АННОТАЦИЯ

В курсовом проекте разработана система автоматического управления подвеской автомобиля. Задача системы – автоматически менять жесткость амортизаторов подвески.

1. Техническое задание на разработку СУ

1.1 Общие требования

Полное наименование системы:“Система управления подвеской автомобиля”.

Система создается на основании статей и Internet сайтов, а т.ж. литературы указанной в перечне.

Результаты проделанной работы по созданию системы (её частей), оформляется в качестве курсовой работы по предмету ”Проектирование аппаратуры систем управления ”.

1.2 Назначение и цели создания системы

Назначение системы. Разрабатываемая система управления подвеской автомобиля (именуемая в дальнейшем – система) относится к классу бортовых систем и предназначена для установки в автомобилях отечественного и зарубежного производства в качестве дополнительного оборудования.

Объекты управления: подвеска автомобиля.

Цели создания системы. Целью курсового проекта по созданию системы является приобретение навыков разработки конструкторской документации на конкурентно способное изделие, реализация которого ориентирована на рынок.

Показатели объекта автоматизации (подвеска автомобиля), которые должны быть достигнуты в результате создания системы:

— сохраняя горизонтальное положение и устойчивость автомобиля — максимально возможный комфорт при езде по дороге и бездорожью

— предоставление водителю качественной «обратной связи» с автомобилем

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3500, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

1.3 Характеристика объекта управления.

Система должна при резком повороте автоматически повышать жесткость внешних и снижает жесткость внутренних амортизаторов. Органы управления должны быть расположены вблизи водительского места.

Привод управления подвеской в России не производится.

При разработке системы учесть, что в процессе движения автомобиля подвеска испытывает резкие удары и вибрации.

1.4 Требования к системе управления

Требования к системе в целом. Система управления должна обеспечивать управление подвеской автомобилей любого типа.

Требования к надёжности:

— наработка на отказ:

— гарантийный срок:

— долговечность (срок службы) :

— должна быть обеспечена ремонтопригодность, при этом среднее время восстановления не более …

Требования к методам оценки и контроля показателей надёжности на разных стадиях создания системы в соответствии с действующими нормативно-техническими документами (курс – «Надёжность технических систем»).

Требования безопасности:

— требования к системе по электробезопасности не предъявляются;

— обеспечить пожаробезопасность.

Требования к эргономике и технической эстетике. Система должна удовлетворять современным требованиям технической эстетики и быть удобной в управлении.

Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению системы:

— эксплуатация системы должна осуществляться автономно;

— предусмотреть возможность проведения ежегодных регламентных работ при прохождении автомобилем периодического технического осмотра;

— ремонт системы в условиях специализированной мастерской ;

— хранение в соответствие с ГОСТ 15150-80.

Требования по сохранности информации при авариях: не предъявляются.

Требования к защите от влияния внешних воздействий:

— температура окружающей среды от минус 50 до + 70 С

— влажность 98 % при температуре + 35 С;

— давление 760 + 140 мм. рт. ст;

— вибрация от 1 до 150 Гц с ускорением до 6g (60 м/c²);

— удары до 50кg при 2-6 мс.;

— пыль, капли дождя, брызги, пары бензина;

Система должна функционировать в условиях воздействия радиопомех, электрических, магнитных и электромагнитных полей создаваемых электрическим оборудованием автомобиля.

Требования к аппаратуре системы управления с точки зрения воздействия на смежные системы. Система не должна греть смежные системы, не создавать вибрационные и ударные перегрузки, не шуметь, не излучать и т.д.

Патентно-правовые требования. Патентная чистота системы и её частей должна быть обеспечена в отношении стран:

Требования технологичности, стандартизации и унификации. Разработка КД системы должна проводиться в соответствие с требованиями нормативно-технических документов, устанавливающих степень использования стандартных, унифицированных методов реализации функций (задач) системы, поставляемых программных средств, типовых математических методов и моделей, типовых проектных решений и т.п. (курс – “Конструирование и технология производства аппаратуры СУ”).

Дополнительные требования:

— требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению,

— требования к конструкторской, эксплуатационной и ремонтной документации;

— комплектность ЗИП, специнструмент и приспособления;

— экономические показатели и др. (в соответствии с нормативно-техническими документами и в рамках данного курсового проекта не рассматриваются ).

