение ЛАЧХ и ФЧХ САУ

5.2 Построение желаемой ЛАЧХ и ЛФЧХ

6. Синтез корректирующих звеньев

6.1 Синтез параллельного корректирующего звена

6.2 Синтез программного корректирующего устройства

6.3 Выбор корректирующего устройства

7. Программа для микропроцессора

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время при автоматизации производственных процессов все более широкое распространение получают различные дозирующие устройства и системы автоматического дозирования.

Системами автоматического дозирования (САД) могут быть названы такие устройства, которые способны автоматически отмеривать и производить выдачу заданных количеств вещества.

Применение САД 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 зависимости от требований производства способ дозирования вещества может быть порционным (дискретным) и непрерывным и осуществляется объемным или весовым методом. Порционные САД применяются в пробоотборниках, при фасовке продуктов в тару, при проведении периодических производственных процессов; САД непрерывного действия (дозировочные питатели) применяются для обеспечения стабильной подачи вещества, в основном в непрерывных производственных процессах [8].

В стиральных машинах нового поколения также предусмотрено автоматическое дозирование отбеливателя, что оптимизирует расход отбеливателя. Таким образом, целью данной курсовой работы является проектирование системы автоматического управления отбеливания белья в стиральной машине, т.е. необходимо обеспечить порционное дозирование отбеливателя.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Необходимо разработать систему автоматического управления, позволяющей осуществлять дозирование отбеливателя в стиральной машине. Структурная схема данной системы приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема системы автоматического отбеливания белья в стиральной машине. МП - микропроцессор; Д - дозатор; ДУ₁ и ДУ₂ - датчики по первому и второму уровням;

МП - микропроцессор со специализированным программным обеспечением, осуществляет циклический опрос модулей (датчиков) с периодом не менее 1,2 минуты, анализируя показания датчиков уровня, подает соответствующий сигнал на дозатор и вырабатывает электрический сигнал I;

Д - дозатор, предназначен для дозирования конкретного количества отбеливателя, которое соответствует определенному уровню заполнения белья, т.е. вырабатывает сигнал Q;

Емкость - это резервуар, предназначенный для непосредственной загрузки белья и добавление в него определенной порции отбеливателя дозатором Д.

ДУ₁ и ДУ₂ - два датчика уровня, которые устанавливаются в емкости и предназначены для измерения уровня заполнения его бельем по первому и второму уровням, вырабатывают сигналы I₁ и I₂.

Коммутатор - предназначен для уменьшения числа соединений с МП, который вырабатывает сигнал I.

Работает система следующим образом.

Белье определенной массы загружается в рабочую емкость, внутри которой установлено два датчика уровня ДУ₁ и ДУ₂ на определенных высотах. Основная их цель - это определить уровень заполнения емкости бельем, на выходе которых получаем два сигнала I₁ и I₂. Для уменьшения числа соединений с МП в схеме присутствует коммутатор, который преобразует сигналы I₁ и I₂ в сигнал I. Таким образом, на МП поступают сведения об уровне заполнения бака бельем, анализируя его, МП вырабатывает управляющий сигнал, о необходимом количестве отбеливателя, поступающий на дозатор. В результате получаем систему дозирования отбеливателя в зависимости от заполнения емкости бельем.

Параметры регулируемой системы:

Емкость стирального бака до отметки уровня заполнения бельем - 34 литра;

Максимальное количество сухого белья, загруженный в стиральный бак - 2 кг;

Максимальный интервал обновления данных (период дискретности)

T₀ = 1,2 мин;

Требования к проектируемому регулятору:

Время регулирования t_p 2 c;

Колебательность М 1,3;

Перерегулирование 30 - 40%;

Максимально допустимое отклонение регулируемой величины в установившемся режиме 4%;

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ВЫБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 Выбор микропроцессора

Среди устройств автоматики наиболее широкое распространение получили микропроцессорные комплекты (МПК) серий К580, К583, К588. При выборе МПК следует руководствоваться следующими соображениями:

высокая производительность МП, достаточный объем ОЗУ и ПЗУ;

возможность цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени;

возможность программной коррекции;

малое энергопотребление;

совместимость с другими микросхемами;

доступность элементов;

мощная и гибкая система команд МП;

наличие встроенных ЦАП и АЦП.

