Число разрядов b 12 ---

Нелинейность :

К572ПВ1А -0,05 0,05

К572ПВ1Б -0,1 0,1

К572ПВ1В -0,2 0,2

Дифференциальная нелинейность , %:0

К572ПВ1А -0,1 0,1

К572ПВ1Б -0,2 0,2

К572ПВ1В -0,4 0,4

Абсолютная погрешность преобразования

в конечной точке шкалы , МР -127 127

Выходное напряжение низкого уровня , В --- 0,3

Выходное напряжение высокого уровня , В 2,4 ---

Ток потребления , мА --- 3

Ток потребления , мА 5 ---

Типовые зависимости дифференциальной нелинейности (а) и абсолютной погрешности преобразования в конечной точке шкалы, приведенной к диапазону выходного аналогового сигнала, в режиме ЦАП (б) БИС К572ПВ1 от температуры окружающей среды

Типовое значение выходного тока при = 10 В составляет 1 мА, а для выходного тока смещения нуля 50 мА. Входной ток управления не превышает 1 мкА. Нормальное функционирование БИС обеспечивается при тактовой частоте до 250 кГц.

Нумерация и назначение выводов (для КР572ПВ1 в скобках): 1 -- последовательный вход; 2 -- вход управления СР; 3 -- напряжение питания , 4 -- 16 -- цифровой вход-- выход (от СР к МР); 16 -- вход управления МР; 17 -- вход управления режимом; 22(18) -- выход Цикл; 23(19) -- вход сравнения; 24(20) -- напряжение питания , 26(21)-- вход ТИ; 26(22) -- выход Конец преобразования; 27(28)-- вход Запуск; 28(34) -- вход Цикл; 29(26) -- вход стробирования ЦАП; 30(27) -- цифровая земля; 31(28) -- конечный вывод РМ R -- 2R; 32(29) -- общий вывод резисторов R/2, R/4; 40(31) -- вывод резистора R/4; 41(32) -- вывод резистора R/2; 42(ЗЗ) -- опорное напряжение , 43(24)-- аналоговый вход 1; 44 (86) -- аналоговый вход 2; 46 (37) -- общий вывод резисторов аналоговых входов 1 и 2; 46(38) -- аналоговый выход 1; 47(39) -- аналоговый выход 2; 48(40) -- аналоговая земля; 18 -- 21, 33 -- 39 (26, 80, 36) -- незадействованные выводы.

Преобразователь работает от двух источников питания = В % и = 15 В %. При согласовании микросхемы с ТТЛ схемами напряжение питания устанавливают 5В%, а при согласовании с КМОП схемами 15 +5%. При любом напряжение высокого уровня на входе сравнения не должно быть менее 10 В.

Предельно допустимые и предельные режимов эксплуатации.

Предельно допустимые Предельные

Не менее Не более Не менее Не более

Опорное напряжение

, В -10,29 10,29 -15 15

Входное напряжение высокого

уровня , В -2,4 5,25 2,4 17

Входное напряжение низкого

уровня , В 0 0,4 0 0,4

Напряжение высокого

уровня на входе сравнения

и входе Цикл , В 10 15,75 0 17

Выходной ток высокого

уровня Iон, мА --- 0,04 --- 0,04

Входной ток низкого

уровня , мА --- 0,4 --- 0,4

При работе с микросхемой необходимо соблюдать правила подачи электрических режимов, постановки на плату и меры защиты, рекомендованные для микросхем К572ПА1 и К572ПА2.

Работа БИС в режиме АЦП проходит в соответствии с хорошо известным принципом последовательного приближения с программируемым сдвигом. Преобразование осуществляется за 12 рабочих тактов, каждый из которых по длительности равен двум импульсам ГТИ. Вспомогательный такт используется для формирования сигнала Конец преобразования. По этому сигналу происходит считывание цифровой информации.

В циклическом режиме работы за периодом считывания следует период возврата АЦП в исходное состояние (сброса) по сигналу с вывода 22 (Цикл).

Между выходом ЦАП и входом КН А2 применен буферный ОУ А1 для достижения максимальной точности и стабильности статических параметров преобразования. В АЦП КН работает в режиме сравнения токов, что позволяет достичь максимального быстродействия. Типовое время преобразования составляет 110 мкс. Включение резисторов R/2 или 2R в цепь обратной связи ОУ или на входе компаратора А обеспечивает изменение от 0 5 до 2 соответственно. Полярность диапазона входного напряжения может быть любой и устанавливается выбором полярности .

Число разрядов преобразования может быть уменьшено до произвольного путем подачи на вход 27 повторного сигнала. Запуск по окончании (n+1)-го такта. Соединение выводов 22 и 28 переводит схему из синхронного режима работы в циклический, при этом на вход 27 подается логический О.

Работа БИС в режиме ЦАП возможна в нескольких вариантах. Типовая схема включения в режиме ЦАП с параллельным вводом информации. С по- ступлением на вывод 17 логической 1 сдвигающий регистр переводится в режим буферного регистра. Запись информации в буферный регистр и регистр ЦАП производится подачей на вывод 25 сдвоенного импульса при наличии логического 0 на выводе 27. Минимальная длительность пары тактовых импульсов 5 мкс. Стирание информации в регистре последовательных приближений осуществляется подачей на вывод 27 логической 1, а ее запоминание в режиме ЦАП происходит при поступлении такого же сигнала на вывод 29.