Технические требования к параметрам и характеристикам системы управления:

— максимально возможный комфорт при езде по дороге и бездорожью в зависимости от скорости и углов поворота;

— предоставление водителю качественной «обратной связи» с автомобилем путём отражения информации на индикаторе;

— параметры питающей сети — аккумуляторная батарея 12В;

— электроклапан – ток 10А.

— в случае выхода системы из строя питающая сеть не должна закорачиваться;

— габаритно-массовые характеристики должны быть минимальными.

— Амортизатор

— Длина камеры амортизатора 30см

— Точность управления 0.3 см

— в случае выхода системы из строя питающая сеть не должна закорачиваться;

— габаритно-массовые характеристики должны быть минимальными.

Система управления должна иметь звуковую сигнализацию по достижению объектом управления конечных пределов регулирования ; а т.ж. в случае превышения допустимого значения потребляемого тока, что может быть следствием, например, механического заклинивания вала двигателя. Звуковая сигнализация должна оставаться включенной до тех пор пока водитель не отпустит одну из кнопок управления.

Требования к видам обеспечения. В пояснительной записке к курсовому проекту должны быть приведены:

— в рамках математического обеспечения системы формулы и алгоритмы законов управления системы;

— в рамках информационного обеспечения системы должны быть приведены параметры информационного обмена между компонентами системы;

— в рамках технического обеспечения система должна строиться на отечественной элементной базе и только в технически обоснованном случае допускается применение зарубежной элементной базы;

1.5 Состав и содержание работ по созданию системы

В процессе выполнения курсовой работы (в течение 8-го семестра) должны быть разработаны: структурная, функциональная и электрическая схема системы;

1.6 Порядок контроля и приёмки системы

Защита курсовой работы проводится в конце 8-го семестра.

Требования к документации. Материалы курсовой работы должны быть оформлены в соответствие с требованиями к курсовой работе по курсу «Проектирование аппаратуры СУ»

1.7 Источники разработки

Конспекты лекций по «Технологии проектирования и производства АС» и ЦСУ, метрологии, схемотехнике, микропроцессоры и программирование, надежности, передача данных, автоматизированное проектирование систем и средств управления, фонд библиотеки МФ ЮурГУ и информационных сайтов системы Internet.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация

Техническое задание

Введение

Обоснование и выбор функциональной схемы

Введение.

Сегодня, на российском автомобильном рынке постепенно внедряют электронные системы управления подвеской автомобиля. В то время как на автомобилях иностранного производства эта система управления входит в стандартную комплектацию недорогого автомобиля. Благодаря этой системе, автомобиль справляется с любой дорогой довольно просто. Система позволяет подвеске активно реагировать на условия движения: резкие повороты, торможение, езда по бездорожью. Она позволяет водителю лучше чувствовать дорогу при движении по бездорожью. При резком повороте система автоматически повышает жесткость внешних и снижает жесткость внутренних амортизаторов, противодействуя крену кузова и сохраняя горизонтальное положение и устойчивость автомобиля. Аналогичным образом система смягчает поперечные крены кузова на бездорожье и «клевки носом» при торможении.

Главные особенности системы:

Максимально возможный комфорт при езде по дороге и бездорожью. Улучшенный контроль положения кузова автомобиля и предоставление водителю качественной «обратной связи» с автомобилем — при движении по дороге с твердым покрытием и по бездорожью. Отличная управляемость и устойчивость автомобиля.

Электронная подвеска за счёт изменения демпфирующих свойств амортизаторов увеличивает характеристики управляемости и устойчивости автомобиля на трассе. Существует три (на некоторых моделях два) уровня жесткости амортизаторов:

— мягкий — электроника выключена и машина идёт по трассе мягко, «проглатывая» неровности дорожного покрытия. В условиях обычной езды рекомендуется использовать именно этот режим, потому что через мягкую подвеску удары, передаваемые через сайлент-блоки и шаровые опоры на кузов, гораздо меньшей силы, а значит те самые шаровые и сайлент-блоки будут дольше служить.