На основании этих критериев выбираем МП серии К1813ВЕ1. Это однокристальный МП цифровой обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени, со встроенными аналоговыми системами ввода-вывода (ЦАП и АЦП), с 8-ю разрядным ПЗУ, ОЗУ (емкостью 40х25 слов), ALU, двумя входными и четырьмя выходными аналоговыми каналами.

Этот МП выполнен по высококачественной n-МОП-технологии, совместим с БИС серии К580. В нем реализована мощная и гибкая система команд с расширенными возможностями адресации памяти.

Выбранный микропроцессор обладает необходимой производительностью, мощной и гибкой системой команд и управления обработкой информации, возможностью программной коррекции ЛСУ, совместим с БИС, и имеет возможность обрабатывать аналоговый сигнал в режиме реального времени благодаря встроенным АЦП и ЦАП [11].

Технические характеристики МП К1813ВЕ1 [11]:

25-ти разрядное АLU;

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

время преобразования не более 50 мкс;

нелинейность ЦАП и АЦП <0,1%;

тактовая частота 5 МГц;

напряжение питания 2 В;

потребляемая мощность 1,0 В•А;

входное аналоговое напряжение не более 2 В;

выходное сопротивление (хранение) не менее 100 кОм;

выходной ток 0,4-2 мА;

входной ток не более 2,0 мА;

диапазон рабочих температур от -10 до 70 ⁰С.

Передаточную функцию МП принимаем равной единице.

W_МП(p)=1(1)

2.2 Выбор дозатора

Дозатор - это устройство для автоматического отмеривания и выдачи заданного количества вещества. Существует довольно большое количество дозаторов разнообразной конструкции и видов. Выбор дозатора обусловлен, прежде всего:

1. Физической природой регулируемого вещества;

2. Производительность от долей литра до сотен литров в час;

3. Небольшие габаритные размеры;

4. Малой энергоемкостью;

5. Сроком службы.

На основе предъявленных требований был выбран насос-дозатор марки АХПО0,5/40-К-СД-У2. Он используется для дозирования агрессивных сред, в данном случае для отбеливателя. Погрешность дозирования составляет 0,1 - 1%.

Насос - дозатор работает следующим образом: при вращении рабочего колеса происходит нагнетание жидкости в рабочей камере, посредством вращающего момента которого жидкость передается в камеру нагнетания [4].

Технические данные:

- диапазон дозирования 10…500 мл;

- напряжение питания 220В;

- рабочий объем 0,015 м³;

- давление на выходе 10 МПА

- входной ток 0…20 мА;

- вес 4 кг.

Насос-дозатор представлен в виде передаточной функции инерционного звена:

(2)

где - коэффициент передачи насоса;

- постоянная времени насоса, с.

(3)

где- угол наклона лопастей ();

n- количество лопастей (n=10).

(4)

где V - рабочий объем дозатора, м³;

Q_Н - расход рабочей жидкости, м³/с.

Передаточная функция с учетом коэффициентов примет вид

(5)

2.3 Выбор рабочей емкости

Для данной САУ возьмем емкость стирального бака со следующими параметрами:

Высота всей емкости Н - 765 мм;

Максимальная высота емкости заполнения белья h₀= 600мм;

Емкость стирального бака до отметки уровня заполнения бельем - 34 литра;

Диаметр емкости d= 500 мм;

Удельный вес воды =10⁴ Н/м³;

Давление на входе Р₁=10³ Па;

Давление на выходе Р₂=2^.10³ Па.

Максимальный расход рабочей жидкости Q=1 м³/с;

9. Площадь основания емкости S=1,57 м².

