Разработка и исследование аналого-цифровой управляемой системы

Теперь построим график переходного процесса полученной замкнутой САУ (рисунок 40).

Рисунок 40 - График переходного процесса САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=0.1с величиной такта Т0=0.04с с передаточной функцией регулятора в стандартной форме

Как видно на графике, система неустойчива. Попробуем уменьшить ошибку округления, взяв передаточную функцию дискретного регулятора в не стандартной форме, то есть

,

тогда график переходного процесса системы примет вид (рисунок 41)

Рисунок 41 - График переходного процесса САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=0.1с величиной такта Т0=0.04с с передаточной функцией регулятора в не стандартной форме

Как видно на графике, сокращением и округлением коэффициентов в передаточной функции регулятора мы сознательно добавляли ошибку. Однако данная САУ всё равно неустойчива, и её можно использовать только ограниченный промежуток времени порядка нескольких секунд.

Теперь исследуем динамику этой САУ но с величиной такта времени Т0=0.3с, для этого подставим данное значение в выражение (5.2) и проделаем те же действия.

Подставим величину выбранного T0 в разностное выражение и раскроем скобки

приведём подобные слагаемые

подвергнем z-преобразованию

вынесем y(z) и u(z) за скобки, чтобы можно было выделить выражение для дискретной передаточной функции объекта управления

отсюда

,

следовательно

,

Приведём это выражение к стандартной форме, разделив его на 1.77

,

где - искомая дискретная передаточная функция не минимально-фазового объекта с постоянной времени Т=0.1с при величине такта Т0=0.3с.

Вычислим коэффициент в статике, для этого в выражение дискретной передаточной функции объекта подставим z=1

Сравним график переходной функции данного объекта управления с заданным непрерывным объектом управления, проверив правильность рассчитанной дискретной модели объекта (рисунок 42)

Рисунок 42 - График переходного процесса дискретного не минимально-фазового объекта управления с постоянной времени Т=0.1с и величиной такта Т0=0.3с

Как видно на этом рисунке, за счёт увеличения такта времени можно понизить величину перерегулирования.

Рассчитаем передаточную функцию регулятора данного дискретного объекта управления замкнутой САУ и представим её в стандартном виде

где - передаточная функция дискретного регулятора замкнутой САУ с не минимально-фазовым объектом с малой постоянной времени Т=0.1с и величиной такта Т0=0.3с.

Теперь построим график переходного процесса полученной замкнутой САУ (рисунок 43).

Рисунок 43 - График переходного процесса САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=0.1 с величиной такта Т0=0.3с с передаточной функцией регулятора в стандартной форме

Система снова стала неустойчивой. Поменяем передаточную функцию регулятора на не стандартную

и график переходного процесса примет вид (рисунок 44)

Рисунок 44 - График переходного процесса САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=0.1с величиной такта Т0=0.3с с передаточной функцией регулятора в не стандартной форме

Система сохраняет устойчивое значение лишь некоторое время. В дальнейших случаях не будем приводить передаточную функцию регулятора к стандартному виду, так как в обоих случаях САУ неустойчивые, но в нестандартном виде не вносится дополнительная ошибка.

Теперь исследуем динамику этой САУ но с величиной такта времени Т0=2с, для этого подставим данное значение в выражение (5.2) и проделаем те же действия.

(5.2)

Подставим величину выбранного T0 в разностное выражение и раскроем скобки

приведём подобные слагаемые

подвергнем z-преобразованию

вынесем y(z) и u(z) за скобки, чтобы можно было выделить выражение для дискретной передаточной функции объекта управления

отсюда

,

следовательно

,

Приведём это выражение к стандартной форме, разделив его на 1.102

,

где - искомая дискретная передаточная функция не минимально-фазового объекта с постоянной времени Т=0.1с при величине такта Т0=2с.

Вычислим коэффициент в статике, для этого в выражение дискретной передаточной функции объекта подставим z=1

.

Сравним график переходной функции данного объекта управления с заданным непрерывным объектом управления, проверив правильность рассчитанной дискретной модели объекта (рисунок 45)

Рисунок 45 - График переходного процесса дискретного не минимально-фазового объекта управления с постоянной времени Т=0.1с и величиной такта Т0=2с

Как видно на графике, переходный процесс объекта управления устанавливается позже, чем в предыдущем случае. Но зато кривая разгона полностью находится в отрицательной области координат.

Рассчитаем передаточную функцию регулятора данного дискретного объекта управления замкнутой САУ и представим её в стандартном виде

где - передаточная функция дискретного регулятора замкнутой САУ с не минимально-фазовым объектом с малой постоянной времени Т=0.1с и величиной такта Т0=2с.

Теперь построим график переходного процесса полученной замкнутой САУ (рисунок 46).

Рисунок 46 - График переходной функции САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=0.1с и величиной такта Т0=2с

Как видно на графике САУ с большой величиной такта стала устойчивой.

Теперь исследуем влияние величины такта времени на управление замкнутой САУ с не минимально-фазовым объектом управления с большой постоянной времени.

Величину постоянной времени возьмём равную T=2с, тогда передаточная функция объекта управления

,

где - передаточная функция не минимально-фазового объекта управления с постоянной времени Т=2с.

Покажем график переходного процесса этого объекта управления, чтобы в дальнейшем иметь представления о его динамике (рисунок 47).

Рисунок 47 - График переходного процесса непрерывного не минимально-фазового объекта управления с большой постоянной времени

Величину такта возьмём Т0=0.04с. Подсчитаем дискретную передаточную функцию данного объекта.

Дифференциальное уравнение, описывающее передаточную функцию данного объекта управления равно

,

где - выходной сигнал объекта управления, - сигнал управления, вырабатываемый регулятором и подающийся на вход объекта управления.

Запишем для него разностное уравнение, заменив производные эквивалентными выражениями разностей

где Т0 - величина такта квантования по времени.