— спортивный — электроника получает информацию от датчиков и адекватно реагирует, изменяя жесткость отдельных амортизаторов в ту или иную сторону, тем самым обеспечивая машине лучшую управляемость и устойчивость на трассе. Включая этот режим, замечаешь, как машина из плавного представительского класса трансформируется в спортивный автомобиль, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

— автоматический — этот режим как бы объединяет два предыдущих — при спокойной плавной езде подвеска работает в мягком режиме, но если увеличить скорость, то автоматически включится спортивный режим. Этот режим так же включается при значительных кренах в поворотах и при раскачивании автомобиля, а так же при резком разгоне или торможении.

На современных дорогих японских автомобилях применяется система электронного управления подвеской на пьезокристаллах. В отличии от обыкновенных подобных систем, датчики, изготовленные на пьезокристаллах мгновенно реагируют на характер движения автомобиля и быстродействие таких систем существенно увеличивается.

Существуют системы не только изменяющие жесткость амортизаторов, но и величину давления масла в них, за счёт чего устраняются крены автомобиля и, при движении по ухабистой дороге, увеличивается дорожный просвет.

Несмотря на все преимущества, которыми обладают электронные подвески, есть существенные недостатки таких подвесок: на наших дорогах такие подвески ходят меньше, чем обычные; амортизаторы и стойки таких подвесок примерно в полтора-два раза дороже простых.

Подвеской автомобиля называется совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между несущей системой и мостами или колёсами автомобиля, уменьшение динамических нагрузок на несущую систему и колёса, и затухание их колебаний, а также регулирование положения кузова автомобиля во время движения. Подвеска, являясь промежуточным звеном между кузовом автомобиля и дорогой, должна быть лёгкой и наряду с высокой комфортабельностью обеспечивать

максимальную безопасность движения. Для этого необходимы точная кинематика колёс, высокая информативность управления (не только рулевого), а также изоляция кузова от дорожных шумов и жесткого качения радиальных шин (особенно с низким профилем). Кроме того, надо учитывать, что подвеска передаёт на кузов силы, возникающие в контакте колеса с дорогой, поэтому она должна быть прочной и долговечной. Применяемые шарниры должны легко поворачиваться, быть мало податливыми и вместе с тем обеспечивать шумоизоляцию кузова.

Рис.1 Подвеска автомобиля

Рычаги должны передавать силы практически во всех направлениях, а также тяговые и тормозные моменты, и быть при этом не слишком тяжелыми. Упругие элементы при эффективном использовании материалов должны быть простыми и компактными, и допускать достаточный ход подвески (рис.1).

В качестве объекта управления выберем амортизатор. Далее рассмотрим его принцип действия. Амортизатор состоит из следующих основных частей: резервуара с головкой, рабочего цилиндра, клапана сжатия и штока в сборе с поршнем и клапанами, направляющей втулкой, гайкой, уплотнителями и кожухом. Объемом для рабочей жидкости служит цилиндр и резервуар, выполненные из трубы. В нижней части резервуара завальцовано дно, на которое опирается клапан сжатия. В верхней части резервуара нарезана резьба под гайку. Снаружи ко дну резервуара приварена нижняя головка амортизатора. Клапан сжатия состоит из корпуса, дисков, тарелки, пружины и обоймы.

Корпус клапана сжатия металлокерамический. В его верхней части проточено гнездо с фаской, перекрываемое дисками, которые поджимаются к гнезду пружиной через тарелку. Верхний конец пружины упирается в обойму, которая надевается на цилиндрический поясок корпуса клапана. Чтобы обеспечить проход жидкости из резервуара в цилиндр и обратно, в нижней части корпуса клапана выполнена цилиндрическая проточка и четыре вертикальных паза приблизительно такой же глубины, как и проточка. Такие же пазы имеются и в верхней части корпуса клапана сжатия.

Диски клапана сжатия плоские, выполнены из стальной ленты толщиной 0,15 мм, имеют по центру отверстия для прохода жидкости. В центральном отверстии диска имеется вырез, через который дросселируется жидкость при малой скорости перемещения поршня. У тарелки в нижней центральной части имеется цилиндрический выступ, который перекрывает центральное отверстие дисков, но не закрывает дросселирующий вырез. В собранном виде между тарелкой и диском образуется зазор для прохода жидкости. С этой же целью по наружному диаметру тарелки выполнено четыре сквозных отверстия.

Обойма имеет отбортовку и цилиндрический поясок, на который плотно насаживается цилиндр, что обеспечивает необходимую герметичность между клапаном сжатия и цилиндром. На штампованной поверхности обоймы выполнены шесть боковых и одно центральное отверстия для прохода жидкости.