Передаточная функция такой емкости имеет вид [10]:

(6)

Т== 6,28 (с),(7)

К== 4 (м/рад). (8)

Таким образом, передаточная функция принимает вид:

(9)

2.4 Выбор датчика уровня

Существует несколько различных способов измерения уровня. Датчики уровня классифицируются:

1) Механические (поплавковые и пластинчатые). Принцип пластинчатого уровнемера основан на явлении вытеснения; у поплавкового уровнемера в качестве чувствительного элемента взят поплавок, который измеряет высоту уровня жидкости.

2) Электромеханические (потенциометрические, сельсинные, индуктивные) преобразователи уровня сочетают механическую систему передачи сигналов о перемещении чувствительного элемента с электрическим устройством съёма сигналов и электрической системой дальнейшей передачи информации об этом перемещении.

3) Электрические (емкостные, кондуктометрические). Емкостные уровнемеры предполагают измерение емкости в зависимости от уровня наполнения, а кондуктометрические основаны на изменении силы тока.

4) Гидростатические и пневматические. В гидростатическом преобразователе измерение уровня основано на измерении оказываемого жидкостью на дно резервуара гидростатического давления, которое измеряется в открытых сосудах при помощи обычного или дифференциального манометра. В пневматическом преобразователе высоту уровня жидкости измеряют так называемым способом барботирования газа.

5) Ультразвуковой. Для измерения уровня при помощи ультразвука необходимо наличие излучателя и приемника. Т.е. метод основан на отражении и преломлении ультразвуковых импульсов, представляющие собой механические колебания.

6) Радиационные. Также имеет приемник и излучатель, только в основе измерения при помощи искусственных радиоактивных изотопов лежит принцип поглощения радиоактивного излучения соответствующим материалом, содержащимся в резервуаре.

7) Фотоэлектрические. Принцип действия в данном случае основан на изменении интенсивности светового пучка при прохождении или понижении уровня среды [3].

Исходя из классификации и конструктивных особенностей, рассмотренных выше уровнемеров в данной системе необходимо использовать фотоэлектрические уровнемеры. Их принцип действия основан на изменении интенсивности светового пучка при повышении или понижении уровня белья. Измерительная система включает 2 фотоэлемента. При изменении уровня интенсивность освещения одного фотоэлемента увеличивается, а другого падает. При этом возникает э. д. с., что приводит к изменениям тока в цепи, в которую включен фоточувствительный элемент. Что очень удобно в конструктивном плане для данного устройства. Разместим датчик уровня ДУ₁ на высоте 300 мм от дна емкости, а датчик ДУ₂ на максимально возможной высоте - 600 мм. Также при выборе датчика в данном случае имеет значение то, что они работают в условиях высокой температуры.

В качестве фотоэлектрического датчика выберем датчик KOBOLD NUS, который обладает следующими техническими характеристиками:

- Диапазон измерения до 10 м;

- Точность измерения ±2,5 мм;

- Вес 2,5 кг;

- Напряжения питания 220 В;

- Потребляемая мощность 150 Вт;

- Выходной ток 10 мА;

- Выходное напряжение 0…10 В;

- Максимальная рабочая температура среды 200 ⁰С.

Передаточная функция датчика:

(10)

где Ф = 25 лм - величина светового потока;

I_вых - ток на выходе датчика, А.

Тогда для обоих датчиков имеем:

(11)

2.5 Выбор коммутатора

Для коммутатора аналоговых сигналов используется четырёхканальный аналоговый коммутатор КР590КТ1 со схемами управления (мультиплексор) со следующими характеристиками [5]:

-технология - КМОП (микросхемы на КМОП-транзисторах имеют малую мощность потребления в статическом режиме (единицы микроватт), относительно высокое быстродействие, хорошую помехоустойчивость и достаточно большую нагрузочную способность),

-число каналов - 4,

-напряжение источника питания 9В,

-коммутируемый ток (протекающий по открытому каналу коммутатора) -5мА,

-коммутируемое напряжение (максимально допустимое напряжение, прикладываемое между входом и выходом коммутатора) 15В,

-сопротивление коммутатора в открытом состоянии 100 Ом,

-время переключения коммутатора 0,03мкс,

-напряжения для управления адресными входами 0…0,8 В и 7,7…12 В,

-потребляемые токи на адресных входах 3,5 мА и 3,5 мкА,

-время наработки на отказ около 200 лет1,8·10⁶ч.

