Преобразователи данного типа, охваченные контуром отрицательной обратной связи, широко применяются как импульсные стабилизаторы постоянного напряжения и тока. В зависимости от построения силовой части преобразователя (стабилизатора) можно подразделить на схемы с последовательным включением: дросселя и регулирующего транзистора; дросселя с параллельным включением транзистора; транзистора с параллельным включением дросселя /23/,/24/.

Для данного дипломного проекта выберем схему регулятора с последовательным включением дросселя и регулирующего транзистора изображенную на Рисунке 20.

Схема на Рис. 20 позволяет получить на выходе напряжение меньше напряжения на входе. Стабилизатор включает в себя силовую часть (регулирующий транзистор VT, фильтр LC и VD1); схему управления, состоящую из импульсного элемента: схемы сравнения и усиления.

Коэффициент передачи по напряжению схемы на Рис. 20 равен:

Ku=Uвх/Uвых=Тз/Т=Тзf1,

где Т=Тз+Тр=1/f период частоты переключения; f частота переключения.

Предполагая, что мощность в нагрузке равна произведению средних значений напряжения и тока нагрузки, получаем баланс энергий:

UвхIвх=UвыхIвых,

где Iвх и Iвых среднее значение токов i1 и i2 соответственно/24/. Это уравнение показывает, что регулятор постоянного напряжения обладает "трансформаторным" эффектом.

В регуляторах постоянного напряжения с ШИМ в качестве импульсного элемента используется генератор, длительность выходного импульса или паузы которого изменяется в зависимости от постоянного сигнала, поступающего на его вход с выхода схемы сравнения. Временные диаграммы работы силовой части регулятора показаны на Рисунке. 21.

2.3 Выбор и расчет схемы выпрямителя

Выбираем трехфазную мостовую схему выпрямления по схеме Ларионова Рис.22, по сравнению с трехфазной она имеет следующие преимущества: обратное напряжение на вентиле в 2 раза меньше; меньшая амплитуда и большая частота пульсации, возможность работы без трансформатора и т.д.

Исходные данные для расчета выпрямителя:

Максимальный и минимальный ток нагрузки Id=30 A (ток берется заведомо больше с запасом), Idmin=5 A; мощность Pd=IdUd ВА, номинальное входное напряжение Ud=26...170 В; работа выпрямителя на активно-индуктивную нагрузку.

Рис. 22 Трехфазная мостовая схема выпрямления.

1. Выпрямленное напряжение Ud пульсирует с частотой fп, в 6 раз большей частоты переменного напряжения поступающего с генератора.

,

где pчисло пар полюсов (p=6), n частота вращения ротора относительно статора. При частоте вращения генератора частота пульсации fп1=0.161700=1020 Гц, а при , fп2=0.1610800=6480 Гц (Здесь и далее индексы 1 и 2 обозначают значения величин при минимальной и максимальной частотах вращения генератора).

2. Пульсация выпрямленного напряжения при соединении обмоток генератора по схеме "звезда" равна /22/:

Udmin=1.5Uфmax минимум, и Udmax= 1.73 Uфmax максимум.

Ud=(1.73-1.5)Uфmax, тогда среднее значение выпрямленного напряжения (период пульсации равен Т/6): Ud=1.65 Uфmax

Ud=0.139 Ud пульсация выпрямленного напряжения.

При Ud1=28 В , Ud1= 0.13928=3.89 В;

при Ud2=170 В , Ud2= 0.139170=23.63 В;

3. Напряжение на фазе генератора должно быть равно:

при Ud1=28 В,

при Ud2=170 В,

Минимальное и максимальное значение выпрямленного напряжения равно:

Udmin1=1.5Uфmax1= 25.5 B Udmax1= 1.73Uфmax1= 29.41 B

Udmin2=1.5Uфmax2= 154.5 B Udmax2= 1.73Uфmax2= 175.1 B

4. Среднее значение выпрямленного тока равно: Id=0.955 Idmax; так как Id=30 А, то Idmax=31.4 А, а ток фазы генератора Iф= 24.5 В.

5. Выбор вентилей. Определяем параметры вентилей Uобр, Iпр ср,Iпр. Напряжение Uобр находим по максимальному значению выпрямленного напряжения. Udmax2= 175.1 B, тогда Uобр=1.05 Udmax2=1.05175=183.9 В.

Прямой средний ток через вентиль для трехфазной мостовой схемы равен Iпр ср= Id/3=10 А, а прямой ток равен Iпр=0.58 Id=0.5830=17.4 А.

Таким образом нужно подобрать вентиль с параметрами не хуже:

Uобр=183.9 В, Iпр ср= 10 А, Iпр=17.4 А.

Выбираем из справочника /43/ вентиль 2Д2999А с параметрами:

Uобр=200 В, Iпр max=20 А, падение напряжения на диоде Ud= 1 В, частота преобразования до f=100 кГц.

6. Определяем напряжение холостого хода выпрямителя:

Udх.х1= Ud1+UdN=28+12=30 В, где Nчисло вентилей в группе.

Udх.х2= Ud2+UdN=170+12=172 В.

7. Внутреннее сопротивление выпрямителя при изменении тока от 0 до Id:

R0=( Udх.х2 Ud2)/ Id=(172170)/300.067 Ом.

КПД выпрямителя: =P2/(P2+ Iпр срUd6)=0.988 то, примерно 98.

2.4 Расчет силовой части импульсного регулятора

Схема силовой части регулятора приведена на Рисунке. 23. Необходимо рассчитать все элементы этой схемы: силовой транзистор, диод, дроссель.

Исходные данные: импульснй регулятор должен обеспечить отклонение выходного напряжения не более чем на 28 0.3 В, при значениях входных напряжений полученных при расчете выпрямителя.

Uвх1= Ud1=28 В; Uвхmin1=25.5 B; Uвхmax1=29.41 B;

Uвх2= Ud2=170 В; Uвхmin2=154.5 B; Uвхmax2=175.1 B;

Uвых=28 В; Iнmin=30 А, Iнmax=30А выходные напряжение, максимальный и минимальный номинальные токи регулятора.Необходимо обеспечить мощность отдаваемую нагрузке не менее Pd= Uвых Iнmax=840 ВА.

1. Определяем максимальное значение относительной длительности открытого состояния транзистора max.

Для Uвх1=28 В транзистор открыт,

для Uвх2=170 В .

2. Определяем минимальное значение относительной длительности открытого состояния транзистора min.

Для Uвх1=28 В

для Uвх2=170 В

2.4.1 Расчет дросселя

Определяем значение критической индуктивности исходя из условия безразрывности тока дросселя /41/.

, где fп частота переключения ключа.

Выберем частоту переключения равной 20 кГц, это значение частоты обеспечивает удовлетворительные массогабаритные показатели стабилизатора, уменьшает потери и находясь выше частоты порога слышимости не оказывает вредного влияния на органы слуха.



Lкр2= 0.12 мГн из условия обеспечения непрерывного тока через дроссель.

По заданной индуктивности дросселя необходимо рассчитать его параметры.

Были проведены расчеты дросселей с магнитопроводом и без магнитопровода. Расчет был проведен с помощью математического пакета MathCAD, результаты расчета приведены в Приложениях Б и В.