В цилиндре установлен шток с поршнем, на котором смонтированы перепускной клапан и клапан отдачи. Поршень имеет вертикальные каналы, расположенные по двум окружностям; между собой каналы каждой окружности соединяются кольцевой проточкой. Каналы, расположенные ближе к центру поршня, перекрываются снизу дисками клапана отдачи, а сверху — дальше от центра — тарелкой перепускного клапана, поджимаемой пружиной. Ход тарелки ограничивается упором пружины в тарелку. Поршень уплотнен в цилиндре кольцом.

Диски клапана отдачи поджимаются к нижней торцевой части поршня пружиной через тарелку. При этом пружина поджимает наружную часть дисков, а внутренняя часть дисков плотно поджимается к поршню гайкой, навернутой на резьбовой конец штока. Для предохранения дисков клапана отдачи от повреждений и стабильной работы клапана между дисками и гайкой установлена шайба. Дроссельный диск клапана отдачи по наружному диаметру имеет шесть вырезов для прохода жидкости при плавном ходе отдачи.

Для направленного движения штока относительно цилиндра служит металлокерамическая направляющая втулка, установленная цилиндрическим пояском в калиброванном отверстии цилиндра. У втулки имеется наклонный канал для слива рабочей жидкости, прошедшей через зазор между штоком и направляющей втулкой, обратно в резервуар. Сверху в гнезде втулки установлен сальник из бензомаслостойкой резины. Рабочие кромки сальника охватывают хромированную поверхность штока, препятствуя выходу жидкости из амортизатора. Сальник вместе с кольцом, которое уплотняет зазор между направляющей втулкой и резервуаром, поджимается обоймой. Между обоймой и гайкой установлены металлокерамическое защитное кольцо и резиновая прокладка. Защитное кольцо снимает со штока грязь при ходе сжатия. На гайке имеются четыре отверстия под штифты ключа для разборки (сборки) амортизатора.

Работа амортизатора. Принцип действия амортизатора основан на создании повышенного сопротивления раскачиванию кузова за счет принудительного перетекания жидкости через малые проходные сечения в клапанах.

Такой амортизатор обеспечивает высокий уровень комфорта обычному легковому автомобилю и надежный контакт колес с дорогой, что позволяет существенно увеличить скорость движения без потери управляемости и устойчивости.

Рис.2 Задняя подвеска и амортизатор:

1—рычаг задней подвески; 2—кронштейн наружный; 3—гайка крепления кронштейна; 4 — болт крепления рычага; 5 — сайлентблок; 6 — гайка; 7 — кронштейн внутренний; 8 — серьга; 9 — кронштейн крепления нижней опоры амортизатора; 10 — буфер; 11 — шток амортизатора; 12 — обойма манжет; 13 — манжета верхняя; 14 — гайка резервуара; 15 — манжета нижняя; 16 — пружина; 17 — направляющая штока; 18 — рабочий цилиндр; 19 — цилиндр резервуара; 20 — детали клапана отдачи; 21 — детали клапана сжатия.

1 — Корпус-резервуар

2 — Рабочий цилиндр

3 — Поршень с клапаном отбоя

4 — Шток

5 — Ведущее — уплотняющий узел

6 — Корпус клапана сжатия

7 — Буфер отбоя

Чтобы управлять жесткостью подвески автомобиля нужно изменять сопротивление амортизаторов.

Амортизатор состоит из следующих основных частей: резервуара с головкой, рабочего цилиндра, клапана сжатия и штока в сборе с поршнем и клапанами, направляющей втулкой, гайкой, уплотнителями и кожухом. Объемом для рабочей жидкости служит цилиндр и резервуар, выполненные из трубы. В нижней части резервуара завальцовано дно, на которое опирается клапан сжатия. В верхней части резервуара нарезана резьба под гайку. Снаружи ко дну резервуара приварена нижняя головка амортизатора. Клапан сжатия состоит из корпуса, дисков, тарелки, пружины и обоймы.