Подставим это значение в разностное выражение и раскроем скобки

приведём подобные слагаемые

подвергнем z-преобразованию

вынесем y(z) и u(z) за скобки, чтобы можно было выделить выражение для дискретной передаточной функции объекта управления

отсюда

,

следовательно

,

Приведём это выражение к стандартной форме, разделив его на 2601

,

где - искомая дискретная передаточная функция не минимально-фазового объекта с постоянной времени Т=2с при величине такта Т0=0.04с.

Вычислим коэффициент в статике, для этого в выражение дискретной передаточной функции объекта подставим z=1

.

Сравним график переходной функции данного объекта управления с заданным непрерывным (рисунок 48).

Рисунок 48 - График переходного процесса дискретного не минимально-фазового объекта управления с постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=0.04с

Графики совпадают.

Рассчитаем передаточную функцию регулятора данного дискретного объекта управления замкнутой САУ

где - передаточная функция дискретного регулятора замкнутой САУ с не минимально-фазовым объектом с постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=0.04с.

Теперь построим график переходного процесса полученной замкнутой САУ (рисунок 49).

Рисунок 49 - График переходной функции САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=0.04с

Динамика не удовлетворительна. Система не устойчива. В начале процесса кривая так же достигает требуемого значения за 1 такт времени, но после 12.6с значение процесса начинает колебаться с постоянно растущей амплитудой. Это значит, что подобной САУ можно пользоваться, но не больше 12с.

Теперь исследуем динамику этой САУ но с величиной такта времени Т0=0.3с, для этого подставим данное значение в выражение (5.4) и проделаем те же действия.

(5.4)

Подставим величину выбранного T0 в разностное выражение и раскроем скобки

приведём подобные слагаемые

подвергнем z-преобразованию

вынесем y(z) и u(z) за скобки, чтобы можно было выделить выражение для дискретной передаточной функции объекта управления

отсюда

,

следовательно

,

Приведём это выражение к стандартной форме, разделив его на 58.777

,

где - искомая дискретная передаточная функция не минимально-фазового объекта с постоянной времени Т=2с при величине такта Т0=0.3с.

Вычислим коэффициент в статике, для этого в выражение дискретной передаточной функции объекта подставим z=1

.

Сравним график переходной функции данного объекта управления с заданным непрерывным объектом управления, проверив правильность рассчитанной дискретной модели объекта (рисунок 50)



Рисунок 50 - График переходного процесса дискретного не минимально-фазового объекта управления с постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=0.3с

Как видно, график переходного процесса соответствует графику переходного процесса непрерывного объекта управления.

Рассчитаем передаточную функцию регулятора данного дискретного объекта управления замкнутой САУ

где - передаточная функция дискретного регулятора замкнутой САУ с не минимально-фазовым объектом с большой постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=0.3с.

Теперь построим график переходного процесса полученной замкнутой САУ (рисунок 51).

Рисунок 51 - График переходной функции САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=0.3с

С увеличением такта времени САУ стала ещё более неустойчивой.

В заключение исследуем динамику этой САУ но с величиной такта времени Т0=2с, чтобы сделать вывод об управлении. Для этого подставим данное значение в выражение (5.4) и проделаем те же действия.

(5.4)

Подставим величину выбранного T0 в разностное выражение и раскроем скобки

приведём подобные слагаемые

подвергнем z-преобразованию

вынесем y(z) и u(z) за скобки, чтобы можно было выделить выражение для дискретной передаточной функции объекта управления

отсюда

,

следовательно

,

Приведём это выражение к стандартной форме, разделив его на 4

,

где - искомая дискретная передаточная функция не минимально-фазового объекта с постоянной времени Т=2с при величине такта Т0=2с.

Вычислим коэффициент в статике, для этого в выражение дискретной передаточной функции объекта подставим z=1

,

Сравним график переходной функции данного объекта управления с заданным непрерывным объектом управления, проверив правильность рассчитанной дискретной модели объекта (рисунок 52)

Рисунок 52 - График переходного процесса дискретного не минимально-фазового объекта управления с постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=2с

Как видно, данному дискретному объекту нужно значительно больше времени, чтобы установиться.

Рассчитаем передаточную функцию регулятора данного дискретного объекта управления замкнутой САУ

где - передаточная функция дискретного регулятора замкнутой САУ с не минимально-фазовым объектом с большой постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=2с.

Теперь построим график переходного процесса полученной замкнутой САУ (рисунок 53)

Рисунок 53 - График переходной функции САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления с постоянной времени Т=2с и величиной такта Т0=2с

На данном рисунке видно, что система приобрела устойчивость.

Вывод: замкнутые САУ с минимально-фазовым объектом управления слабо чувствительны к округлению коэффициентов дискретной передаточной функции регулятора. Вследствие этого появляются лишь временные отклонения от необходимого значения САУ на тысячные доли единицы.

Замкнутые САУ с не минимально-фазовым дискретным объектом управления значительно более чувствительны к дополнительной ошибке, вносимой округлением коэффициентов передаточной функции дискретного регулятора. И это вполне способно привести к неустойчивости системы. Из-за этого необходимо отказаться от представления дискретной передаточной функции регулятора в стандартной форме.

Устойчивыми являются лишь замкнутые САУ с дискретным не минимально-фазовым объектом управления в нестандартной форме представления передаточной функции и большой постоянной времени.

6. Моделирование непрерывных объектов управления

6.1 Постановка задачи

При исследованиях и анализе какой-либо системы часто возникает вопрос о её практическом применении и что она может собой представлять в физическом плане. В этих случаях необходимо оценить, возможны ли в природе подобные системы, и, если возможны, то в каких областях и сферах их можно встретить, или они носят чисто теоретический характер. Для решения этого вопроса и необходимо привести хотя бы один из возможных способов реализации данной системы или объекта.

В данной главе рассмотрен один из методов синтеза заданных передаточных функций - с помощью операционных усилителей. Выбран этот метод по причине его наглядности и простоты исполнения.

6.2 Синтез электронной цепи по заданной передаточной функции

Синтез электронной цепи будем проводить, предварительно разбив заданную передаточную функцию на типовые динамические звенья.

