Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКАИНЫ

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕННИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ

Кафедра Компьютерных наук

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине Основы САПР

Тема работы: Сервопривод систем автоматического управления

Входные данные для работы:

1. Принципиальная схема сервопривода систем автоматического управления.

2. Требования к форме корпуса.

Содержание пояснительной записки: 1.Обзор разновидностей сервоприводов 2.Проектирование печатной платы устройства средствами P-CAD 3. Проектирование корпуса сервопривода систем автоматического управления

Содержание графической части: 1. Электрическая принципиальная схема устройства (Формат А2). 2.Чертеж корпуса (Формат А4). 3.Расположение элементов на печатной плате(Формат А4). 4. 3-D модель корпуса(Формат А2). 5. Сборка корпуса (Формат А3)

Реферат

сервопривод драйвер печатная плата

Курсовая работа посвящена автоматизированного проектирования сервопривода систем автоматического управления. Созданы необходимые компоненты для САПР P-CAD, построена принципиальная схема в схемном редакторе P-CAD Schematic, размещены компоненты на печатной плате, выполнена автоматическая трассировка проводников. В САПР КОМПАС 3D построены чертежи корпуса сервопривода, а также выполнена трехмерная модель корпуса.

Сервопривод, система автоматического управления, печатная плата, трассировка, электронные компоненты.

Содержание

Введение

1. Обзор разновидностей сервоприводов

2. Проектирование печатной платы устройства средствами P-CAD

2.1 Анализ электронных компонентов сервопривода

2.2 Описание схемы драйвера серводвигателя постоянного тока

2.3 Построение принципиальной электрической схемы в P-CAD

2.4 Трассировка печатной платы сервопривода

3. Проектирование корпуса сервопривода

3.1 Анализ составных частей сервопривода

3.2 Разработка чертежей составных частей корпуса и сборочного чертежа

3.3 Разработка 3-D модели корпуса

Заключение

Литература

Введение

Сервопривод - устройство, предназначенное для перемещения регулирующего органа в системах автоматического регулирования или дистанционного управления, а также в качестве вспомогательного привода элементов следящих систем, рулевых устройств транспортных машин и т. п.

В данной работе был проведен анализ схемотехнических решений сервопривода систем автоматического регулирования, разработана печатная плата для заданной принципиальной схемы сервопривода. После чего выполнено трехмерное моделирование корпуса сервопривода систем автоматического регулирования.

1. Обзор разновидностей сервоприводов

Сервопривод работает от импульсов переменной длительности, которые посылаются и проходят через сигнальный провод. Когда импульс длится в интервале около 1, 5 миллисекунды, то сервопривод находится в нейтральном положении ( то есть обладает одинаковым потенциалом вращения в оба направления). Угол поворота сервопривода зависит от длительности импульса. Чем сильнее импульс, тем быстрее работает двигатель. Когда сервоприводу дается команда перемещаться, он выполняет ее. Если при этом его попытается сдвинуть с этого положения какая-либо внешняя сила, то он будет всячески этому упираться.

Крутящий момент - это и есть та максимальная сила, которую будет выдерживать сервопривод. Однако сервопривод не постоянно поддерживает указанное положение - для этого ему необходимы импульсы, которых он ожидает в течение 20 мс.

По способу управления сервоприводы бывают аналоговые и цифровые. Аналоговые управляются аналоговым сигналом, буквально частотой, параметры которой задаются с помощью широтно-импульсной модуляции или ШИМ. Цифровые управляются цифровым сигналом, представляющим собой кодовые команды, передаваемые по последовательному интерфейсу. Аналоговые сервоприводы намного дешевле цифровых.

Управляющий сигнал - это импульсный сигнал с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией), представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой 3-5 В и длительностью от 0.9 до 2.1 мс.

Номинальная периодичность следования импульсов обычно 50 Гц (интервал - 20 мс), но сервоприводы сохраняют работоспособность и при достаточно сильном отклонении этого параметра (15-20%). Таким образом скважность управляющего сигнала очень маленькая - от 5% до 10%.