Расчет параметров дросселя с магнитопроводом.

Дроссель такого фильтра обычно выполняется на П или Шобразном сердечнике из стальных пластин или ленты. Он должен обеспечивать заданную индуктивность L=0.0002 Гн при токе I=30 А, текущем через обмотку дросселя. Расчет дросселя приведен в Приложении Б. Программа определяет ширину стержня а, поперечное сечение S, оптимальный зазор lz/2, коэффициент М, относительную длину воздушного зазора lz (в % от lm), эффективную магнитную проницаемость материала сердечника z и толщину набора с. Также определяются основные габаритные размеры дросселя, диаметр наматываемого провода d, число витков w, омического сопротивления R и коэффициента заполнения окна медью Km.

В результате расчета были получены следующие данные:

а=1.694 см, S=4.302 , lz=1.227 мм, М=0.002, z= 92.735

d=3.573 мм, w=27 витков, R=0.006 Ом, Km=0.213

Выбран сердечник дросселя типа ШЛ 2025.

Примерные габариты дросселя получились такими: - ширина 80 мм

- длина 70 мм

- высота 30 мм

Расчет параметров дросселя без магнитопровода.

Дроссели без магнитопровода проектируются для приближения их вольт-амперных характеристик к линейным, для реализации больших энергоемкостей, в тех случаях когда требуется уменьшить шум, а также обеспечить высокую добротность /25/. В Приложении В приведен подробный расчет тороидальной катушки без магнитопровода (см. Рис. 24). Программа определяет средний диаметр сечения тора а, диаметр тора D, число витков w, омическое сопротивление обмотки постоянному R_ и переменному Rr току, мощность потерь в дросселе dP, поверхность охлаждения тороида Sохл.

В результате расчета были получены следующие данные:

а=3 см, D=9 см, w=71 виток, R_=0.021 Ом, Rr=0.028 Ом

dP=26 Вт, Sохл=266.479 .

Примерные габариты тороида получились такими: - наружный диаметр 130 мм

- высота 50 мм.

Исходя из данных расчетов выбираем дроссель без магнитопровода (тороидальная катушка), по причине того, что у таких катушек очень малое поле рассеяния и, как отмечалось выше, большие энергоемкости, хорошая добротность и т.д. Кроме того, по расчетам видно, что дроссель с магнитопроводом не имеет больших преимуществ по массе и габаритам.

Рис.24 Тороидальный реактор без магнитопровода.



2.4.2 Определение параметров регулирующего транзистора

Расчет транзистора проводится для случая Uвх=170В и Uвых=28В. Для выбранной нами схемы импульсного регултора напряжение коллектор-эмиттер силового транзистора равно входному напряжению Uкэ =Uвх=170В.

1. Максимальное значение тока коллектора.

,

тогда максимальный ток протекающий через коллектор транзистора будет равен:

2. Максимальное напряжение коллектор-эмиттер силового транзистора равно входному напряжению Uкэ max =Uвх max=175 В.

3. Выбор схемы силового ключа.

По определенным параметрам транзистора были рассмотрены следующие варианты схем силового ключа на транзисторах:

Биполярный транзистор с управляющим МДП-транзистором /35/,/36/. Такие транзисторы имеют на входе полевой транзистор с малыми токами управления, который в свою очередь управляет более мощным биполярным транзистором (Рис. 25). Управляющий МДП-транзистор обеспечивает заметное сокращение времени рассасывания за счет хороших импульсных свойств. Были рассмотрены отечественные и зарубежные составные транзисторы /34/,/40/. За рубежом выпускаются так называемые IGBT-транзисторы(биполярные транзисторы с полевым управлением).В Приложении Г приведены некоторые характеристики этих транзисторов.

Рис. 25 Биполярный транзистор с полевым управлением.

Эта схема несмотря на большие мощности рассеивания (более 160 Вт), относительно большую стоимость может быть использована наравне со схемой, которая была принята за основную в дипломном проекте.

Параллельное включение биполярных транзисторов (Рис. 26).

Эта схема включения обеспечивает небольшие токи управления и достаточно небольшие мощности рассеивания. При выборе в качестве элементной базы был использован транзистор типа КТ890А/44/, Технические характеристики транзистора КТ890А приведены в Приложении Г.

Средний ток коллектора одного транзистора равен Iк=10 А, при трех параллельно соединенных транзисторах суммарный ток через коллектор примерно равен Iк=30 А. Ток базы необходимый для насыщения транзистора при Iк=10 А не превышает IБ=150 мА, что для трех транзисторов равно IБ=1503=450 мА. Постоянное напряжение транзистора Uкэ =350>175 В. В цепь базы включены резисторы по 50 Ом для уравновешивания токов базы, кроме того, для предотвращения лавинного пробоя транзистора в цепь эмиттеров тоже необходимо включить резисторы.



Рис. 26 Параллельное включение биполярных транзисторов.

Мощность рассеиваемая на одном транзисторе равна:

Примем значение коэффициента насыщения Кнас равным 1.3, и определимся с остальными параметрами, считая что при входном напряжении Uкэmax=Uвхmax=175 В max=max2=0.18,Iнmax=10 A,Uкэнас=2 В,fп=20 кГц, Iкmax=11 A, tвкл=tвыкл=, UБэнас=2.5 В, h21эmin=8. В результате расчета получили. Pк 27.4 Вт мощность рассеиваемая на одном транзисторе.

Тогда мощность рассеиваемая на трех транзисторах Pк=3Pк=82.2 Вт.

Для транзисторов с такой мощностью рассеивания необходим радиатор.

2.4.3 Определение параметров диода

1. Максимальное значение тока через диод.

обратное напряжение на диоде.



Выбираем из справочника /43/ вентиль 2Д2997А с параметрами:

Uобр=200 В, Iпр max=30 А, падение напряжения на диоде Ud= 0.85 В, частота преобразования до f=100 кГц, но так как максимальный ток через диод равен 33 А включим два диода параллельно. Суммарный ток через диоды равен 60 А, чего хватает с запасом. Падение напряжения на диоде 0.8 В, на двух диодах 1.6 В.

Мощность рассеивания на диоде без учета динамических потерь:

Такая мощность рассеивания требует применения теплоотвода (радиатора).

2.5 Выбор выходного каскада схемы управления

Для открытого насыщенного состояния транзистора необходим ток базы насыщения не менее 150 мА, что для трех транзисторов будет составлять около 450 А.

С выхода схемы управления идет сигнал ТТЛ уровня 20 мА, кроме того необходимо обеспечить гальваническую развязку цепи управления и силовой части. Для гальванической развязки применим диодную оптопару, которая обеспечивает управление в широком диапазоне изменения относительной длительности времени включения вплоть до еденицы. Выберем оптопару типа АОД 109В /42/ с параметрами: Iвхопт=10 мА, UвхUвых=100 В, Uпит=1.5 В, tрас=500 нс, tср=500 нс. Её вход соединен со схемой управления, чей выход ТТЛ с открытым коллектором обеспечивает ток до 20 мА, что достаточно для зажигания светодиода оптопары.