Привод устанавливается на амортизаторе и приводит в действие управляющий стержень, который составляет единое целое с клапаном, изменяющим силу сопротивления амортизатора. Привод состоит из двигателя постоянного тока, зубчатой передачи и соленоида. Изменением токов, проходящих через двигатель и соленоид, осуществляется 3-ступенчатое переключение силы сопротивления. Ток пропускается в течение 150 мс только при переключении. Если ток протекает только через двигатель, то зубчатый сегмент в соответствии с полярностью тока двигается влево или вправо, а если ток проходит и через двигатель, и через соленоид, то зубчатый сегмент занимает промежуточное положение.

Обоснование и выбор структурной схемы управления.

Структурная схема предназначена:

1) для определения основных частей изделия, их функций и связей между частями системы.

2) на этапе проектирования – для выявления структуры будущего изделия при дальнейшей конструкторской проработки;

3) на этапе производства – для ознакомления с конструкцией изделия, разработки технологических процессов изготовления и контроля;

4) на этапе эксплуатации – для выявления неисправностей и технического обслуживания.

Структурная схема определяет основные функции и части изделия, их назначение и взаимосвязи. Структурная схема должна отображать принцип работы изделия в самом общем виде. На схеме отображают функциональные части изделия, а также основные взаимосвязи между ними. Построение схемы должно давать наглядное представление о последовательности взаимодействия функциональных частей изделия. Направление хода процесса обозначается стрелками.

Для обеспечения непрерывного контроля и коррекции угла поворота ствола лафета выбираем систему автоматического управления следящего типа, работающую по замкнутому циклу (рис. 1).

Сигнал с датчика угла поворота задатчика является входным сигналом системы. В каждом канале используется корректирующее звено (КК), для уменьшения времени регулирования и улучшения показателей системы. Далее сигнал усиливается усилителем (У), т. к. его мощности не достаточно для управления двигателем. В обратной связи включены датчики угла поворота (ДУП), которые служат для контроля угла поворота ствола. Далее преобразователь сигнала для преобразования и усиления сигнала с датчика.

Принцип разомкнутого управления.

Сущность принципа состоит в том, что алгоритм управления строится только на основе заданного алгоритма функционирования и не контролируется по фактическому значению управляемой величины.

Для обеспечения заданных параметров вращения целесообразно построить систему управления замкнутого типа по отклонению, по возмущению и комбинированные.

Принцип управления по отклонению (принцип обратной связи).

Этот принцип является одним из наиболее ранних и широко распространённых принципов управления. В соответствии с ним воздействие на регулирующий орган объекта вырабатывается как функция отклонения регулируемой величины от предписанного значения.

Принцип С. У. с компенсацией по управлению

Мы выбираем для реализации управления подвеской автомобиля схему на основе электроклапанов. Данная ниже структурная схема отвечает всем заданным требованиям работы.

Рис 2. Структурная схема системы управления подвеской автомобиля

Здесь:

accX – датчик угла наклона автомобиля;

accY – датчик угла крена автомобиля;

ДТ – датчики тока соленоидов электроклапанов;

Задатчик – формирует сигнал с датчиков на систему;

КК – корректирующие контура;

У – усилители;

ЭК – электроклапаны;

ОУ – объекты управления – подвески.

В зависимости от углов X и Y мы меняем жесткость той или иной подвески.

Таблица 1. Истинность для различных значений углов X и Y.

X Y ППЛ ППП ПЗЛ ПЗП

0 0 0 0 0 0

-1 0 + +

+1 0 + +

0 -1 + +

-1 -1 + 2+ +

+1 -1 2+ + +

0 +1 + +

-1 +1 + + 2+

+1 +1 + 2+ +

3 Описание функциональной схемы

3.1 Обоснование выбора исполнительного органа.

Электрические машины постоянного тока используются как в качестве генераторов, так и в качестве двигателей. Наибольшее применение имеют двигатели постоянного тока, области применения и диапазон мощности которых достаточно широки: от долей ватт (для приводов устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатанных станов, шахтовых подъемников и других механизмов). Двигатели постоянного тока широко используются для привода подъемных средств в качестве крановых двигателей и привода транспортных средств в качестве тяговых двигателей. Основные преимущества двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными двигателями переменного тока хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения около 2800 об/мин и более, а недостатки относительная высокая стоимость, некоторая сложность в изготовлении и пониженная надежность. Все эти недостатки машин постоянного тока обусловлены наличием в них щеточно-коллекторного узла, который к тому же является источником радиопомех и пожароопасности. Эти недостатки ограничивают применение машин постоянного тока.