Собственно длительность импульса и определяет положение исполнительного механизма. Минимальное значение (1 мс) - означает разворот в крайнее левое (или против часовой стрелки -400...-800 в зависимости от модели) положение, среднее значение (1.5 мс) - центральное положение штока, а максимальное значение (2 мс) - крайнее правое (по часовой стрелке +40o...+80o в зависимости от модели) положение (см. рис 1).

Рис. 1

Главные части сервопривода - это его двигатель, элементы управления и передача. Кроме того, в нем есть также более мелкие и периферийные устройства - блокировка, сигнализация, система включения/выключения, элементы обратной связи. Как правило, сервоприводы могут работать только от внешних посторонних источников энергии, так как мощности почти всех внутренних источников энергии недостаточно для эффективного функционирования сервопривода (слишком уж энергоемкую работу ему зачастую приходится выполнять).

Сервоприводы вращательного движения делятся на синхронные и асинхронные.

Синхронный сервопривод -- позволяет точно задавать угол поворота (с точностью до угловых минут), скорость вращения, ускорение. Разгоняется быстрее асинхронного, но в разы дороже.

Асинхронный сервопривод -- позволяет точно задавать скорость, даже на низких оборотах.

По принципу действия сервоприводы бывают:

· Электромеханический;

· Электрогидромеханический.

У электромеханического сервопривода движение формируется электродвигателем и редуктором.

У электрогидромеханического сервопривода движение формируется системой поршень-цилиндр. У данных сервоприводов быстродействие на порядок выше в сравнении с электромеханическими.

Сервоприводы различаются габаритами.

Существуюттак называемые "стандартные" сервоприводы. Это сервы, габариты и вес которых в общем модельном ряду имеют некотрые средние значения. Они самые дешевые, в пределах 10...20 долларов. При уменьшении или увеличении размеров сервопривода в сторону от "стандартного" цена сервопривода возрастает пропорционально отклонению размеров. Как и самые маленькие (микросервы), так и самые большие (супермощные)сервоприводы - это самые дорогие устройства, цена которых может доходить до сотен долларов.

Сервоприводы различаются материалом шестеренок.

Самые дешевые сервоприводы - с шестернями из пластмассы. Более дорогие - с одной выходной шестерней из металла. Самые дорогие - с металлическими шестернями. Соответственно виду материала изменяется нагрузочная способность сервопривода. Самый слабый сервопривод - с пластиковыми шестернями, самый мощный - с металлическими. Сервоприводы различаются типом подшипников.

Самые дешевые не имеют подшипников вообще. Пластмассовые шестерни на пластмассовых валах крутятся в отверстиях пластмассовых пластин, соединяющих шестерни в единый редуктор. Это самые недолговечные сервоприводы. Более дорогие сервоприводы имеют металлическую, обычно латунную, втулку на выходном валу. Эти вервы более долговечны. Еще боле дорогие сервы имеют настоящий подшипник на выходном валу, на который приходится самая большая нагрузка. Подшипник может быть шариковым или роликовым. Шариковый дешевле, роликовый компактнее и легче. В самых дорогих сервоприводах на всех (металлических!) шестернях стоят подшипники. Это - самые долговечные и надежные устройства.

Сервоприводы различаются по толщине.

Она может сильно варьироваться при одинаковых размерах по высоте и длине. Чем меньше толщина, тем выше цена, поскольку в узком корпусе труднее разместить шестерёнки.

Сервоприводы вращательного движения используются в:

· промышленных роботах,

· приводах станков ЧПУ,

· полиграфических станках,

· упаковочных станках,

· приборах,

· авиамоделировании,

· робототехнике.



Рис. 2

Разновидность сервоприводов систем автоматического управления

2. Проектирование печатной платы устройства средствами P-CAD

Системы автоматического проектирования широко используются во всех инженерных и технических отраслях производства. С их помощью очень удобно и легко спроектировать различного рода схемы и печатные платы, а потом запустить это все в массовое производство.

P-CAD -- система автоматизированного проектирования электроники производства компании Altium. Предназначена для проектирования многослойных печатных плат вычислительных и радиоэлектронных устройств.

В состав P-CAD входят два основных модуля -- P-CAD Schematic, P-CAD PCB, и ряд других вспомогательных программ. P-CAD Schematic и P-CAD PCB -- соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и ПП.