Синтез будем проводить на основе операционных усилителей (рисунок 54).

Рисунок 54 - Общий вид электронной цепи, построенной на операционном усилителе

Частотные свойства операционного усилителя описываются с помощью следующей спектральной частотной характеристики:

где:

- комплексное сопротивление в цепи прямой обратной связи усилителя;

- комплексное сопротивление в цепи обратной связи усилителя.

Синтез минимально-фазового звена

Необходимо реализовать следующую передаточную функцию

.

Приведём выражение передаточной функции к стандартному виду.

Значит, объект с данной передаточной функцией можно представить в виде последовательно соединённых безинерционного звена с передаточной функцией , форсирующего звена с передаточной функцией , и двух апериодических звеньев с передаточными функциями .

Так как звена в цепи будет 4, то знак окончательного выражения будет положительным, поэтому для синтеза данного звена можно использовать простейший случай, то есть с минусами в выражениях каждого отдельно взятого синтезируемого звена.

Синтез безинерционного звена и расчёт входного тока

Передаточная функция данного звена.

Для синтеза используем схему (рисунок 55)

Рисунок 55 - Электронная цепь, реализующая безынерционное звено, построенная на операционном усилителе

Здесь и в дальнейшем DA - операционный усилитель; R - резистор; C - конденсатор.

Зададимся R1. Пусть в качестве R1 будет взят стандартный резистор с сопротивлением 100 Ом.

Тогда

Расчёт мощности резисторов. В паспортных данных операционного усилителя максимальный допустимый ток , и максимальное напряжение . Для простоты расчёта возьмём силу тока равную , которой соответствует напряжение

Синтез апериодического звена

Передаточная функция данного звена.

Для синтеза используем схему (рисунок 56)

Рисунок 56 - Электронная цепь, реализующая апериодическое звено, построенная на операционном усилителе

Пусть

.

Тогда



или заменив j на p

.

Отсюда следует

с.

Зададимся величиной . Пусть мкФ.

Тогда

;

Расчёт мощностей резисторов

Синтез форсирующего звена

Передаточная функция данного звена.

Для синтеза используем схему (рисунок 57)

Рисунок 57 - Электронная цепь, реализующая форсирующее звено, построенная на операционном усилителе

Пусть

.

Тогда

Или заменив j на p

.

Отсюда следует

с

Зададимся величиной С2. Пусть С2 = 1 мкФ.

Тогда

.

Значит

Расчёт мощностей резисторов

Соединив последовательно эти схемы (рисунок 58), получим электронную цепь на базе ОУ с передаточной функцией



Рисунок 58 - Электронная цепь, реализующая минимально-фазовое звено, построенная на операционном усилителе

На схеме

,

Синтез не минимально-фазового объекта управления

Теперь рассчитаем величины сопротивлений и ёмкостей элементов для схемы не минимально-фазового объекта управления

Таким образом, можно выделить 4 звена: безинерционное ; два апериодических и одно не минимально-фазовое звено .

Синтез не минимально-фазового звена

Передаточная функция данного звена

Для синтеза используем схему (рисунок 59), напоминающую схему форсирующего звена, но сигнал будет идти не на отрицательный канал операционного усилителя, а на положительный, а отрицательный будет заземлён.

Рисунок 59 - Электронная цепь, реализующая не минимально-фазовое звено первого порядка, построенная на операционном усилителе

Пусть

.

Тогда

или заменив j на p

.

Отсюда следует

с

Зададимся величиной С4. Пусть С4 = 1 мкФ.

Тогда

.

Значит

Расчёт мощностей резисторов

Синтез безинерционного звена и расчёт входного тока

Передаточная функция данного звена

Для синтеза используем схему (рисунок 60)

Рисунок 60 - Электронная цепь, реализующая безынерционное звено, построенная на операционном усилителе



Зададимся R11. Пусть в качестве R11 будет взят стандартный резистор с сопротивлением 100 Ом.

Тогда

Расчёт мощности резисторов. В паспортных данных операционного усилителя максимальный допустимый ток , и максимальное напряжение . Для простоты расчёта возьмём силу тока равную , которой соответствует напряжение

Синтез апериодического звена

Передаточная функция данного звена

Для синтеза используем схему (рисунок 61)

Рисунок 61 - Электронная цепь, реализующая апериодическое звено, построенная на операционном усилителе

Пусть

Или заменив j на p

.

Отсюда следует

с

Зададимся величиной . Пусть мкФ. Тогда

;

Расчёт мощностей резисторов



Теперь представим полученную цепь электронной схемы звена, соединив рассчитанные звенья последовательно (рисунок 62)

,

Рисунок 62 - Электронная цепь, построенная на операционном усилителе и реализующая не минимально-фазовое звено

На схеме

;

6.3 Выбор стандартных элементов

Выберем необходимые электронные элементы, для реализации рассматриваемых объектов исследования на основе операционных усилителей.

Выбор резисторов

Резисторы типа С1-4 (рисунок 63) предназначены для работы в цепях постоянного и переменного токов, в непрерывных и импульсных режимах. Резисторы изготавливаются в соответствии с техническими условиями АПШК.434110.001 ТУ, удовлетворяют требованиям ГОСТ 24238. Вид климатического исполнения В 2.1 по ГОСТ 15150. Резисторы Cl-4-0,25 выпускаются неизолированного и изолированного варианта. Сопротивление изоляции изолированных резисторов не менее 1х104 МОм.