С целью улучшения свойств двигателей постоянного тока были созданы двигатели с бесконтактным коммутатором, называемые бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ). Отличие БДПТ от коллекторных двигателей традиционной конструкции состоит в том, что у них щеточно-коллекторный узел заменен полупроводниковым коммутатором (инвертором), управляемый сигналами, поступающими с бесконтактного датчика положения ротора (ДПР).

Коэффициент полезного действия БДПТ по сравнению с коллекторными двигателями постоянного тока выше, что объясняется отсутствием щеточно-коллекторного узла, а значит электрических потерь в щеточном контакте и механических потерь в коллекторе.

К достоинствам БДПТ относятся также высокая надежность и долговечность, что объясняется отсутствием у них щеточно-коллекторного узла. Бесколлекторные двигатели могут работать в условиях широкого диапазона температур окружающей среды, в вакууме, в средах с большой влажностью и т.п., где применение коллекторных двигателей недопустимо из-за неработоспособности щеточно-коллекторного узла.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока имеют «большой» недостаток: сложная схема управления.

В рамках данного курсового проекта воспользуемся Электроклапаном постоянного тока.

3.2 Выбор схемы управления и усилителя

Для управления электроклапаном постоянного тока используются как линейные так и нелинейные усилители.

Линейный.

Если в качестве линейного усилителя используется только ОУ, то максимальное напряжение, прикладываемое к нагрузке, будет всегда меньше напряжения питания ОУ, и ток менее 1мА. Этот вариант не пригоден для практического применения. Необходимо применить усилитель тока, в качестве усилителя используется эмиттерный повторитель. Схема такого усилителя представлена на рисунке 1.

Схема с общим коллектором не инвертирует входной сигнал, имеет очень большое входное сопротивление, не обладая усилением по напряжению, эмиттерный повторитель обеспечивает значительное усиление по току, следствием этого является значительное усиление по мощности. Это является одним из основных достоинств этого каскада. Но для двигателей с токовым управлением такая схема неудобна, т.к. КПД её в данных условиях низок.

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на транзисторе при изменении тока через обмотку якоря от минимального до максимального значения. Формулы расчёта имеют следующий вид:

Для расчёта возьмём реальные данные, из тех значений, которые предложены в ТЗ.

Rя = 12B/10A = 1,2 Oм

Iя = 10B/1,2 = 8,3 A

Uк-э = 12-1,2*8,3=2 B

Pтр = 8,3 *2 = 16,6 Вт

Iк=2,5A

Pтр=2,5*(12-2,5*1,2)=22,5 Вт

Iк=5A

Pтр=5*(12-5*1,2)=30 Вт

Iк=7,5A

Pтр=7,5*(12-,5*1,2)=25,2 Вт

Iк=10A

Iк Ртр

0 0

2.5 22.5

5 30

7.5 25,5

10 0

Pтр=10*(12-10*1,2)=0 Вт

Мощность, рассеиваемая на транзисторе в значительной мере меняется в зависимости от тока коллектора. Так при 10 А рассеиваемая мощность практически равна нулю, а при токе 5 А рассеиваемая мощность составляет 30 Вт. Это влечёт необходимость использования мощных транзисторов и радиаторов. Соответственно это не выгодно и неудобно.

Импульсные усилители позволяют работать с импульсными сигналами. Эти усилители более медленные, однако, они обеспечивают высокий КПД. Эти усилители удобно применять в системах на микроконтроллерах и других цифровых системах. Маленькая рассеиваемая мощность элементов этих усилителей определяется малым падением напряжения на МОП транзисторах.

Импульсные усилители могут строиться на биполярных транзисторах, схема оконечного каскада усилителя на основе биполярных транзисторов для управления двигателем рисунок 2

У биполярных транзисторов Uкэ составляет примерно 1,5В.

Максимальная рассеиваемая мощность будет равна

Pтр = Iя*Uкэ = 8,3*1,5 = 12,5 Вт

Мощность, рассеваемая на транзисторе получилась значительно меньше, чем у линейного усилителя, но и эта схема не лишена недостатков. Поскольку биполярные транзисторы, выполняющие функции электронных ключей, открываясь и закрываясь, управляют направлением вращения ротора двигателя, следовательно, это должны быть очень мощные транзисторы.