Передаточная функция коммутатора:

(12)

где К = 1/2 - отношение выходного канала к двум задействованным.

Таким образом:

(13)

3. РАСЧЕТ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ

В данном случае был выбран фотоэлектрический датчик уровня, который состоит из системы двух фотоэлементов.

Фотоэлементы непосредственно преобразуют лучистую энергию в электрическую; это явление называется фотоэлектрическим эффектом. Величина фотоэффекта характеризуется двумя законами.

1. Законом Столетова: фотоэлектрический ток прямо пропорционален падающему на фотоэлемент лучистому потоку.

2. Законом Эйнштейна: максимальная энергия фотоэлектронов возрастает с увеличением частоты падающего света независимо от его интенсивности.

Таким образом, основной характеристикой фотоэлемента является зависимость выходного тока I_ф от величины светового потока F при неизменных внешних условиях, т. е. при постоянной длине световой волны l = const и постоянном напряжении U = const:

(14)

Если свет, падающий на фотоэлемент, является монохроматическим (имеет одну длину волны l=0,75 мкм), то характеристикой фотоэлемента является спектральная чувствительность:

(15)

где (техническая характеристика датчика).

Тогда из предыдущей формулы можно определить величину светового потока, т.е.:

(16)

Спектральная чувствительность -- это чувствительность приемника к излучению с различной длиной волны; она определяется природой вещества, из которого сделан в приборе светочувствительный слой.

Спектральную чувствительность, при данной длине волны л=0,75 мкм, можно определить по графику, приведенному на рисунке 2, причем был взят селеновый фотоэлемент. Т.е.

Рисунок 2 - Кривые спектральной чувствительности фотоэлементов: 1- селеновый; 2 - сернисто-висмутовый; 3 - сернисто-свинцовый; 4-селенисто-свинцовый; 5--термоэлемент

(17)

Но когда световой поток имеет разные длины воли, то интегральная чувствительность определяется:

(18)

Рассчитаем величину светового потока в данном случае, при длине волны l=0,75 , где S=400 мкА/лм, получим:

.(19)

Удельная чувствительность фотоэлемента - отношение фототока к произведению величины падающего на фотоэлемент светового потока на приложенное к нему напряжение, мкА / (лм · В), которая определяется формулой [16]:

К₀ = I_ф / (U), (20)

где - падающий световой поток;

U = 220 В - напряжение, приложенное к фотоэлементу.

(21)

4. ДЕЛЕНИЕ ЛСУ НА ИЗМЕНЯЕМУЮ И НЕИЗМЕНЯЕМУЮ ЧАСТИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ

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 уровня, дозатор, коммутатор, емкость.

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 (рисунок 3).

Рисунок 3 - Структурная схема САУ отбеливания белья

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

W_н(p) = (22)

По критерию устойчивости Ляпунова, система устойчива, если для нее выполняется следующее условие: .

Т.е. для того чтобы САУ была устойчива необходимо и достаточно, чтобы все корни характеристического уравнения имели отрицательные вещественные части.

Тогда найдем корни характеристического уравнения, получим:

Так как все корни характеристического уравнения лежат с лева от мнимой оси (левые корни) и имеют отрицательную вещественную часть, то САУ неизменяемой части будет устойчивой.

Передаточная функция всей системы:

> (23)

Построим переходный процесс САУ. Для этого проведем обратное преобразование Лапласа от передаточной функции САУ.