Для усиления маломощного сигнала поступающего с выхода оптопары на базы силовых транзисторов выберем мощный операционный усилитель типа 1422УД1 с выходным током Iвых=1 А, Uвых>15 В, Uпит=15 В, Куu=50000, включенный по неинвертирующей схеме усиления. Схема выходного каскада управления приведена на Рисунке 27.

Проведенные выше расчеты позволяют привести общую структурную схему связывающую силовую часть стабилизатора с выпрямителем и собственно с генератором, эта схема приведена на Рисунке.28.

2.6 Выбор схемы управления импульсного стабилизатора

2.6.1 Выбор способа управления

Данная схема управления должна реализовывать внешнюю характеристику показанную на рисунке. 29 , то есть обеспечить регулирование напряжения в 28 В во всем диапазоне изменения тока, и ограничивать ток при его значениях выше 30 А. Выбросы тока более 30 А могут возникать при коротких замыканиях, сильном разряде АБ и т.д, это может привести к повреждению генератора и стабилизатора. Наклоны характеристик показаны условно ввиду того, что требуемый наклон будет определен при динамическом расчете стабилизатора, о чем будет сказано далее.

Рис.29 Внешняя характеристика стабилизатора.



Регулирование мощности при помощи силового транзисторного ключа работает по принципу импульсного регулятора. Принцип импульсного регулирования заключается в периодическом подключении нагрузки к источнику напряжения с помощью ключа.. Изменение напряжения и ограничение тока, подаваемого на нагрузку осуществляется с помощью изменения ширины импульсов управляющих транзисторов VT1VT3 (см.Рисунок 28). Это широтно-импульсный метод регулирования. Причем в нашем случае применяется метод ШИМ 2-го рода (сигнал обратной связи сравнивается с пилообразным сигналом).

Для такой системы регулирования необходимы обратные связи по току и напряжению. Нужна информация с датчиков тока и напряжения.

Система должна работать следующим образом. Сигнал обратной связи (ОС) вычитаясь из сигнала задания Uзад, образует сигнал управления Uупр, который поступает на элемент сравнения, где сравнивается с сигналом пилообразной формы.

То есть длительность очередного импульса определяется интервалом изменения пилообразного сигнала Uпил от нуля в начале импульса до разности сигналов задания и обратной связи в конце. Временные диаграммы показывающие работу данной системы приведены на Рисунке.30.

Рис.30 Временная диаграмма работы модулятора.



Блок схема реализующая данный принцип управления показана на Рисунке.31.

2.6.2 Выбор схемы управления стабилизатором

Для реализации данной блок схемы (см.Рис.31) в качестве датчика тока применим резистор Rт, датчик напряжения собран на делителе напряжения с резисторами R20 и R21 (см.Принципиальную электрическую схему Рис.32). Для расчета R20 и R21 восползуемся допущением, считаем что через делитель ДН течет ток Iд=5 мкА, а на резисторе R20 должно падать 10 В получим примерно 2 кОма (R20=UR20/Iд), остальное напряжение должно падать на R21 то есть R21=Uнагр/IдR20=3.6 кОм.

Для получения разности сигнала задания (опорного напряжения) и сигнала обратной связи применяются операционные усилители включенные по дифференциальной схеме. Они выполняют операцию вычитания сигнала ОС с датчиков тока, напряжения и сигнала задания, в тоже время обеспечивают необходимый заданный коэффициент усиления Ki и Ku, который обеспечивается обратными связями собранными на резисторах включенных в цепь ОС операционных усилителей.

Однако нужно сделать замечание, обозначенные на принципиальной схеме резисторы у операционных усилителей DA2, DA3, DA4 выбраны прикидочно, так как они могут не обеспечивать устойчивую работу схемы. Выбор коэффициентов усиления для обеспечения оптимальной настройки регулятора будет рассматриваться ниже при динамическом расчете схемы управления стабилизатором.

Сформированный сигнал управления должен поступать на элемент сравнения, для этого один из входов этого элемента надо подать пилообразный сигнал. Этот сигнал организуется с помощью мультивибратора собранного на компараторе DA1, причем "пила" образуется за счет различного времени заряда и разряда конденсатора С1 с помощью цепей R1VD1 и R3VD2, которые регулируют скважность сигналов на выходе мультивибратора.

2.6.3 Работа схемы управления стабилизатором

Схема состоит из генератора пилообразного напряжения собранного на микросхеме DA1, усилителей обратной связи DA2, DA3, DA4, ШИМ - компараторов DA5, DA6.

Пилообразное напряжение с выхода 4 DA1 поступает на вход ШИМ- компараторов DA5, DA6, на другие входы которых поступают сигналы с микросхем DA3, DA4. Обратная связь по напряжению организована на ОУ DA4, на один вход подключен источник опорного напряжения, а на второй вход подключен сигнал с датчика напряжения. Коэффициент усиления обеспечивается резисторами R24, R25, R22, R23. На этом ОУ происходит вычитание сигнала обратной связи из опорного.

Обратная связь по току организована на ОУ DA2, на базе дифференциального включения с коэффициентом усиления по напряжению примерно 100 для увеличения маленького потенциала поступающего с точки 1 (см.Рис.32), и DA3, который представляет усилитель постоянного тока на один вход которого подключены источник опорного напряжения и сигнал с DA2 (сигнал ОС по току), на второй вход заведена обратная связь с коэффициентом усиления по напряжению примерно 1.025.

С выхода ШИМ- компараторов сигналы поступают на логический элемент ЛЭ "или", собранный на схеме D1, который определяет работу той или другой обратной связи.

Для устранения дополнительных переключений за один период, при односторонней модуляции используется RS-триггер на микросхеме D2. В начале каждого такта импульсом с задающего генератора (им также является мультивибратор на микросхеме DA1), через транзистор VT1, RS-триггер переводится с состояния лог "1" и логический сигнал с выхода Q поступает на транзисторы силового ключа.

В результате возрастания сигнала ОС на выходе схемы сравнения появляется импульс положительной полярности, что переводит его в состояние "0", происходит выключение транзисторов. Обратное переключение триггера в оставшуюся часть периода невозможно, чем устраняется дополнительное переключение в силовом ключе.

Стабилизация выходного напряжения и тока реализована в замкнутой системе регулирования за счет того, что при изменении сигнала обратной связи, например его снижении по какой-либо причине, происходит расширение импульсов на выходе компаратора DA5 или DA6 и следовательно на транзисторах импульсного элемента (ИЭ).

2.7 Динамический расчет стабилизатора

Работа импульсной части зависит от силовой схемы, непрерывной- от свойств электрических элементов нагрузки, логической- от закона модуляции, реализуемого в схеме управления широтно-импульсного преобразователя.

При наличии обратных связей электромагнитные процессы в преобразователе зависят не только от характера электрической нагрузки, но и от динамических свойств рабочего механизма.

Практически установлено, что динамические характеристики замкнутых контуров в значительной степени зависят от логики работы схемы управления (см.Рис 30, 31). Рассматриваемые контуры регулирования являются нелинейными и дискретными по принципу действия. Для их описания удобнее применять нелинейные разностные уравнения. Анализ систем с широтно-импульсными преобразователями включает расчет электромагнитных процессов в замкнутом контуре, моделирование с учетом нелинейностей и дискретного характера работы, определению областей устойчивой работы системы.