Сегодня разработаны более совершенные, мощные и надежные транзисторы – КМОП-транзисторы. Их главным достоинством, применительно к рассматриваемой системе является очень низкая рассеиваемая мощность (порядка милливатт). Схема на основе КМОП-транзисторов представлена на рисунке 3.

Сопротивление канала КМОП-транзистора составляет единицы-десятки мОм. Возьмем МОП транзистор RSW200N05, имеющий сопротивление канала 3мОм. Поскольку ток в нагрузке протекает 8,3A,

напряжение на транзисторе падает:

Uтр=Iя*Rтр=8,3*0,003=0,0249 В

А рассеиваемая мощность:

Pтр=Iя*Uтр=8,3*0,0249=0,206 Вт

Произведя расчеты эмиттерного повторителя, импульсного усилителя на биполярных транзисторах и на КМОП-транзисторах приходим к выводу, что самая низкая рассеиваемая мощность на КМОП-транзисторах, их мы и будем использовать для нашей системы.

Способы модуляции импульсных усилителей.

Используется АИМ – амплитудно импульсная модуляция.

1) ВИМ – время импульсная модуляция

2) ЧИМ – частотная импульсная модуляция

3) ШИМ – широтно импульсная модуляция

4) ФИМ – фаза импульсная модуляция

5) ЧШИМ – частотно широтная импульсная модуляция

6) Релейная

1) Релейная импульсная модуляция.

Достоинства: простота

Недостатки: реле очень инерционное и обладает низким быстродействием, низкая надежность, залипание контактов, искрение при коммутации (возникают помехи)

2) ЧИМ – частотная импульсная модуляция

Достоинства: надежность включения оконечных каскадов.

Недостатки: на низких частотах система переходит в релейный режим работы.

3) ШИМ – широтно- импульсная модуляция

1) τио ≤ Тшим

2) τио >> Тшим

3) τио > 10 Тшим

Период следования или частота постоянна и она выбрана пределами резонансной частоты системы.

Недостаток: Длительность импульсов стремится к нулю при этом оконечные каскады работают не стабильно.

4)ЧШИМ – частотно широтная импульсная модуляция

Способ модуляции в котором достоинства ЧИМ и ШИМ и отсутствуют недостатки.

Где GN – генератор пилообразного напряжения.

Драйвер (предварительный усилитель).

20В>Uлог»1″>4В

Uлог»0″<0,5В для n-МОП

Eпит<Uвкл.<20В

Uвыкл. от 24…23,5В Известны МОП транзисторы Uпит = 1,5 кВ

Недостатки: Iяк. обмотки не прямопрапорционален входному напряжению.

Выбор датчика.

Датчик – это устройство для работы в системах автоматического регулирования и управления технологическими процессами, реагирующее на изменение измеряемого параметра и преобразующее его в промежуточное значение сигнала.

Существует большое количество различных датчиков, основанных на различных эффектах ( резистивные, ёмкостные, индуктивные, индукционные, оптические, и т.д.). Всё зависит от вида измеряемого сигнала, условий применения и желания разработчика.

Резистивные датчики

Они являются основными и самыми распространёнными. Резистивные датчики делятся на группы, в зависимости от вида входного воздействия:

• фоторезисторы;

• терморезисторы;

• пьезорезисторы;

• магниторезисторы;

• контактные резисторы;

• тензорезисторы;

Терморезисторы – работа датчика основана на изменении удельного сопротивления под воздействием окружающей температуры. Выполнены на основе платины, золота, меди, никеля. Обладают высокой стабильностью параметров во времени. Очень широко применяются в холодильных установках, различного рода печах, автотранспорте. Т.е. там, где необходимо поддерживать постоянную температуру, либо изменение температуры воздействует на другие изменяемые параметры. Включается по мостовой схеме. Схема включения и УГО изображены на рисунке 4.