2.1 Анализ электронных компонентов сервопривода

Принципиальная электрическая схема содержит

R1…R5 -- 470 кОм 0,25 Вт, резисторы;

R6…R9 -- 470 Ом 0,25 Вт, резисторы;

С4 -- 0,1 мкФ, конденсатор;

С1, С2 -- 15 пФ, керамический конденсатор;

С3 -- 2200 мкФ 16 В, электролитический конденсатор;

XTAL -- кварцевый генератор 3,579 МГц;

IC1 -- запрограммированный микроконтроллер;

гнездо микросхемы, 14 выводов;

двухконтактная клеммная плата;

печатная плата;

четыре серводвигателя;

четыре потенциометра.

Проанализировав принципиальную схему, я пришел к выводу, что некоторых элементов нету в стандартных библиотеках P-CAD. Эти элементы успешно были найдены на сайтах радиоэлектронной тематикиво всемирной сети Интернет.

2.2 Описание схемы драйвера серводвигателя постоянного тока

Напряжение входных сигналов лежит в диапазоне 0-5 В и обеспечивается посредством включённых в схему потенциометров 10 кОм в качестве делителей напряжения. Встроенный АЦП микросхемы Microchip PIC 16C71 преобразует напряжение в систему сигналов импульсно-кодовой модуляции, используемых серводвигателями. Сигнал представляет собой импульс 5 В длительностью от 1 до 2 мс, и частотой 50 герц. Продолжительность импульса определяет положение вала серводвигателя. Для большинства серводвигателей принята система, при которой они останавливаются на отметке 90 градусов, если получают сигнал длительностью 1,5 мс. Одна крайняя точка углового положения обычно соответствует импульсу длительностью 1,0 мс; другая крайняя точка углового положения соответствует импульсу длительностью 2,0 мс, с небольшими вариациями по диапазону, и нейтральной точкой при 1,5 мс.

2.3 Построение принципиальной электрической схемы в P-CAD

После того, как были собранны все элементы устройства, загружаем редактор Shematic и в нем с точностью воспроизводим принципиальную схему устройства. После загрузки необходимых нам библиотек, мы выполняем такие команды как: Place Part, Place Wire, Place Bus и Place Port.



Рис.3

После того как наша принципиальная схема была успешно собрана(Рис. 3) проверим схему на ошибки (Units -> ERC), после чего сделаем правильную нумерацию элементов(Units -> Renumbers).

Теперь для передачи данной схемы из программы Shematic в программу РСВ необходимо создать netlist. Установим имя и формат (P-CAD ASCII) netlist`a.

2.4 Трассировка печатной платы сервопривода

Запустим РСВ. Здесь загрузим только что сохраненный Neilist (Utils -> Load Neilist). (Проследим чтобы тип файла был P-CAD ASCII). Посмотрим, что получилось. Получилось не очень-то хорошо: все элементы разбиты но группам и на будущей печатной плате размещены кучками (резисторы с резисторами, конденсаторы сами с собой). Нужно это незамедлительно исправить.

Нужно разместить все элементы таким образом, чтобы длина используемых проводников была минимальной. Чтобы сама печатная плата ни коим образом не была большего размера чем это требует спецификация.

После этих манипуляций сохраним проект и попробуем выполнить разводку печатной платы. Выполним Route -> AutoRouters. Здесь выберем Р-CAD Shape Route. Нажмем на кнопку Start.

В свойствах авторутера поменяем толщину линий с 10 на 30 mil, и попросим P-CAD 2002 разводить одностороннюю печатную плату (Options -> AutoRouter, слой Тор установим в Disabled). В окне авторутера нажмем кнопку Start Autorouter. Наблюдаем процесс разводки и выбора оптимального варианта печатной платы.

Рис.4

Выполним команду Save and return. Выведем на печать, как принципиальную схему, так и печатную плату. Печать внешнею вида печатной платы производилась три раза:

- вид снизу (bottom)

- вид сверху (хорошо видны просверливаемые в плате отверстия)

- расположение элементов на плате - краска, наносящаяся на печатную плату (top silk).

3. Проектирование корпуса сервопривода

3.1 Анализ составных частей сервопривода

Корпус сервопривода состоит из непосредственно самого корпуса со специальными пазами для крепления, а также серводвигателя с выходным валом, угловое положение которого может быть задано посредством подачи на серводвигатель сигналов импульсно-кодовой модуляции и редуктора.