Рисунок 63 - Общий вид резистора

Условия эксплуатации (таблица 3)

Таблица 3

Вибрация в диапазоне частот, Гц С1-4-0,125а; 0,125; 0,25; С1-4-0,5	1-2000 с ускорением до 10 g 1-600 с ускорением до 10 g
гарантийная наработка, ч	20000
гарантийный срок хранения, лет	15

Технические данные (таблица4) [8]

Таблица 4

Тип резистора	Номинальная мощность рассеяния, Вт	Обозначение комплекта КД	Размеры, L*D, мм	Предельное рабочее напряжение, В	Диапазон сопротивлений Ом Допускаемое отклонение от номинального сопротивления %
			L	D	раб.	имп.	±1;	±2	±5; ±10
С1-4-0Д25а	ОД 25	UKA6.434113.016	3,2	1,8	200	400	-	1 Ом -1 МОм	1 Ом - 2,2 МОм
						600

Выбор конденсатора

Конденсаторы монолитные керамические постоянной емкости (рисунок 64)

Рисунок 64 - общий вид конденсатора

Технические параметры (таблица 5) [9]

Таблица 5

Вид конденсатора	Номинальная емкость для конденсаторов группы по температурной стабильности. пФ	Размеры, мм
	Ml 10	М47	MI500	ИЗО	Н50	Н90	L mах	В max	II max
К10-73-16		6800-20000 пФ	0.011-,033 мкФ		0,15- 0.47 мкФ	0,68-2.2 мкФ	9,0	7,1	5,0

Выбор операционного усилителя

Выберем операционный усилитель типа К140УД2. Микросхемы представляют собой операционный усилитель средней точности с составными транзисторами на входе, без частотной коррекции. Содержат 47 интегральных элементов. Корпус типа 301.12-1, масса не более 1.5 г. (рисунок 65) [10]



Рисунок 65 - условное графическое обозначение К140УД2 (А,Б)

Назначение выводов: 1 - напряжение питания (-UП); 2 - коррекция 1; 5 - выход; 7 - напряжение питания (+UП); 8 - коррекция 2; 9 - вход инвертирующей; 10 - вход неинвертирующий; 11 - коррекция 3; 12 - коррекция 4.

Общие рекомендации по применению.

Не рекомендуется подводить какие-либо электрические сигналы к выводам ИС, не используемым согласно электрической схеме. Замену ИС в аппаратуре рекомендуется проводить только при отключенных источниках питания. Для обеспечения устойчивости работы ИС необходимо включать корректирующие цепи.

Длина проводника от корпуса ИС до конденсаторов или резисторов, не используемых для частотной коррекции и шунтирующих источников питания, не должна превышать 50мм.

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания:

К140УД2А ±12,6 В ±5%

Выходное напряжение:

при UП = ± 12,6 В >±10В

Напряжение смещения нуля:

при UП= 12,6 В для К140УД2А< 5 мВ

Входной ток при UП * ± 12,6 В < ± 0,7 мкА

Разность входных токов при UП = ± 12,6 В <±0,2мкА

Ток потребления:

К140УД2А при UП = ± 12.6 В < 8 мА

Коэффициент усиления:

К140УД2А при UП = ± 12,6 В.30 103…240 103

Предельно допустимые режимы

Напряжение питания

К140УД2А± 13.3 В

в предельном режиме с учетом пульсаций* 15 В

Напряжение между входами при Rr> 1 кОм

К140УД2А±4 В

в предельном режиме± 5 В

в предельном режиме± 2,6 В

Напряжение каждого входа относительно общей точки

при Rr > 1 кОм.

К140УД2А±6 В

в предельном режиме± 7 В

при Rг > 10 кОм.

К140УД2А± 13,3 В

в предельном режиме± 15 В

Выходной ток (пиковый):

К140УД2А 13 мА

Сопротивление нагрузки> 1 кОм

Емкости нагрузки< 100 пФ

Температура окружающей среды- 450С…750С

Габаритные размеры операционного усилителя (рисунок 66) [10,11,12].



Рисунок 66 - Габаритные размеры операционного усилителя

Рассмотрение вопросов экономики

Рассчитаем себестоимость проекта, приблизительную стоимость сборки системы и затраченных при этом ресурсов. Под ресурсами в данном случае имеется в виду затраченная электроэнергия на производство данной системы, использование необходимого лицензионного программного обеспечения. В данном проекте не рассматривается основная часть расходов и доходов производства продукта, так как данная работа носит характер скорее исследовательский, и прогнозов на серийное производство не делается. Однако очевидные статьи расходов целесообразно рассмотреть, несмотря на то, что они имеют прогнозируемый характер.

Наибольшую точность при подсчёте себестоимости изделия имеет метод калькулирования. Он основан на поэлементном расчете и суммировании отдельных статей затрат на изготовление изделия.

Полную себестоимость можно определить по формуле [12]:

Спол=М0+Пки+Тр+Зосн+Здоп+Осс+Росв+Цнр+Знр+Рвн ,(7.1)

где

М0 - затраты на основные материалы за вычетом отходов;

Пки - затраты на покупные комплектующие изделия (ПКИ);

Тр - транспортно-заготовительные расходы;

Зосн - основная заработная плата основных производственных рабочих;

Здоп - дополнительная заработная плата основных производственных рабочих;

Осс - отчисления на социальное страхование основных производственных рабочих;

Росв - расходы на подготовку и освоение производства нового изделия;

Цнр - цеховые накладные расходы;

Знр - заводские накладные расходы;

Рвн - внепроизводственные расходы;

В нашем случае рассматриваются лишь составляющие затраты на покупные комплектующие изделия (ПКИ), транспортно-заготовительные расходы (Тр), основная заработная плата основных производственных рабочих за 1 рабочий день (Зосн) , расходы на подготовку и освоение производства нового изделия (Росв), в которые входит стоимость используемого программного обеспечения, а так же цеховые накладные расходы (Цнр), представляющие в нашем случае затраты на электроэнергию, потребляемые компьютером, на котором производится проектирование системы.

Представим смету для одной системы, нет разницы какой - элементы и в системе с минимально-фазовым и в системе с не минимально-фазовым объектом управления используются одинаковые (таблица 6).

Таблица 6

Элемент	Количество, шт.	Цена, р.	Стоимость, р.
Контроллер dsPIC30F5011	1	250	250
Резистор С1-4	8	1.70	13.60
Конденсатор К10-73-1Б	3	2	6
Операционный усилитель К140УД2А	4	35	140

фазовый дискретный резистор конденсатор

Цены указаны на 18 мая 2010 года.