Потенциометрические – датчики пути работают по принципу линейно изменяющегося сопротивления (реостата), в котором ползунок перемещается по направляющей. Напряжение питания подается к датчику таким образом, что выходное напряжение на ползунке пропорционально его положению на направляющей. Направляющая датчика изготавливается из высококачественного пластика. Благодаря этому достигается высокая разрешающая способность прибора при значительной скорости перемещения (до 10 м/с). Разумеется, датчик не должен подвергаться сильным вибрационным нагрузкам, так как существует опасность потери контакта ползунка с направляющей, что приведет к прерыванию временного процесса измерения. По тем же причинам потенциометрический датчик пути нельзя применять для измерения осциллирующих движений, так как при перемещении ползунка с высокой частотой на одном маленьком участке направляющей приведет к быстрому ее износу или даже к повреждению. Тем не менее потенциометрические датчики используются чаще всего благодаря своим преимуществам. Прежде всего это абсолютный процесс, при котором измеряемые величины могут быть сразу измерены при включении напряжения питания. Также датчик прост в обращении и при относительно невысокой стоимости позволяет с высокой точностью измерять перемещения в диапазоне от 10мм до 2000мм. УГО и схема замещения изображены на рисунке 5:

Рисунок 5.

Достоинства: очень простая реализация.

Недостатки: Низкая надежность, требуется усилие для поворота, габариты.

Тензорезисторы – датчики давления. Минусом таких датчиков является то, что они изменяют свои параметры при изменении температуры окружающей среды.

Емкостные датчики

Основной вид датчиков, используемых в системах управления. Ёмкость рассчитывается по формуле:

Где E0- диэлектрические постоянные вакуума, Е- диэлектрические постоянные изолятора, S-площадь обкладок, d- расстояние между обкладками. Плюсом таких датчиков является отсутствие контакта, следовательно они более надёжны, а минусом малая ёмкость и нелинейная зависимость выходных параметров.

Основное применение таких датчиков: измерение вибрации или расстояния до объекта; измерение конечного положения; измерение угла перемещения; измерение напряжения и фазы; измерение линейных ускорений и т.д.

В настоящие время в промышленности и на практике 75% датчиков реализованы на основе емкостных преобразований.

Индуктивные датчики

В основе их работы лежит индуктивность – накопление магнитной энергии. Индуктивность датчика можно рассчитать по формулам:

• без сердечника:

,

где l – длина катушки, N – количество витков, D – диаметр катушки.

• с сердечником:

Применение то же что и у индуктивных датчиков, только вместо движения пластин происходит перемещение сердечника относительно катушки. Плюсом таких датчиков является простота их конструкции, а минусом – нелинейная зависимость выходного сигнала

При использовании ферромагнетиков помещая, сердечник в катушку –индуктивность повышается, а при использовании диамагнетиков- индуктивность понижается.

Датчики угловой скорости.

Когда зубцы совпали с магнитом, магнитное поле увеличивается.

Достоинства: очень простые и надежные.

Датчики ХОША.

Используются вместо индукционных преобразователей

Sin cos вращающийся трансформатор.

С помощью sin cos трансформатора обеспечивается очень точные измерения перемещения ротора.

Оптические датчики.

Для измерения угловой скорости.

Недостатки: для того что бы определить вращение привода используется 2-й свето — диода и 2 фото – диода которые смещены друг относительно друга.

Датчик угла поворота служит для определения углов поворота, числа оборотов, скорости вращения и т.п. Предназначен для работы в жестких условиях эксплуатации (удары, вибрации, высокие и низкие температуры, влага) в таких отраслях, как станкостроение, автомобилестроение, машиностроение, строительство.

В данном курсовом проекте можно воспользоваться потенциометрическим, сельсины, СКВТ (синусно косинусный вращающийся трансформатор) датчиком.

Я воспользуюсь датчиком СКВТ так как он надежный, и точный.

Синусно – косинусные ВТ, у которых выходное напряжение одной обмотки пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой обмотки – косинусу угла поворота ротора (СКВТ);

.

Синусно-косинусные трансформаторы и сельсины разрабатываются и применяются в авиационной автоматике в качестве датчиков и приемников систем дистанционной передачи угла и преобразователей «угол-код». Разработано более 100 наименований изделий с различным конструктивным исполнением: корпусных, бескорпусных, контактных, бесконтактных, одноотсчетных, двухотсчетных, двухполюсных, многополюсных, резервированных (дублированных и с тройным резервированием).

Условия эксплуатации Синусно-косинусных трансформаторов:

Диапазон напряжений питания, В………..4-36

Диапазон частот питания, Гц ………………400-12000

Угловая погрешность……………….от 10″ до 20′

Вибрация при 5-2000 Гц, g……………до 30

Удары, g ………….. до 100

Температура, ° С …………..от минус 60