Задача синтеза сводится к вычислению коэффициентов обратных связей в замкнутом контуре с целью обеспечить заданные динамические свойства, например быстродействие, с учетом заданного распределения корней характеристического уравнения замкнутого контура. Синтез может быть выполнен на основе линейного приближения разностных уравнений, описывающих разомкнутый контур в окрестности точки установившегося режима.

2.7.1 Составление разностных уравнений системы

Непрерывная и импульсная части в пределах периода описываются системой дифференциальных уравнений вида

(2)

где А- квадратная матрица постоянных коэффициентов k-го порядка; у-вектор переменных состояния; с- вектор воздействия со стороны импульсной части на непрерывную.

Рис. 33 Временные диаграммы широтно-импульсного преобразователя.



Рассматриваемый широтно-импульсный преобразователь с индуктивным фильтром (см.Рис 23) описывается дифференциальным уравнением первого порядка. Пусть начало отсчета совпадает с началом импульса (см. Рис 33), уравнение примет вид:

Проведем преобразования для упрощения расчетов:

(3)

Умножим выражение (3) на Rн:

,

приняв постоянную времени равную запишем:

,

где - постоянная времени; U- амплитуда прямоугольных импульсов.

Переходя к форме записи (2), примем

y=Uн; А= 1/; с=U,

тогда (4).



Решение этого уравнения (4) имеет вид

,

при t изменяющемся от tn до t то есть при t=tn и y=yn найдем значение постоянной С1 и решение уравнения:

В конце импульса (при t=tm и y=ym)

; ;

; (5)

В пределах паузы непрерывная часть с учетом (4) описывается дифференциальным уравнением:

(6) , так как U=0.

Решение этого уравнения (6) имеет вид

;

В начале паузы при t=tm и y=ym :



;

В конце паузы при t=tn+1 и y=yn+1 :

; (7)

Нелинейное разностное уравнение (7) с учетом (5) описывает рассматриваемый контур в дискретные моменты времени.

В установившемся режиме (при tn=0; tm=T0; tn+1=T; yn=yn+1=y0; ym=ym0)

; ; (8)

2.7.2 Анализ динамических свойств системы управления стабилизатором

Нелинейная дискретная система представляет собой систему с линейной непрерывной частью первого порядка. Выходная переменная ЛНЧ с прямоугольными импульсами на входе в интервале очередного периода (см. Рис 33) описывается с учетом (5) и (7) разностным уравнением (9) при U=1:

; (9)

Замкнутая система первого порядка описывается нелинейным разностным уравнением первого порядка, которое состоит из разностного уравнения описывающего ЛНЧ (9), и уравнений замыкания, которые записываются в виде

где ym0 установившееся значение выходной переменной в конце импульса.

Исследование по линейному приближению разностных уравнений позволяют определить не только необходимые условия устойчивости, но и получить оценку быстродействия замкнутой схемы.

Линеаризуя разностные уравнения, описывающие замкнутую систему, в окрестности точки установившегося режима, получим:

, (10)

где корень характеристического уравнения. В системе с ШИМ-2 этот корень будет равен:

, (11)

где =1/к тангенс угла наклона пилообразного сигнала( коэффициент усиления обратной связи), Т-длительность периода, Тn+1 и Тn -установившееся значение длительности импульса в n и n+1 периоды, - постоянная времени цепи обратной связи.

Рассчитаем для данного дипломного проекта зависимость от =1/к для установившегося режима работы. Для этого определим постоянную времени , которая равна отношению индуктивности рассчитанного дросселя к сопротивлению нагрузки:

, где Rн=Uн/Iн1 Ом

(сопротивлением дросселя пренебрегаем), L=0.0002 Гн - индуктивность дросселя. В итоге получим постоянную времени =4.

Для расчета по формуле (11) введем исходные данные, которые переопределим в относительные единицы. Т=1 - длительность периода (Т=0.00005 сек), Т0/Т- относительная длительность импульса, /Т=4 - относительная постоянная времени.

Подставляя эти значения в формулы (8) и (11) , и изменяя от 0 до 0.3 определим . Эта зависимость для =4 и 10 при Т0/Т=0.2 и 0.8 приведена на рисунке. 34.

Рис. 34 Типовые корневые годографы системы с ШИМ-II при /Т=4 и /Т=10.

С уменьшением параметра до корень уравнения уменьшается до нуля, затем изменив знак увеличивается по абсолютному значению.

Исходя из уравнения (11) можно определить границы области устойчивости. Приравнивая формулу (11) к нулю получим оптимальное значение опт, приравнивая к минус единице получим граничное значение гр.

Рассмотрим подробнее:

1. Определение граничного коэффициента усиления (гр=1/к).

Граничное значение определяется по формуле:

,

введя относительные переменные найдем граничное значение которое при /Т=4, Т0/Т=0.2, ymo=0.22 равно гр=-0.085, при Т0/Т=0.2, ymo=0.819, гр= 0.064, что соответствует коэффициентам усиления -11 и 15.

2. Определение оптимального коэффициента усиления (опт=1/к).

Граничное значение определяется по формуле:

,

введя относительные переменные найдем граничное значение которое при /Т=4, Т0/Т=0.2, ymo=0.22 равно опт=0.055, при Т0/Т=0.8, ymo=0.819, опт=0.205, что соответствует коэффициентам усиления 18 и 4.

На рисунке. 35 приведены зависимости оптимальных и граничных параметров от длительности импульса в установившемся режиме при различных постоянных времени (в том числе и при /Т=4).



Рис.35 Зависимости оптимальных (штриховые линии) и граничных (сплошные) параметров от длительности импульса для систем с ШИМ-2.

Из рисунка видно, что при установившейся длительности импульса меньшей половины периода граничные значения параметра отрицательны, что соответствует положительной обратной связи. И означает, что система устойчива при любых значениях коэффициента передачи контура k. Так как система работает при определенном значении коэффициента усиления, а длительность импульса в рассматриваемой системе изменяется от 0 до 1 то для устойчивой работы схемы следует рекомендовать выбирать коэффициент не превышающий граничный, то есть не более 20.

2.7.3 Моделирование системы управления

Ставилась задача рассмотреть и смоделировать протекание процессов происходящих в системе при рассмотренных выше граничных и оптимальных условиях. Задача была решена с помощью ЭВМ. Программа моделирования была написана на языке Турбо Паскаль и приведена в приложении Д.

Программа рассчитывает схему представленную на рисунке.23, с реальными значениями рассчитанных индуктивности дросселя и сопротивления нагрузки, в реальные моменты времени.

На экран монитора выводятся осциллограммы несущие информацию о значениях выходного тока, напряжения импульсов, напряжений задания, управления и пилы.

Рассмотрим две осциллограммы (см.Рис.36 и Рис.37). Введя в программу коэффициент усиления к=4 соответствующий опт=0.205 получим оптимальный режим работы системы, что видно по напряжению Uиэ (см.Рис.36). Если увеличить коэффициент усиления к до 20, что соответствующий опт=0.005 получим неустойчивый режим работы системы, что видно по напряжению Uиэ (см.Рис.37).

Это подтверждает верность сделанных ранее расчетов и позволяет смоделировать различные ситуации при варьируемых входных данных, что значительно упрощает и облегчает расчет и построение процессов, происходящих в системе.