(24)

Т.е. ,(25)

График переходного процесса приведен на рисунке 4



Рисунок 4 - График переходного процесса САУ

По полученному переходному процессу определим показатели качества САР:

1) Установившееся значение h_уст=2•10^-5

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

(26)

2) Перерегулирование

(27)

3) Время переходного процесса t_п=53 с.

4) Время нарастания регулируемой величины (время достижения максимума) t_н=93 c.

5) Время первого согласования (время, когда регулируемая величина в первый раз достигает своего установившегося значения) t₁=93 c.

6) Период колебаний Т=?.

7) Частота колебаний .

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

9) Декремент затухания .

Определим косвенные оценки качества. Для этого построим амплитудно-частотную характеристику (рисунок 5).

Рисунок 5 - амплитудно-частотная функция САУ

1) Резонансная частота (частота при которой АЧХ достигает своего максимального значения) щ_Р=0

2) Показатель колебательности

.(30)

3) Частота среза - частота, при которой АЧХ достигает значения, равного 1. Следовательно _ср=0.

Проверим устойчивость САУ по критерию Шур-Кона.

Для того, чтобы импульсная САУ была устойчива, необходимо и достаточно, чтобы определители Шур-Кона с четным индексом были положительны, а с нечетным - отрицательны.

Проведем z-преобразование передаточной функции САУ.

(31)

Для этого разложим передаточную функцию на элементарные дроби:

.(32)

Для каждой дроби запишем соответствующие z-преобразования, получим:

(33)

их сумму умножим на , и после подстановки времени дискретизации Т=1,2 с и упрощений получим следующий вид передаточной функции:

(33)

(34)

Таким образом, получили характеристическое уравнение в z - форме вида:

(35)

Или (36)Составим определители Шур-Кона

Так как нечетный определитель отрицателен, а четный со знаком плюс, следовательно, система является устойчивой.

5. ПОСТРОЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САУ

автоматический управление микропроцессор дозатор

5.1 Построение ЛАЧХ и ФЧХ САУ

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

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

W_р(p) = (37)

Запишем для каждой дроби соответствующее z-преобразование и умножим на при Т=1,2 с, получим:

Заменим z на выражение от псевдочастоты : z=, где , получим:

Упростив выражение (42), получим:

(43)

Определим точки излома ЛАЧХ.

, (44)

где Т₁=14,956 , ;

, (45)

где Т₂=6,3 , ;

,(46)

где Т₃=0,53 , ;

,(47)

где Т₄=0,0356 , .

20lg47863^-1=-93 дБ - ордината начальной точки ЛАЧХ.

Полученная ЛАЧХ приведена на рисунке 6



Рисунок 6 - ЛАЧХ разомкнутой системы

Построение ЛФЧХ производят по выражению:

ЛФЧХ разомкнутой системы приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - ЛФЧХ разомкнутой системы управления

По полученной ЛФЧХ (рисунок 7) и ЛАЧХ (рисунок 6) определяем запасы устойчивости по фазе и амплитуде. Так как ЛАЧХ не пересекается с осью lg(щ), то запас по фазе равен бесконечности. Запас устойчивости по амплитуде также максимально возможный, т.к. кривая не пересекает ось -р. Для обеспечения запасов устойчивости и соответствия условиям технического задания необходимо ввести в ЛСУ корректирующее устройство и повысить коэффициент передачи.

5.2 Построение желаемой ЛАЧХ

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.

Поскольку в исходной САУ присутствует дискретное устройство, построение желаемой ЛАЧХ (ЖЛАЧХ) ведется методом запретных зон.

Построение ЖЛАЧХ начинаем с построения запретной зоны, геометрия которой определяется положением рабочей точки, но для того, что бы найти рабочую точку необходимо задаться значениями следующих величин:

=1 - скорость обработки сигнала;

=0,01 - ускорение.

Частота рабочей точки определяется выражением (49).