То есть ПКИ равно 409р.60к. Транспортно-заготовительные расходы в нашем случае зависят от ПКИ и высчитываются по формуле

,

то есть для нашего случая

Основная заработная плата основных производственных рабочих за 1 рабочий день взята с округлением, так как не известен период времени изготовления данного изделия, которая зависит от квалификации рабочего-изготовителя, условий и графика труда. Поэтому целесообразно взять округлённый период времени производства в размере одного рабочего дня. Если принять стоимость часа работы инженера завода с 8-часовым рабочим днём равной 45р., то получится стоимость рабочего дня

Расходы на подготовку и освоение производства нового изделия зависят от вида производства. Цена лицензионного программного обеспечения Matlab 7, на котором происходит исследование динамических свойств объекта управления, равна 82880.00 руб. Эту сумму необходимо учесть при серийном производстве системы. Для единичного производства достаточно использовать ознакомительную версию. Если свойства объекта управления известны, то пользование данным пакетом не обязательно.

Предположим вариант единичного производства продукта, так что Росв=0.

Теперь подсчитаем приблизительные цеховые накладные расходы Цнр. Компьютер со средней производительностью потребляет 200-450Вт/ч электроэнергии в час. Тогда в среднем за 8 часов будет израсходовано

,

где E-потребляемая энергия за рабочий день.

На данный момент (май 2010) тариф электроэнергии составляет 2р.32к. за 1 кВТ, соответственно

Теперь подставим найденные значения в формулу (7.1) и найдём себестоимость данного изделия

Рассмотрение вопросов охраны труда

Перечень опасных и вредных факторов ПЭВМ

Зрительно-напряженные работы, которые определяются визуальными эргономическими параметрами дисплеев. К ним относятся: яркость изображения, внешняя освещенность экрана, угловой размер знака, угол наблюдения экрана.

Значения указанных параметров и их сочетания, установленные вне оптимальных и допустимых диапазонов, а также нарушения режима труда и отдыха могут вызывать болезненные ощущения глаз (резь), а неправильная посадка и высоко установленный дисплей - болезненные ощущения в области затылка.

Стереотипные рабочие движения при локальной нагрузке (с участием мышц кистей и пальцев) при работе на клавиатуре ПЭВМ могут привести к профессиональному заболеванию кисти, запястья и плеча. Среди причин заболеваний - слишком высоко расположенная клавиатура, неподходящее кресло (стул), продолжительное время работы на клавиатуре.

Неправильная посадка пользователя (студента), вызванная неправильным устройством рабочего места, может сопровождаться болями в животе и пояснице.

Уровни электромагнитных полей на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ, должны не превышать допустимые уровни, а именно в диапазоне частот 5 Гц-2кГц ВДУ. Плотность магнитного потока в диапазоне частот 5 ГЦ-2кГц не превышать 250 нТл, а в диапазоне 2 кГц - 400 кГц не превышать 25 нТл. Электростатический потенциал экрана видеомонитора не превышать 500 В.

Порядок уведомления администрации о случаях травмирования пользователя и неисправного оборудования, приспособлений и инструмента.

При получении травмы на производстве работник обязан лично или через очевидцев немедленно поставить в известность зав. кафедрой, сохранить обстановку, при которой произошел несчастный случай, и обратиться (по возможности) в ближайший здравпункт, лечебное учреждение за получением первой медицинской помощи.

В случаях несвоевременного (в течение суток) сообщения работником о происшедшем с ним несчастном случае и если нетрудоспособность наступила не сразу, работник обязан подать письменное заявление (в произвольной форме на имя зав. кафедрой о необходимости его расследования).

В личном заявлении пострадавший обязан указать точное место и время травмирования, обстоятельства, при которых произошла травма, перечислить фамилии очевидцев происшествия.

Заявление пишется в двух экземплярах: первый сдается зав. кафедрой или лицу, им уполномоченному, второй с подписью о приеме заявления и датой приема остается у заявителя.

Действия руководителя работ, выдавшего производственное задание.

При получении сообщения о травмировании работника руководитель, выдавший ему производственное задание и проведший инструктаж по безопасности его выполнения, обязан:

незамедлительно (по возможности) организовать оказание пострадавшему первой доврачебной помощи и доставку его в медицинское учреждение;

сообщить зав. кафедрой о случае травматизма;

принять неотложные меры по предотвращению развития аварийной ситуации и воздействия травмирующего фактора на других лиц;

организовать сохранность обстановки места травмирования такой, какой она была на момент происшествия (если это не угрожает жизни и здоровью работников и не приведет к аварии).

Действия зав. кафедрой до начала расследования несчастного случая.

Зав. кафедрой или лицо, им уполномоченное, получив сообщение от непосредственного руководителя работ о происшедшей в его подразделении производственной травме, обязан:

принять решение о допуске пострадавшего к работе, использовании его на легком труде или о подготовке проекта приказа по формированию комиссии по расследованию несчастного случая на производстве; в случае последнего:

сообщить о происшедшем в отдел ОТ, в профсоюзный комитет и декану факультета;

согласовать кандидатуру члена комиссии от профсоюзной организации.

подготовить проект приказа о формировании комиссии по расследованию несчастного случая;

подписать у ректора приказ о формировании комиссии (комиссия по расследованию несчастного случая формируется в составе не менее трех человек).

Правила личной гигиены, которые должен соблюдать работник при выполнении работ.

Хранить верхнюю одежду в гардеробе. Домашнюю одежду следует, как правило, хранить в запираемых шкафах.

Прием пищи и курение в дисплейном классе не разрешается.

В дисплейном классе должна находиться укомплектованная аптечка первой медицинской помощи.

Нахождение в дисплейном классе лиц в верхней одежде не разрешается.

Дисплейный класс должен содержаться постоянно в чистоте, полы должны протираться влажной тряпкой, а класс периодически, не реже 1 раза в 2 часа, проветриваться в течение 15 минут [13,14].

Требование охраны труда перед началом работ

Порядок подготовки рабочего места.