3. Конструкторско-технологический раздел

Рассматриваемый в данном разделе функциональный узел (ФУ) представляет собой рассмотренную в предыдущем разделе схему управления с широтно-импульсной модуляцией (Рис. ). По конструкторско-технологическим требованиям необходимо использовать функционально-узловой принцип построения изделия, обеспечить его технологичность с минимумом номенклатуры комплектующих, минимальной массой и габаритами. Также целесообразно рассмотреть вопросы по защите изделия от климатических, механических и от других дестабилизирующих факторов. Обеспечить ремонтопригодность и унификацию. Провести комплексную оценку технологичности данной схемы, определить её надежность, время безотказной работы, рассчитать перегрев всего узла в целом и отдельных его элементов, а также разработать технологический процесс сборки.

3.1 Определение уровня технологичности ФУ

3.1.1 Расчет показателей технологичности

Для количественной оценки технологичности рассчитаем группы частных показателей, характеризующих конструкцию с различных сторон:

а) Коэффициент использования микросхем Кисп.мсх,

,где

Нмс количество используемых микросхем (МС),

Нэрэ количество всех радиоэлементов (ЭРЭ).



б) Коэффициент повторяемости микросхем Кпов.мс,

, где

Нтмсколичество типоразмеров микросхем.

в) Коэффициент применяемости (стандартизации конструкторского изделия)Кпр,

,где

n количество типоразмеров частей изделия.

n0 количество типоразмеров оригинальных составляющих.

г) Коэффициент унификации (повторяемости) Кпов,

, где

N общее количество составных частей изделия,

n общее количество типоразмеров составных частей изделия,

д) Коэффициент автоматизации и механизации установки радиоэлементов на печатную плату (ПП) Каму,

, где

Нмуэрэ количество ЭРЭ, которые могут устанавливаться на ПП автоматизированными методами.



е) Коэффициент автоматизации, механизации контроля и настройки Кмкн,

, где

Нмкн количество операций контроля и настройки, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом,

Нкн все методы контроля и настройки.

3.1.2 Комплексная оценка технологичности

Комплексная оценка технологичности построена на балльной оценке, то есть числовые значения показателей технологичности приводят к балльным показателям.

Балльная оценка определяется как:

, где

Тн нормативное значение частного показателя, отражающий некоторый наиболее высокий уровень развития техники,

Тф фактическое значение показателя достигнутое при разработке изделия,

г эквивалент одного балла.

Произведем расчет балльных показателей соответствующих рассчитанным числовым показателям технологичности (об этом говорит нижний индекс у показателя):



а)

б)

в)

г)

д)

е)

Комплексный средний балльный показатель определяется как:

В Таблицу № 7 сведены все показатели, рассчитанные выше,

Таблица № 7.

	Тн	г	Б
Кисп.мсх	0.75	0.15	0.6
Кпов.мс	0.96	0.02	0
Кпр	0.8	0.25 Тн	5
Кпов	0.8	0.25 Тн	4.35
Каму	0.8	0.2	3.35
Кмкн	0.5	0.15	5

Показатель технологичности получился равным Бср=3.05, что по технологичности может соответствовать среднесерийному производству. Для увеличения Бср надо повышать автоматизацию контроля и повторяемость типоразмеров ФУ.

3.2 Расчет тепловой нагрузки элементов ФУ

Проведем расчет используя исходные данные см. /1/:

Коэффициент заполнения объема блока Кзб=0.5;

Температура окружающей среды Тос=40 С(313 К);

Коэффициент перфорации П=0;

габаритные размеры блока l1l2l3.

горизонтальные размеры блока l1=0.15 м, l2=0.15 м,

вертикальный размер l3=0.1 м;

Мощность рассеиваемая блоком РБ=5 Вт;

Поверхность корпуса блока:

Условная поверхность нагретой зоны:

Удельная мощность рассеиваемая корпусом блока:



Удельная мощность нагретой зоны:

По /46, с.20-21/ находим коэффициент Т1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока qк : Т1= 9 К .

Также используя /46, с.20/ находим коэффициент Т2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны qз : Т2= 8 К .

Коэффициент Кп зависящий от коэффициента перфорации равен 1.0 (Кп=1.0).

Перегрев корпуса блока:

.

Перегрев нагретой зоны:

Удельная мощность элементов:

.

Перегрев поверхности элементов:

выберем наиболее теплонагруженные элементы, превышение температуры которых относительно температуры окружающей среды определяется как:



.

Результаты расчета этих элементов представлены в Таблице № 8.

Таблица № 8.

Элементы	VD1-VD3	VT1	DA1-DA6	C1
	47.15	10.33	85.91	2.27
Т	7.69	10	9.09	6.08

Температура корпуса блока:

Температура нагретой зоны:

3.3 Расчет надежности ФУ

Анализ влияния работоспособности отдельных элементов на работоспособность всего ФУ показывает, что отказ любого из элементов схемы приводит к отказу всего ФУ. Следовательно, учитывая что в аппаратуре отсутствует избыточность, все элементы схемы будут иметь основное последовательное соединение в схеме надежности. На основе этого была построена схема надежности, которая изображена на рисунке.



Рис. Логическая схема надежности

Для расчета надежности находим и заносим в Таблицу № 9 с указанием количества элементов группы ni /46/. Находим и заносим в Таблицу № 9 справочные данные в отношении интенсивности отказов элементов в нормальных условиях эксплуатации 0i /46/,/47/.

Таблица № 9.

Элементы	Обозначение	Кол-во элементов	Режим работы	Поправочный коэфф-т	Интенсивность отказов 1/ч.
(наименование,тип)		ni	Температура элемента,С	Коэфф- т нагрузки ,Кн	аi
Резисторы,МЛТ	R1-14, R16-R27	26	40	0.1	0.34	0.230	0.078	2.033
Переменный резистор, СП5-2	R15	1	40	0.1	0.34	0.950	0.323	0.323
Конденсатор КМ-4	C1	1	46	0.2	0.05	0.10	0.05	0.05
Диод, КД510А	VD1-VD3	3	47	0.3	0.32	0.40	0.384	0.384
Микросхемы	DD1,DD2, DA1-DA6	8	49	1.0	1.23	0.37	3.64	3.64
Транзистор	VT1	1	40	0.4	0.18	0.62	0.112	0.112
1/ч.



Для расчета суммарной интенсивности отказов введем поправочные коэффициенты: Квл поправочный коэффициент негерметизированной аппаратуры (Квл=1.0), Км коэффициент для неамортизированной аппаратуры (Км=1.03), Кд коэффициент зависимости от давления (Кд=1.0).

Суммарная интенсивность отказов:

1/ч.

Среднее время безотказной работы определится как:

часов.