( с^-1)(49)

Найдем значение амплитуды рабочей точки:

(50)

Определим координаты рабочей точки:

20lоg(A_р)=28 (дБ)

Следовательно, рабочая точка имеет координаты (0,01; 28). Через полученную точку А_р проводим прямую с наклоном -20 дБ/дек. Данная прямая ограничивает сверху «запретную зону».

По номограмме Солодовникова (рисунок 8) и желаемому перерегулированию , колебательности (М=1,3) и времени регулирования (t_р=2 c) определяем частоту среза:

, (51)

где b=3,5.

(с^-1).(52)

Рисунок 8 - Номограмма Солодовникова

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.

Построенная желаемая ЛАЧХ лежит выше точки А_р, то есть не попадает в запретную область.

Передаточная функция полученной желаемой ЛАЧХ запишется в виде:

(53)

Рисунок 9 - ЛАЧХ и ЖЛАЧХ разомкнутой системы

ЖЛФЧХ разомкнутой системы приведена на рисунке 10.



Рисунок 10 - ЖЛФЧХ разомкнутой системы

По полученной ЖЛФЧХ (рисунок 10) определяем запасы устойчивости по фазе, опустив точку пересечения ЖЛАЧХ с осью lg(щ), которая имеет значение 5,5, на график ЖЛФЧХ. Получили, что запас устойчивости по фазе составляет 268⁰. По нормам минимальный запас устойчивости по фазе составляет 30…40⁰. Запас устойчивости по амплитуде максимально возможный, т.к. кривая ЖЛФЧХ не пересекает ось -р. Полученное значение запаса устойчивости по фазе и амплитуде достаточны, следовательно, данная система устойчива.

6. СИНТЕЗ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЗВЕНЬЕВ

6.1 Синтез параллельного корректирующего звена

Для обеспечения необходимой точности дозирования отбеливателя в стиральной машине в разомкнутую цепь необходимо параллельно включить корректирующее устройство, т.е. необходимо произвести синтез параллельного корректирующего устройства.

Передаточная функция параллельного корректирующего устройства находится по выражению:

W_k(л)=1/W_ж(л)(54)

Это значит, что ЛАЧХ параллельного корректирующего звена может быть получена из ЖЛАЧХ домножением ее на минус 1.

(55)

Следовательно, получаем передаточную функцию параллельного корректирующего звена в виде:

(56)

ЛАЧХ корректирующего устройства приведена на рисунке 11.

При таком виде ЛАЧХ КУ по справочнику находим вид КУ. Получаем, что при таком виде ЛАЧХ параллельного корректирующего устройства, желаемую передаточную функцию корректирующего звена (53) можно реализовать двумя дифференцирующими четырехполюсниками с разделительным усилителем [10]. Изобразим его схему на рисунке 12.

Рисунок 11 - ЛАЧХ параллельного корректирующего устройства

Рисунок 12 - Схема параллельного корректирующего устройства

Передаточная функция первого дифференцирующего четырехполюсника:

,(57)

T₁=R₁•C₁= 14,956; (58)

K_K1=R₂/(R₁+R₂)=0,074;(59)T₂=K_K1•T₁=1,1. (60)

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

Передаточная функция второго дифференцирующего четырехполюсника:

,(61)

T₃=R₃•C₂= 6,3(62)

K_K2=R₄/(R₃+R₄)=0,00567;(63)

T₄=K_K2•T₃= 0,0356.(64)

Аналогично, пусть С₂=10 мкФ > R₃=6,3МОм, а R₄=0,36МОм.

При этом усилитель должен иметь коэффициент усиления:

(65)

В результате включения параллельного корректирующего устройства структурная схема системы автоматического отбеливания примет вид рисунка 13.

Рисунок 13 - Параллельное включение корректирующего устройства

6.2 Синтез программного корректирующего устройства

Для того чтобы синтезировать программное корректирующее устройство запишем передаточную функцию параллельного корректирующего устройства (56) в виде z - разностных уравнений, проведя обратное z - преобразование.