Отрегулируйте высоту рабочего стула (кресло) таким образом, чтобы нижний уровень кромки экрана дисплея находился на 200 мм ниже уровня глаз.

Установите кресло путем поворота так, чтобы положение тела соответствовало направлению взгляда.

Отрегулируйте спинку кресла путем поворота так, чтобы она поддерживала спину пользователя, а угол между бедрами и позвоночником составлял 90 град.

Клавиатуру установите на поверхности стола на расстоянии 100 - 300 мм от края, обращенного к пользователю или на специальной, регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

Кресло установите так, чтобы до клавиатуры не надо было далеко тянуться.

Экран дисплея должен располагаться под прямым углом по отношению к окнам, а не прямо перед ними или позади них, окна целесообразно занавесить или перекрыть жалюзи.

Высоту клавиатуры отрегулируйте так, чтобы кисть руки располагалась прямо.

Подставку для документов (пюпитр) установите на одной плоскости с экраном дисплея и на одной с ним высоте.

Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на расстоянии 600-700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.

Уровень верхней кромки экрана дисплея должен быть на высоте лба.

Для увеличения влажности в помещении рекомендуется разместить цветы, аквариум в радиусе 1,5 м (не ближе) от ПЭВМ.

Перед включением ПЭВМ проверьте визуально исправность шнура питания, штепсельной вилки, розетки, заземляющего проводника и надежность его соединения.

Не разрешается пользоваться (включать в электросеть) ПЭВМ при неисправных шнуре (повреждении изоляции), штепсельной вилки, розетки, заземления.

При включении ПЭВМ в электросеть штепсельную вилку следует держать за корпус, не касаясь рукой ее контактов.

Работу с использованием ПЭВМ осуществляйте в соответствии с техническим описанием (инструкцией по эксплуатации) на него.

Установите регуляторами дисплея такие значения яркости и контрастности изображения, при которых обеспечивается оптимальное (комфортное) считывание информации с экрана дисплея. Не рекомендуется это делать только за счет увеличения яркости, так как это приводит к сокращению срока службы электронно-лучевой трубки и возможной расфокусировки деталей изображения.

Не работайте на клавиатуре непрерывно более 30 минут. Меняйте характер своей работы в течение рабочего дня.

В конце каждого часа делайте 5-ти минутный перерыв, а через 2 часа - 15-ти минутный перерыв, выключите дисплей и покиньте рабочее место.

Выполняйте установленный в подразделении режим труда и отдыха.

Во время перерывов выполняйте комплексы упражнений для туловища, ног, плечевого пояса и рук, кистей рук и пальцев: для улучшения мозгового кровообращения, для повышения двигательной активности, стимуляции деятельности нервной, сердечнососудистой, дыхательной и мышечной систем, а также упражнения для глаз с целью снижения утомления зрительного анализатора.

Во время перерывов проветривайте помещение (или чаще) [13,14].

Требование охраны труда при аварийных ситуациях

Перечень основных возможных аварийных ситуаций и причины их вызывающие.

Возгорание ПЭВМ в результате короткого замыкания.

Попадание под напряжение ПЭВМ при снятии защитного кожуха и обрыве заземленного провода.

Ухудшение самочувствия работающего за ПЭВМ.

Действия работников при возникновении аварий и аварийных ситуаций.

При возгорании ПЭВМ или другого оборудования отключить общий автомат питания класса и сообщить в пожарную часть по тел. 01 и приступить к тушению с помощью огнетушителя ОП-5.

При попадании под напряжение необходимо немедленно отключить общий автомат питания ПЭВМ в классе.

При ухудшении самочувствия прекратить работу на ПЭВМ и отключить ее и сообщить об этом руководителю лабораторных работ.

Действия по оказанию первой помощи пострадавшим при травмировании, отравлении и других повреждениях здоровья.

Первая помощь - простейшие, срочные мероприятия для сохранения жизни человека и предупреждения осложнений при несчастном случае, повреждении или внезапном заболевании. Не оказывает тог, кто находится рядом. Помощь особенно необходима в угрожающих жизни состояниях: кровотечение, отравление, утомление, электротравма и др. Каждый должен знать как оказывать первую медицинскую помощь пострадавшему и себе. На рабочем месте должны быть аптечки. Уметь освободить пострадавшего от действия опасных и вредных факторов, оценить состояние пострадавшего, определить последовательность приемов, использовать подручные средства, порядки транспортировки.

Последовательность действий:

устранение воздействия опасных факторов (освобождение от горящей одежды, от воздействия электрического тока и т.п.);

оценка состояния пострадавшего;

определение характера травмы;

мероприятия по спасению, например, искусственное дыхание, массирование сердца, остановка кровотечения, наложение повязок и т.п.;

вызов скорой помощи по тел. 03 или транспортировка в ближайшее лечебное учреждение.

Признаки, по которым можно быстро определить состояние:

сознание ясное или отсутствует;

цвет кожи. губ. глаз: розовые, бледные, синюшные;

дыхание: нормальное, нарушено, отсутствует;

пульс: ритм правильный или нет, отсутствует;

зрачки расширены или сужены.

Во всех случаях обеспечить пострадавшему полный покой, дать водный раствор настойки валерианы (20 капель), при потере сознания дать понюхать нашатырный спирт, опрыскать лицо холодной водой. При рвоте повернуть на бок для удаления рвотных масс. Нужно делать искусственное дыхание при появлении на коже синюшности, расширении зрачков, отсутствии дыхания и пульса.

Заключение о смерти делает только медицинский персонал.

При переноске больного (пострадавшего) па руках идти в ногу мелкими шагами с несколько согнутыми коленями. Класть по команде согласованно, брать за здоровые и неповрежденные участки тела [13,14].

Требования охраны труда по окончании работы

По окончании работы выключи ПЭВМ (порядок отключения в соответствии с техническим описанием или инструкцией по эксплуатации).

Протереть экран от ныли, выключив экран монитора.

Закройте клавиатуру предназначенной для этого крышкой для предотвращения попадания в нее пыли.

Приведите в порядок рабочее место, уберите документы, посторонние предметы.