Тогда вероятность безотказной работы равна:

В расчетах были использованы данные:

Таблица № 10

Габаритные размеры блока.	Коэффициент заполнения	Мощность рассеиваемая блоком	Коэффициент перфорации	Условия эксплуатации	Заданное время безотказной работы	Заданная вероятность безотказной работы
l1l2l3.	объема блока Кзб	РБ=5 Вт	П	Вид апп.	Отн.вл %	Давление,мм.рт.ст	Тос,С	Тип нагрузки	часов	Р
0.150.150.15	0.5	5	0	П	70	760	+40	У	10000	0,95



Из расчетов по надежности видно, что заданная надежность ненамного выше надежности полученной расчетным путем (Рзад=0.95>Ррасч=0.93), что указывает на высокую надежность конструируемого устройства. Однако надежность можно ещё повысить следующими путями:

Схемными методами:

В нашем случае подходящими вариантами являются,

создание схемы с широкими допусками на параметры элементов и внешние воздействия,

создание схемы с ограниченными последствиями отказов.

Конструктивными методами:

создание благоприятного режима работы,

унификация элементов и узлов.

выбор и облегчение теплового режима работы устройства и его частей,

оптимальная трассировка и компоновка.

Перечень ТО для изготовления ФУ

А: 005.0200 Контроль входной.

Б: Верстак 183

К: Комплект согласно перечню элементов.

О: Контролировать ЭРЭ по внешнему виду и электрическим параметрам: 1) вскрыть упаковочную тару; 2) извлечь ЭРЭ из упаковочной тары; 3) проверить ЭРЭ визуально на отсутствие повреждений, наличие клейма и документа подтверждающего годность ЭРЭ; 4) проверить ЭРЭ по электрическим параметрам на основании ТУ; 5) сделать отметку входного контроля на ЭРЭ или в сопроводительном документе; 6) уложить ЭРЭ в тару.

Т: Приспособление для визуального контроля ГГ63669/012, тара цеховая 1-6; нож НМ150, пинцет ПГТМ120, комплект КИП.

А: 010.0111 Правка выводов ЭРЭ.

Б: Верстак 183

К: Микросхемы: К554СА3, К155ЛА8, К155ЛЛ2, К140УД6, К140УД7,

Транзистор КТ315А.

О: Правка выводов:

1) извлечь ЭРЭ из тары; 2) править выводы ЭРЭ; 3) проверить качество правки выводов; 4) уложить ЭРЭ в тару.

Т: тара цеховая, пинцет ПГТМ120, приспособление для правки выводов ЭРЭ.

А: 015.011 Правка и формовка выводов на автомате.

К: Резисторы

Конденсаторы

Диоды

Б: Верстак 183

О: 1) извлечь ЭРЭ из тары; 2) загрузить ЭРЭ в бункер автомата; 3) произвести правку и формовку выводов ЭРЭ в автомате; 4) извлечь ЭРЭ из автомата; 5) проверить выборочно качество правки и формовки выводов; 6) уложить ЭРЭ в тару.

Т: Автомат П-образной формовки выводов ЭРЭ ГГ М3.112.004., пинцет ПГТМ120, тара 1-6.

А: 020 Лужение выводов ЭРЭ и микросхем.

К: Резисторы

Диоды

Микросхемы

Транзистор

Б: Верстак 183

О: Лужение выводов ЭРЭ и микросхем: 1) извлечь ЭРЭ из тары; 2) окунуть выводы ЭРЭ в ванну с флюсом; 3) облудить выводы ЭРЭ; 4) уложить ЭРЭ в тару.

Т: Пинцет ПГТМ120, паяльник ПСМ266, припой ПОС 61, канифоль сосновая ГОСТ 1911373, вязь ГОСТ 1168076, спирто-нефрасовая смесь ГОСТ 44376.

Схема сборки функционального узла

1 Крепить гайками; 2 пайка волной припоя; 3 доделка; 4 контроль; 5 влагозащита; 6 выходной контроль.

Разработал: Голиков В.В.

Проверил: Гладышев С.П.

Тех. контроль: Карева В.С



4. Организационно-экономический раздел

В настоящем разделе рассматривается планирование этапов работ исследования и разработки регулятора напряжения, расчет затрат на выполнение работ и обоснование экономической целесообразности проводимого исследования.

Планирование работ по проведению исследования выполнено в виде сетевой модели, что позволяет более наглядно представить логическую взаимосвязь отдельных его этапов, определить работы критического пути и в итоге более успешно управлять процессом выполнения и реализации проекта.

Расчет затрат на исследование позволяет определить минимальную цену (нижний предел цены) данного исследования, как научно-технического продукта на рынке научно-технических достижений. Реальная цена выполненного исследования может оказаться выше в зависимости от конъюнктуры рынка научно-технических достижений и величины эффекта получаемого конечным пользователем этой продукции, ограничивающего верхний предел цены исследования.

Конкретную величину экономического эффекта от данного исследования определить не предоставляется возможным, потому что во-первых не известны конкретные объемы внедрения результатов исследования, во-вторыхнастоящее исследование не является законченной разработкой, а является лишь частью большого комплекса работ по совершенствованию электрооборудования автотракторной техники и в-третьих исследование в целом находится на такой стадии, когда окончательно не известны конкретные объекты применения результатов исследования.



4.1 Сетевое планирование

Планирование работ в виде сетевой модели наиболее эффективно использовать в сфере научных исследований, так как это позволяет наиболее рационально распределять ресурсы, сократить время выполнения исследования и выявить ключевые момент исследования.

4.1.1 Построение сетевой модели

Для построения сетевой модели составили перечень работ с учетом их логической взаимосвязи и возможного параллельного выполнения. Перечень работ приведен в Таблице № 11, где для каждого этапа работ назначены исполнители и экспертные оценки трудоемкости выполнения работ.

tmin оптимистическая оценка, дни.

tmax пессимистическая оценка, дни.

Таблица № 11 Содержание и продолжительность работ сетевого графика.

			Продолжительность,дни	Исполнители,чел.
№	Код работы	Наименование работ	tmin	tmax	НС	И	Л
1	0-1	Разработка технич. задания и утверждение темы исследования	3	5	1	1	-
2	1-2	Изучение состояния вопроса и тенденций развития АТ генераторов	7	10	1	-	-
3	1-3	Составление обзора литературы	4	6	1	-	-
4	2-3	Информация о современных тенденциях развития источников электроэнергии АТ техники	0	0	1	-	-
5	2-5	Изучение литературы по условиям эксплуатации генератора	3	5	-	1	-
6	3-4	Постановка задачи исследования	2	4	1	1	-
7	4-5	Выбор типа генератора для исследования	5	10	-	1	-
8	4-6	Выбор регулятора напряжения и обоснование его параметров	4	8	1	1	-
9	5-7	Оценка условий эксплуатации с точки зрения безопасности обслуживания генератора	2	4	-	1	-
10	5-9	Обоснование параметров генератора	3	5	-	1	-
11	6-8	Разработка структурной схемы регулятора напряжения	3	7	-	1	-
12	6-13	Разработка задания на ТЭО темы исследования	1	5	1	1	-
13	7-19	Разработка мероприятий по технике безопасности в условиях эксплуатации	2	4	-	1	-
14	8-9	Разработка силовой части регулятора	6	10	-	1	-
15	8-10	Выбор схемы управления	4	6	-	1	-
16	9-11	Расчет дросселя	5	10	-	1	-
17	9-12	Расчет транзисторов и диодов	4	6	-	1	-
18	10-14	Статический расчет регулятора	6	10	1	1	-
19	10-15	Динамический расчет регулятора	7	13	1	1	-
20	11-12	Выбор конструктивных элементов дросселя	3	5	-	1	-
21	12-15	Компоновка силовой части	4	6	-	1	-
22	13-20	Технико-экономическая оценка параметров регулятора напряжения	2	4	1	1	-
23	14-15	Выбор и построение модели исследования	4	8	1	1	-
24	15-16	Разработка принципиальной схемы регулятора	4	6	-	1	-
25	15-17	Моделирование работы регулятора	8	16	-	1	-
26	16-17	Разработка монтажной схемы регулятора	3	5	-	1	-
27	17-18	Разработка маршрутной карты тех. процесса изготовления	4	8	-	1	-
28	18-19	Информация о условиях изготовления для разработки мер по ТБ	0	0	-	1	-
29	18-20	Расчет надежности регулятора напряжения	3	5	-	1	-
30	18-21	Составление пояснительной записки по специальной части	8	16	1	1	-
31	19-21	Написание раздела по ТБ	4	6	-	1	-
32	20-21	Разработка экономической части проекта	5	10	1	1	-
33	21-22	Обсуждение результатов и защита проекта	2	4	2	1	-