3.2 Разработка чертежей составных частей корпуса и сборочного чертежа

Чертежи корпуса, крышки и редуктора сервопривода выполнялись после создания соответствующих 3D моделей. В общем виде создание таких чертежей производится выполнением таких действий:

1. Создаются трехмерные модели всех составных частей сервопривода средствами САПР КОМPAS 3-D.

2. Создается новый чертеж в САПР КОМPAS 3-D, а затем с помощью команды Вставка - Вид с модели - Стандартные, создаются виды всех деталей. После этого заполняется основная надпись.

3. В соответствии с ГОСТами производится расстановка размеров командами Линейный размер или Линейный размер от отрезка до точки.

3.3 Разработка 3-D модели корпуса

Разработка трехмерной модели корпуса проводилась поэтапно.

Сначала была создана деталь Основание. Для этого выполнили Файл - Создать - Деталь. Затем создали новый эскиз, с прямоугольником (21.8х13.9) на нем. После этого выдавили прямоугольник на 1 мм - толщина пластмассы(металла), из которой изготовлен корпус .

Затем при помощи вспомогательных плоскостей, прямоугольников и операций Выдавливания и Скругления создали боковые грани Основания. Далее при помощи параллельных прямых, окружностей и операций Выдавливания создали ножки на которых будет размещаться печатная плата управления сервоприводом. После всех этих операций, с помощью операций Выдавливания и Скругления был создан штуцер, через который будут проходить провода соединяющие непосредственно печатную плату с системой автоматического регулирования. Готовое Основание представлено на рис.5

Рис.5

Создание Крышки повторяет практически те же операции, что и при создании Основания. Верхняя часть Крышки должна быть длиннее на 1 мм с каждой стороны для удобства крепления. Также на Крышке имеются специальные зазоры для крепления всего корпуса, которые были созданы с помощью операции Вырезать элемент выдавливания. С помощью операций Выдавливания и Скругления создается верхушка редуктора, а также так называемый «оборотный механизм». В результате всех этих операций была создана Крышка, которая показана на рис.6

Рис.6

Далее создаем трехмерную модель печатной платы. Для этого файл печатной платы экспортируется из P-CAD командой File->Export->DFX. Выбираем необходимые нам слои. После чего созданный тип файла DFX открываем в КОМПАС 3D.После чего создаем новый эскиз и с помощью Выдавливания создаем печатную плату. Далее переносим необходимые эскизы для каждого компонента. Готовая модель печатной платы представлена на рис.7.



Рис. 7

После того как созданы все детали необходимо сделать сборку. Сборка начинается с создания файла сборки, с последующим помещением в сборку всех требуемых деталей командой Добавить из файла. Затем производилась

Взаимная ориентация деталей, для чего использовались такие сопряжения как : Совпадение объектов, Параллельность и на Расстоянии. На рис. 8 представлена готовая сборка корпуса сервопривода.

Рис. 8

Заключение

В данной курсовой работе по заданноц принципиальной схеме был спроектирован сервопривод систем автоматического управления, были разработаны печатне платы, корпус сервопривода. При выполнении курсовой работы использовались такие САПР как КОМПАС 3D и P-CAD.

Результатами курсовой работы являются:

· Выполнена и проверена на ошибки электрическая принципиальная схема сервопривода систем автоматическогоуправления;

· Выполнена трассировка печатной платы сервопривода систем автоматического управления;

· Выполнены чертежи составных частей корпуса, а также сборочный чертеж сервопривода систем автоматического управления в САПР КРМПАС 3D;

· Получена трехмерная модель корпуса сервопривода систем автоматического управления.

Литература

1. www.microchip.ru

2. www. wikipedia.org

3. www.privod.ru

4. forum.rcdesign.ru

5. forum.cxem.net

6. «Создание трехмерных моделей и конструкторской документации в системе КОМПАС-3D» Большаков В. П., БХВ-Петербург, 2010.

7. «КОМПАС-3D V11. Полное руководство», Н. В. Жарков, М. А. Минеев, Р. Г. Прокди, Издательство:Наука и техника , 2010.

8. «P-CAD 2004», Лопаткин А. Н., 2005.

Размещено на Allbest.ru