Сообщите преподавателю обо всех обнаруженных недостатках (неполадках), обнаруженных во время работы [13,14].

Инструкция о мерах пожарной безопасности в помещениях

Настоящая инструкция распространяется на все помещения учебных корпусов, зданий управления социальной сферы и территорий принадлежащих СамГТУ.

Ответственность за обеспечение противопожарного состояния возлагается на руководителей отделов, кафедр, подразделений занимаемых закрепленные за ними помещения, здания и территории.

Руководители подразделений обязаны ежегодно проводить инструктажи с подчиненными сотрудниками и первичные инструктажи с вновь принятыми на работу сотрудниками о мерах пожарной безопасности.

В целях соблюдения необходимого противопожарного режима в помещениях запрещается:

курить в служебных кабинетах, коридорах и других местах, за исключением специально отведенных мест, обозначенных специальными знаками, надписями и оборудованными урнами с водой для тушения окурков, спичек;

использование в служебных помещениях бытовых электронагревательных приборов (электроплитка без автоматического отключения выключения, электрокипятильники);

использовать электроприборы, электроаппараты, имеющие неисправности, которые могут привести пожару;

пользоваться поврежденными розетками, электровилками и другими установочными электрическими изделиями;

обертывать электросветильники бумагой, тканью и другими горючими материалами, а также эксплуатировать их со снятыми рассеивателями (плафонами);

прокладывать временные электропроводки;

оставлять без присмотра включенные в сеть электропотребляющие приборы и включенное электроосвещение;

приносить и хранить легковоспламеняющиеся вещества, горючие жидкости и материалы, взрывчатые, ядовитые и обладающие резким запахом вещества.

Проведение газо-, электросварочных и других пожароопасных огневых работ разрешается только при наличии наряда - допуска и соблюдением всех мер пожарной безопасности согласно ППБ-01-03.

Запрещается использование чердаков, вентиляционных камер, подвалов, технических этажей для размещения в них мастерских, производственных участков и складов для хранения мебели; устраивать склады горючих материалов и мастерские в подвальных помещениях, кроме случаев, предусмотренных нормами.

Запрещается устраивать в лестничных клетках кладовые и использовать лестничные клетки под хранение мебели и других горючих материалов.

Лица, ответственные за эксплуатацию внутреннего пожарного водопровода, вентиляции, электроустановок и электросетей обязаны обеспечить своевременное проведение профилактических осмотров и планово - предупредительных ремонтов инженерных сетей и оборудования по эксплуатации зданий и сооружений.

Своевременно устранять выявленные нарушения ППБ-ОТ-03 и ПЭЭП.

Ключи от дверей технических помещений (вентиляционные камеры электрощитовые, чердаки, люки чердачных помещений, двери от запасных эвакуационных выходов) хранить на вахтах учебных корпусов и зданиях социальной сферы.

В случае возникновения возгорания сообщить о случившемся на центральный диспетчерский пункт МЧС по телефону 01 и действовать по служебной инструкции пожарной безопасности [15].

Заключение

В рамках данного дипломного проекта была проведена работа по разработке и исследованию аналого-цифровой управляемой системы. Рассмотрен спектр задач по компьютерному моделированию, исследованию динамических характеристик и реализации САУ с минимально-фазовыми и не минимально-фазовыми объектами управления. Также была рассчитана её экономическая ценность, приведены правила охраны труда и техники безопасности при обращении с данной техникой.

Данный проект можно использовать в качестве прототипа лабораторных работ по изучению особенностей САУ, содержащих непрерывные и дискретные не минимально-фазовые объекты управления. Круг вопросов по разработке данных САУ был рассмотрен частично. Тем не менее, приведённого материала достаточно, чтобы иметь представления об особенностях САУ с не минимально-фазовыми объектами управления и приступить к более углубленному их изучению и проектированию.

Список использованных источников

1. Лазарева Т.Я., Мартемьянов Ю.Ф. Линейные системы автоматического регулирования: Учебное пособие. Тамбов: Издательство Тамб. гос. техн. ун-та, 2003. - 308 с.

2. Курбатова Е.А. MATLAB 7. Издательство: Вильямс.2005, 256 с.

3. Моделирование и алгоритмизация процессов управления в стохастических системах с цифровыми регуляторами: Учеб. пособ. / Б.К. Чостковский; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2004. 134 с.

4. Однокристальные микроконтроллеры серии PIC[Электронный ресурс]/ Режим доступа http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/micros/pic/index.htm, свободный.

5. PIC Материал из Википедии - свободной энциклопедии [Электронный ресурс] - Режим доступа http://ru.wikipedia.org/wiki/PIC, свободный.

6. Адаптер GPIO - COM 5-02-2008 Copyright © 2008 Digiton GPIO adapter GPIO adapter Адаптер GPIO - COM Руководство пользователя Санкт-Петербург 2008.

7. dsPIC30F5011/5013 Data Sheet High-Performance, 16-bit Digital Signal Controllers.

8. Резисторы: Справочник / Дубровский В. В., Иванов Д.М., Пратусевич Н.Я. и др.; Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова.-2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1991 - 528 с.

9. Горячева Г.А., Добромыслов Е.Р. Конденсаторы: Справочник.- М.: Радио и связь 1984. - 88 с.

10. Перельман Б.Л. Шевелев В.И. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник, «НТЦ Микротх», 1998 г. - 376 с.

11. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. - В 3-х кн.3. Электрические измерения и основы электроники / Г.П. Гаев, В.Г. Герасимов, О.М. Князьков и др.; Под ред. проф. В.Г. Герасимова. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 432 с.

12. Сеть профессиональных магазинов [Электронный ресурс]/ Режим доступа www.chipdip.ru, свободный.

13. Первова О.В. Экономика промышленных предприятий конспект лекций.

14. Инструкция по охране труда для сотрудников и студентов кафедры «Автоматика и управление в технических системах»/ Согласовано: Начальник отдела охраны труда А.В. Миронов.