По данным таблицы №11 построим сетевую модель, используя следующие обозначения /49 /:



Событие, момент без продолжительности, обозначающий начало и конец работы.

Действительная работа, процесс или действие, продолжительностью tij с начальным i и конечным j событием.

фиктивная работа, не имеющая продолжительности, обозначает зависимость или логическую взаимообусловленность.

В кружке события дополнительно обозначено:

i номер события,

Tрiранний срок свершения события,

Tпi поздний срок свершения события,

Ri резерв времени события.

Построенный сетевой график приведен на Рис. . Коэффициент сложности разработанного сетевого графика, определяемый отношением числа событий к числу работ составляет .



4.1.2 Расчет временных параметров сетевого графика

Ожидаемая продолжительность работ сетевого графика рассчитывается по формуле:

.

Дисперсия среднеквадратичного отклонения ij от ожидаемой продолжительности определяется по зависимости:

Результаты расчетов сведены в Таблицу № 12. Ожидаемая продолжительность работ проставлена под стрелками работ сетевого графика см.Рис.

Таблица № 12 Временные параметры сети.

		Продолжительность, дни	Дисперсия отклонений
№	Код работы	tmin	tmax	tож	ij
1	0-1	3	5	4	0.16
2	1-2	7	10	9	0.12
3	1-3	4	6	5	0.16
4	2-3	0	0	0	0
5	2-5	3	5	4	0.16
6	3-4	2	4	3	0.16
7	4-5	5	10	7	1.0
8	4-6	4	8	6	0.64
9	5-7	2	4	3	0.16
10	5-9	3	5	4	0.16
11	6-8	3	7	5	0.64
12	6-13	1	5	3	0.64
13	7-19	2	4	3	0.16
14	8-9	6	10	8	0.64
15	8-10	4	6	5	0.16
16	9-11	5	10	7	1.0
17	9-12	4	6	5	0.16
18	10-14	6	10	8	0.64
19	10-15	7	13	10	0.72
20	11-12	3	5	4	0.16
21	12-15	4	6	5	0.16
22	13-20	2	4	3	0.16
23	14-15	4	8	6	0.64
24	15-16	4	6	5	0.16
25	15-17	8	16	12	2.56
26	16-17	3	5	4	0.16
27	17-18	4	8	6	0.64
28	18-19	0	0	0	0
29	18-20	3	5	4	0.16
30	18-21	8	16	12	2.56
31	19-21	4	6	5	0.16
32	20-21	5	10	7	1.0
33	21-22	2	4	3	0.16

4.1.3 Расчет резервов времени событий и работ

Для расчета резервов событий необходимо определить ранние и поздние сроки свершения события.

Ранние сроки событий определяем используя цепной метод расчета (от исходного до завершающего):

Поздние сроки событий определяем аналогично, выполняя расчеты от завершающего события до исходного:



Резерв события рассчитывается как разность поздних и ранних сроков событий:

Рассмотренные выше расчеты выполнены непосредственно на сетевом графике, а результаты расчетов приведены в соответствующих секторах кружков обозначающих события (см Рис.).

Расчет резервов работ выполнен по формулам. Свободный резерв времени работ Rcij равен:

Полный резерв времени работ Rпij равен:

Для более полного анализа сети определим коэффициенты напряженности работ Кнij, который определяется отношением несовпадающих отрезков максимального пути к критическому пути Lкр:

.

Критическим путем сетевого графика является максимальная продолжительность из всех возможных путей сети, которая определяется при расчете ранних сроков сетевого графика и составляет 84 дня. Критический путь проходит по событиям: 0123468911121517182122 и выделен на сетевом графике (Рис. ) красным цветом.

Результаты расчетов резервов работ и коэффициентов напряженности приведены в Таблице № 13.

Таблица № 13 Резервы работ и коэффициенты напряженности

Код работы i, j	tож	Трi	Tрj	Tпj	Rcij	Rпij	Кнij
1-3	5	4	13	13	4	4	0.56
2-5	4	13	23	31	6	14	0.36
4-5	7	16	23	31	0	8	0.58
5-9	4	23	35	35	8	8	0.58
5-7	3	23	26	73	0	47	0.28
7-19	3	26	69	76	40	47	0.28
9-12	5	35	6	46	6	6	0.46
8-10	5	27	32	37	0	5	0.79
10-15	10	32	51	51	9	9	0.63
10-14	8	32	40	45	0	5	0.79
14-15	6	40	0	15	5	5	0.79
15-16	5	51	56	59	0	3	0.75
16-17	4	56	63	63	3	6	0.75
6-13	3	22	25	71	0	46	0.22
13-20	3	25	73	74	45	46	0.22
18-19	0	69	69	76	0	7	0.42
19-21	5	69	81	81	7	7	0.42
18-20	4	69	73	74	0	1	0.92
20-21	7	73	81	81	1	1	0.92

4.1.4 Анализ сетевого графика

Рассчитанные параметры сетевого графика (см. Табл.13) позволяют выполнить анализ сети.

Прежде всего определение критического пути позволяет установить наиболее напряженные работы исследования. В нашем случае к ним относятся такие работы как: выбор темы исследования, постановка задачи, выбор регулятора напряжения, расчеты силовой части и дросселя, компоновка и моделирование работы регулятора с генератором, защита проекта. Тоесть на критическом пути находятся основные содержательные работы проекта. На срок их выполнения и следует обращать внимание при работе над проектом.

Таблица рассчитанных резервов позволяет выявить наиболее свободные, ненапряженные по срокам работы. К ним относятся работы по выполнению раздела безопасности жизнедеятельности и экономической части проекта. Резервы времени достигают 4045 дней. Значения резервов событий проставлены в событиях сетевого графика в нижнем секторе (см.Рис. ), а кроме того зоны работ имеющие наибольшие резервы выделены на рисунке зеленым цветом.

Более наглядное представление о степени напряженности различных путей сети дает градация коэффициентов напряженности работ по трем зонам: избыточной, промежуточной и критической. Эти зоны выделенные цветом на графике (см.Рис. ) дают наглядное представление о характере различных работ. В случае необходимости можно выполнить оптимизацию сетевого графика за счет перераспределения ресурсов с работ имеющих наибольшие резервы на работы критического пути.