Введем замену , получим

(66)

Введем следующую замену , получим функцию вида

(67)

Домножим числитель и знаменатель на 1/z², тогда:

(68)

Преобразуем (68) к виду (69)

(69)

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

(70)

6.3 Выбор корректирующего устройства

Параллельные корректирующие устройства получили широкое распространение в САУ, за счет того, что они позволяют корректировать точность работы системы. И за счет того, что:

Во-первых, обратную связь, как правило, легче реализовать из-за того, что на ее вход поступает более мощный сигнал, чем уровень мощности в той точке системы, куда подключен выход цепи обратной связи.

Во-вторых, зачастую не надо корректировать всю систему в целом, а достаточно скорректировать влияние какого-то конкретного звена, что существенно упрощает реализацию корректирующего устройства.

Третье преимущество относится к цепям с коррекцией по отрицательной обратной связи - они уменьшают отрицательное влияние нелинейностей в системе, а также нестабильность ее параметров.

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.

Наряду с достоинствами параллельная коррекция имеет ряд недостатков, таких как возможность перегрузки цепи, охваченной корректирующим контуром, более сложная схема включения и необходимость применять согласующих элементов.

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.

7. ПРОГРАММА ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРА

Представим разностное уравнение (70) в виде:

(71)

Для разностного уравнения (71) корректирующего устройства составим блок-схему возможной процедуры коррекции (рисунке 14).

Рисунок 14 - 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 0.095;

A2 EQU -0.166;

A3 EQU 0.072;

B1 EQU -1.19;

B2 EQU 0.269;

x1, x2, x3, DB 0; выделение памяти под переменные x_k-1, x_k-2, x_k-3

у1, у2 DB 0; выделение памяти под переменные y_k-1, y_k-2

;вычисляем значение выражения у(k)=A1*x1+A2*x2+A3*x3+B1*y1+B2*y2

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,х3; вычисление

mul al,A3; слагаемое А3*х3

add bl,al; прибавление к предыдущему результату

;в результате имеем А1*х1+А2*х2+А3*х3 в регистре bl

mov al,y1; вычисление

mul al,B1; слагаемое В1*у1

add b1,a1; прибавление к предыдущему результату

mov a1,y2; вычисление

mul al, B2; слагаемое В2*у2

add bl, 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 дозирование отбеливателя в стиральной машине. Выдача отбеливателя дозатором осуществляется в соответствии с уровнем заполнения бельем рабочей емкости. Для данной системы были построены реальные логарифмические характеристики и желаемые. Первоначальная не скорректированная система не удовлетворяла требованиям к качеству управления. Для обеспечения точности дозирования отбеливателя в стиральной машине была произведена параллельная коррекция, которая помогает достичь желаемых характеристик. 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 отбеливания белья в стиральной машине на базе микропроцессорного комплекта К181, отвечает требованиям ТЗ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1 Агейкин Д.Н., Костина Е.Н. Датчики контроля и регулирования - 2-е изд.-М.: Машиностроение, 1965.-929 с.

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

3 Бридли К.Н. Измерительные преобразователи - 4-е изд. -М.: Энергоатомиздат, 1991.- 327 с.

4 Баранов В. Я., Безновская Т.Х.., Бек В.А. и др.Промышленные приборы и средства автоматизации. Л.: Машиностроение, 1987. - 847 с.

5 Зацыгин Н.Р. Современные линейные интегральные микросхемы и их применение - 2-е изд.-М.: Энергия, 1980.-272 с.

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

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

8 Обновленский П.А., Коротков П.А. Основы автоматики и автоматических производств - 2е. изд.-М.: Химия, 1968.-608с.

9 Профос П.П. Измерения в промышленности - 1-е изд.-М.: Металлургия, 1980.-650 с.

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

11 Хвощ С. Т., Варлинский Н. Н., Попов Е. А. Микропроцесоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1987

12 Щедровицкий С.С. Измерительные приборы и их электрические элементы /том 2.М.: Машиностроение - 1964 г.

13 Черенков В.В. Промышленные приборы и средства автоматизации - 2-е изд.-Л.: Машиностроение, 1987.-847 с.