15. Инструкция о мерах пожарной безопасности в зданиях и помещениях СамГТУ./ Согласовано: Начальник штаба ГО и ЧС СамГТУ В.А. Волков.

16. Программирование ЦСП - MPLAB Методическое пособие по курсу лабораторных работ Схемотехника цифровых устройств, Митрошин В.Н., Узенгер А.А.

Приложение

Программный код микроконтроллера

main.c

(содержание файла)

// В первой строчке мы подключаем заголовочный файл процессора <p30f5011.h>

#include <p30f5011.h>

#include <dsp.h>

// Следующие две директивы определяют особенности функционирования процессора, а именно: источником тактовых импульсов является внутренний RC генератор с частотой 73.7 МГц и активной функцией PLL (модуль настройки (увеличение/уменьшения) тактовой частоты);

_FOSCSEL(FNOSC_FRCPLL)

_FWDT(FWDTEN_OFF)

#define _Fosc_73700000

#define _Fcy_(_Fosc_/2)

// Управление характеристиками выходного сигнала, частотой, длительностью, периодом

//......................................................

#define _F_OC1_PWM_F20000

#define _F_OC1_PERIOD_Fcy_ / _F_OC1_PWM_F

#define _F_OC1_PERIOD2_F_OC1_PERIOD / 2

#define _F_OC1_PERIOD_MIN(unsigned int)(0.01 * _F_OC1_PERIOD)

#define _F_OC1_PERIOD_MAX(unsigned int)(0.99 * _F_OC1_PERIOD)

// Timer

//......................................................

#define _T1_PR_Fcy_ / 1 / 256 - 1

#define _T2_PR_Fcy_ / _F_OC1_PWM_F - 1

extern unsigned int ConvertToPWM(fractional src);

volatile fractional p1, q0, q1, q2, u_k1, e_k1, e_k2, e_k3

int main (void){

1) // Установка тактовой частоты Fosc = 73.7МГц

CLKDIV = 0;// N1 = 2; N2 = 2

PLLFBD = 38; // M = 40

INTCON1 = 0x0000;

INTCON2 = 0x0000;

2)// Задание коэффициентов

p1 = Q15(1);

q0 = Q15(-2.27);

q1 = Q15(3.02);

q2 = Q15(-1);

3) // Настройка АЦП

// .............................................................

PMD1bits.AD1MD = 0; // Включение модуля АЦП

AD1CON1 = 0x8700;

AD1CON2 = 0x0000;

AD1CON3 = 0x0000;

AD1CHS1 = 0x0000;

AD1CSSH = 0x0000;

AD1CSSL = 0x0001; // Установки значений регистров АЦП

IFS0bits.AD1IF = 0;

IPC0bits.AD1IP = 0;

IEC0bits.AD1IE = 0; // Установки значений регистров прерываний АЦП

4)// Настройка Timer 1- Для прерываний дискретизации сигнала 1Гц

// .............................................................

PMD1bits.T1MD = 0; // Включение модуля таймера

T1CON = 0x8030; // Настройка таймера

PR1 = _T1_PR; // Период прерываний таймера

IFS0bits.T1IF = 0; // Сброс флага прерывания

IPC0bits.T1IP = 0b101; // Приоритет прерывания

IEC0bits.T1IE = 1; // Включение прерывания

5)// Настройка Timer 2- Тактирование OC1

// .........................................................

PMD1bits.T2MD = 0;

T2CON = 0x8000;

PR2 = _T2_PR;

IFS0bits.T2IF = 0;

IPC1bits.T2IP = 0;

IEC0bits.T2IE = 0;

6)// Настройка OC1- Аналоговый выход, сигнал управления

// .........................................................

PMD2bits.OC1MD = 0;

OC1CON = 0x0006;

OC1RS = 0;

IFS0bits.OC1IF = 0;

IPC0bits.OC1IP = 0;

IEC0bits.OC1IE = 0;

7)// Запуск обоих таймеров

SRbits.IPL = 0;

while(1){}

return 0;

}

// Прерывание таймера 1

void __attribute__((__interrupt__, auto_psv)) _T1Interrupt( void ){

fractional u_k, e_k;

8) // Значение таймера 1 из регистра приравнивается нулю

IFS0bits.T1IF = 0;

9) // Значение ошибки на к-том шаге приравнивается значению АЦП

e_k = ADC1BUF0;

10) // Производится расчёт рекуррентного выражения алгоритма управления

u_k = p1*u_k1 + q0*e_k + q1*e_k_1 + q2*e_k2;

11) // Устанавливается значение скважности

OC1RS = ConvertToPWM(u_k);

12) // Присвоение нового значения

u_k1 = u_k;

e_k2 = e_k1;

e_k1 = e_k;

}

// Конвертировать fractional -> integer

unsigned int ConvertToPWM(fractional src){

fractional val;

unsigned int ret;

if(src >= 0){

VectorScale( 1, &val, &src, _F_OC1_PERIOD2);

val += _F_OC1_PERIOD2;

}else{

src += Q15(1.0);

VectorScale( 1, &val, &src, _F_OC1_PERIOD2);

}

ret = (unsigned int)val;

if(ret < _F_OC1_PERIOD_MIN)ret = _F_OC1_PERIOD_MIN;

if(ret > _F_OC1_PERIOD_MAX)ret = _F_OC1_PERIOD_MAX;

return ret;

}

// Немаскируемые прерывания-

//..................................................................................................................

void __attribute__((interrupt, auto_psv)) _OscillatorFail(void){ INTCON1bits.OSCFAIL = 0; while(1){}}

void __attribute__((interrupt, auto_psv)) _AddressError(void){ INTCON1bits.ADDRERR = 0;while(1){}}

void __attribute__((interrupt, auto_psv)) _StackError(void){ INTCON1bits.STKERR = 0; while(1){}}

void __attribute__((interrupt, auto_psv)) _MathError(void){ INTCON1bits.MATHERR = 0; while(1){}}

void __attribute__((interrupt, auto_psv)) _DMACError(void){ INTCON1bits.DMACERR= 0; while(1){}} [16]

Размещено на Allbest.ru