Учет колебания сроков свершения событий сетевого графика позволяет оценить вероятность наступления завершающего события в директивный срок. Предполагая, что значение длительности критического пути Ткр подчиняется закону нормального распределения, можно рассчитать эту вероятность используя аргумент функции распределения вероятностей (функции Лапласа):



,

где Тд- директивный срок выполнения проекта,

Ткрдлительность критического пути сетевого графика,

сумма дисперсий длительностей работ на критическом пути.

Принимая директивный срок, равный 83 дням, получим:

Используя функцию Лапласа /46/, получим Рк()=0.36. Для оценки полученного значения Рк имеются вполне определенные границы:

Рк>0.65 на критическом пути имеются избыточные ресурсы,

Рк<0.35 вероятность срыва директивных сроков очень велико, необходимо перепланирование сети,

0.35<Pк<0.65 наступление директивного срока достаточно вероятно.

В нашем случае значение вероятности Рк=0.36 свидетельствует о реальности директивного срока в 83 дня. С другой стороны небольшое различие директивного и критического сроков выполнения проекта косвенно свидетельствует о незначительном колебании сроков работ на критическом пути (т.е. малы значения дисперсии), что говорит о высокой напряженности работ исследования в целом, Так гипотетическое сокращение директивного срока еще на один день уже выводит работы критического пути на уровень Рк<0.35, что может привести к срыву выполнения проекта.



4.2 Расчет сметной стоимости и цены НИР

4.2.1 Расчет трудоёмкости и заработной платы работ сетевого графика

Для расчета основной заработной платы исполнителей по всем этапам работ примем следующие должностные оклады:

Категория	Месячный оклад	Коэффициент приведения
Научный сотрудник(НС)	720 000	1.30
Инженер-исследователь(И)	550 000	1.00
Лаборант(Л)	360 000	0.65

За базовую ставку возьмем зарплату инженера исследователя. Среднедневная ставка ИС составляет 26 000 руб.

Расчеты основной заработной платы по этапам работ выполнены в Таблице№10. Приведенная численность исполнителей работ определяется как сумма произведений числа работающих соответствующей категории с учетом коэффициента приведения.

Основная заработная плата по этапам работ определяется произведением базовой среднедневной ставки инженера-исследователя на приведенную численность исполнителей этого этапа работ.

Таблица № 14 Оценка трудоемкости и стоимости работ.

	Численность исполнителей	Приведенная	Продолжит. работ	Осн.зарплата
Код работы	НС	И	Л	численность	дней	И, дней	тыс.руб
0-1	1	1	-	2.3	4	9.2	239.2
1-2	1	-	-	1.3	9	11.7	304.2
1-3	1	-	-	1.3	5	6.5	169.0
2-3	1	-	-	1.3	0	0	0
2-5	-	1	-	1.0	4	4.0	104.0
3-4	1	1	-	2.3	3	6.9	179.4
4-5	-	1	-	1.0	7	7.0	182.0
4-6	1	1	-	2.3	6	13.8	358.8
5-7	-	1	-	1.0	3	3.0	78.0
5-9	-	1	-	1.0	4	4.0	104.0
6-8	-	1	-	1.0	5	5.0	130.0
6-13	1	1	-	2.3	3	6.9	179.4
7-19	-	1	-	1.0	3	3.0	78.0
8-9	-	1	-	1.0	8	8.0	208.0
8-10	-	1	-	1.0	5	5.0	130.0
9-11	-	1	-	1.0	7	7.0	182.0
9-12	-	1	-	1.0	5	5.0	130.0
10-14	1	1	-	2.3	8	18.4	478.4
10-15	1	1	-	2.3	10	23.0	598.0
11-12	-	1	-	1.0	5	5.0	130
12-15	-	1	-	1.0	5	5.0	130.0
13-20	1	1	-	2.3	3	6.9	179.4
14-15	1	1	-	2.3	6	13.8	358.8
15-16	-	1	-	1.0	5	5.0	130.0
15-17	-	1	-	1.0	12	12.0	312.0
16-17	-	1	-	1.0	4	4.0	104.0
17-18	-	1	-	1.0	6	6.0	156.0
18-19	-	1	-	1.0	0	0	0
18-20	-	1	-	1.0	4	4.0	104.0
18-21	1	1	-	2.3	12	27.6	717.6
19-21	-	1	-	1.0	5	5.0	130.0
20-21	1	1	-	2.3	7	16.1	418.6
21-22	2	1	-	3.6	3	10.8	280.8

Итого: 6505,2 тыс. руб.

4.2.2 Расчет затрат и цены НИР

Расчет сметной стоимости НИР выполняется в соответствии с калькуляцией затрат приведенных в Таблице № 15.

Рассмотрим постатейное формирование затрат:

Стоимость основных и вспомогательных материалов: тыс. руб

Канцелярские товары 30

Бумага писчая 500 листов 40

ватман 10 листов 22

Картридж струйного принтера 250

Пакеты прикладных программ:

Word 150

Exel 150

MathCAD 100

Turbo Pascal 80

Итого: 822 тыс.руб.

Спецоборудование:

Компьютер

IBM 586133 AMD/16/ 210/IDE PCI3000 тыс.руб.

Принтер HP Desk Jet 400 1350 тыс.руб.

Основная заработная плата на выполнение исследований рассчитана по сетевому графику, и составляет 6505.200 тысячи рублей.

Дополнительная заработная плата предусматривает расходы на оплату отпусков и другие разрешенные законодательством (КЗОТ) оплачиваемые отсутствия на работе. Примем дополнительную заработную плату в размере 10% от основной заработной платы непосредственных исполнителей.

0.16505.2=650,52 тыс.руб.

Отчисления на социальные нужды предусматривают выплаты в процентах от суммы основной и дополнительной заработной платы 38.5% в том числе:

на социальное страхование 5.4%,

на медицинское страхование 3.6%

в пенсионный фонд 28%,

в фонд занятости 1.5%.

В итоге отчисления на социальные нужды по данной теме составят:



0.385(6505.2+650.52)=2754,952 тыс.руб.

Контрагентные работы (выполняемые сторонними организациями) по данной теме не предусмотрены.

Командировочные расходы. По данной теме предусматриваются две командировки, одна в г. Самару(440 тыс.руб), и одна в г. Москву(660 тыс.руб). Ориентировочные расходы составят 1460 тыс.руб.

Прочие расходы связанные с выполнением патентных исследований, перевозок научно-технической литературы, составляют 1500,0 тыс.руб

Прибыль для расчета цены научно-технической продукции принимается в размере 1.5 от основной заработной платы по рекомендациям /47/:

1.56505.2=9757,8 тыс.руб.

Окончательная калькуляция сметы затрат и определение отпускной цены научно-технической продукции приведены в Таблице № 15. При расчете отпускной цены учитываем НДС (20%), для исследований выполняемых государственными учреждениями не учитывается.

Структура затрат исследования соответствует сложившейся. Основная заработная плата составляет 36 % от всех затрат, что соответствует распространенному нормативу для прикладных исследований 35 %.