14 Юревич Е. И. Теория автоматического управления. М.: Энергия, 1969.

15 Бекзменов В.С., Ефресова Т.К., Тагаевская А.А. Дозаторы серии «САД» для расфосовки жидких продуктов по уровню // Датчики и системы. - 2002. - №4.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Графическая часть

1 Структурная схема системы автоматического отбеливания в

стиральной машине40

2 Расчет фотоэлектрического датчика уровня41

3 Деление ЛСУ на изменяемую и неизменяемую части.

Проверка устойчивости САУ по критерию Шур - Кона42 4 Логарифмические характеристики САУ43

5 Выбор параллельного корректирующего устройства44

6 Алгоритм работы программы коррекции 45

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОТБЕЛИВАНИЯ В СТИРАЛЬНОЙ МАШИНЕ

МП - микропроцессор;

Д - дозатор;

ДУ₁ и ДУ₂ - датчики по первому и второму уровням;

Параметры регулируемой системы:

Емкость стирального бака до отметки уровня заполнения бельем - 34 литра;

Максимальное количество сухого белья, загруженный в стиральный бак - 2 кг;

Максимальный интервал обновления данных (период дискретности)

T₀ = 1,2 мин;

Требования к проектируемому регулятору:

Время регулирования t_p 2 c;

Колебательность М 1,3;

Перерегулирование 30 - 40%;

Максимально допустимое отклонение регулируемой величины в установившемся режиме 4%;

РАСЧЕТ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УРОВНЯ

Основная характеристика фотоэлемента - зависимость выходного тока I_ф от величины светового потока F при постоянной длине световой волны l = const и постоянном напряжении U = const:

Спектральная чувствительность фотоэлемента:



Размещено на http://www.allbest.ru/

Кривые спектральной чувствительности фотоэлементов: 1- селеновый; 2 - сернисто-висмутовый; 3 - сернисто-свинцовый; 4-селенисто-свинцовый; 5-термоэлемент.

Для селенового фотоэлемента при л=0,75 мкм - , тогда величина светового потока:

.

Интегральная чувствительность фотоэлемента:

,

Для селенного фотоэлемента S=400 мкА/лм, получим:

.

Удельная чувствительность фотоэлемента:

,

где - падающий световой поток;

U = 220 В - напряжение, приложенное к фотоэлементу.

ДЕЛЕНИЕ ЛСУ НА ИЗМЕНЯЕМУЮ И НЕИЗМЕНЯЕМУЮ ЧАСТИ. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ САУ ПО КРИТЕРИЮ ШУР-КОНА

Передаточная функция неизменяемой части: W_н(p) =

Передаточная функция всей системы:

Представление передаточной функции САУ в z-форме с помощью z - преобразования

:

>

Таким образом, получили характеристическое уравнение в z - форме вида: Определители Шур-Кона:



ЛОГАРИФМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САУ

Передаточная функция разомкнутой системы:

Передаточная функция полученной желаемой ЛАЧХ:

Передаточную функцию параллельного корректирующего звена:

ВЫБОР ПАРАЛЛЕЛЬНОГО КОРРЕКТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Реализация параллельного корректирующего устройства по полученному виду ЛАЧХ КУ:

Передаточная функция первого дифференцирующего четырехполюсника:

,

где T₁=R₁•C₁= 14,956;

K_K1=R₂/(R₁+R₂)=0,074;T₂=K_K1•T₁=1,1.

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

Передаточная функция второго дифференцирующего четырехполюсника:

,

где T₃=R₃•C₂= 6,3

K_K2=R₄/(R₃+R₄)=0,00567;T₄=K_K2•T₃= 0,0356.С₂=10 мкФ > R₃=6,3МОм, а R₄=0,36МОм.

Коэффициент усиления усилителя:

АЛГОРИТМ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ КОРРЕКЦИИ

Разностное уравнение:

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

Размещено на Allbest.ru