Для ввода данных в последовательном коде соответствующий 12-разрядный код подается на вход 1, начиная с МР, синхронно с парами тактовых импульсов.

Типовые значения ряда дополнительных электрических параметров БИС К572ПВ1 таковы: выходной ток по аналоговому выходу = 1 мА (при = 10 В и коде 11... 11); входной ток по выводам управления = 1 мкА; температурный коэффициент нелинейности в режиме ЦАП = 1/; температурный коэффициент дифференциальной нелинейности = 1/; температурный коэффициент абсолютной погрешности преобразования в конечной точке шкалы в режиме ЦАП ,= 1/.

Усилитель напряжения.

Рассчитаем необходимый коэффициент усиления по напряжению для УН выходного напряжения

Усилитель напряжения построен по дифференциальной схеме на основе микросхемы операционного усилителя КР140УД26 со следующими характеристиками:

напряжение питания UП1, UП2, +15В, -15В;

напряжение смещения Uсм -- не более 0,03 мВ;

коэффициент усиления напряжения (при нулевой частоте сигнала) Ку.ДИФФ - 106;

входное дифференциальное сопротивление Rвх ДиФФ = 1,3 Мом;

выходное сопротивление RВЫХ=200 Ом.

Рис.3.14. Усилитель напряжения

Выходное напряжение усилителя поступает на аналоговый вход АЦП. Коэффициент усиления задается резисторами Rl -- R4, при этом должно выполняться условие

(3.11.)

Зададим значение резистора R2 равным 15 кОм. Примерное значение сопротивления Rl определим из необходимого значения коэффициента усиления УН:

Точное значение коэффициента усиления рассчитаем по выражению:

(3.12)

Погрешность коэффициента усиления равняется

0,005 % (3.13)

Входное сопротивление усилителя напряжения равняется

40000 Ом (3.14)

Выходное сопротивление усилителя напряжения равняется:

0,05 Ом (3.15)

Номиналы резисторов R3 и R4 принимаются равными соответственно R1 и R2. резисторов R1-R2 Резистор R5 применяется для балансирования операционного усилителя.

Микропроцессорная система. КР1816ВЕ49

Микросхема представляет собой однокристальную 8-разрядную микро-ЭВМ с масочным ПЗУ емкостью 16 кбит (2048x8), содержимое которого задается в процессе изготовления ИС. Корпус типа 2123.40-2, масса не более7 г. Содержит 36000 интегральных элементов.

Рис. 3.15. Микропроцессор

Назначение выводов: 1 -- вход/выход тестирования; 2, 3 -- для подключения кварца, LC-цепи; 4 -- вход установки; 5 -- вход пошагового выполнения команд; 6 -- вход сигнала прерывания; 7 -- вход сигнала разрешения работы с внешней памятью; В -- выход сигнала чтения; 9 -- выход сигнала управления считыванием из внешней памяти; 10 -- выход сигнала записи; 11-- выход сигнала разрешения фиксации адреса; 12...19-- выходы/выходы порта 0; 21...24, 35...38 -- входы/выходы порта 2; 20 -- общий; 25 -- выход программирования; 26 -- напряжение питания при программировании; 27...34-- входы/выходы порта 1; 39 -- вход тестирования; 40 -- напряжение питания.

Электрические параметры

Напряжение питания...........4,75…5,25 В

Входное напряжение высокого уровня...

Входное напряжение низкого уровня -0,5…+0,8 В

Выходное напряжение высокого уровня

при =-0,4 мA

Выходное напряжение низкого уровня при = 2 мА

Ток потребления

Выходной ток в состоянии “выключено”

Ток утечки на входах..................

Потребляемая мощность..............580 мВт

Тактовая частота

Емкость нагрузки

Минимальное время выполнения короткой команды .. 1,36мкс

Преобразователь

Асинхронный последовательный интерфейс по стандарту RS-232 обеспечивается с помощью преобразователя типа MAX233 (микросхема DD10) рис 25, подключенного к выводам TDO, DRI порта SCI. Соединение микроконтроллера с внешними устройствами по стандарту RS-232 производится через 9-контактный соединитель Х1 (рис 3.16).

Рис. 3.16

Используя его, можно подключить контроллер к управляющей микроЭВМ, или осуществить их объединение в сеть.

Соединитель Х1 имеет вид.

Рис. 3.17 Разъем

Интерфейсы COM

Рис. 3.18 Разъем

Блок питания.

Источник электропитания должен обеспечить питание схемы усиления и коммутатора , +15 В и -15 В, для контроллера и его периферийных устройств +5 В, для индикаторов +9 В.

Суммарный потребляемый ток данных микросхем и нагрузки усилителя:

Выберем трансформатор ТПП261 ШЛМ 25-32 мощностью 31 ВА, напряжением вторичных обмоток 10 В, 10 В В, номинальным током в первичной 0.19 А и во вторичных обмотках 0.475 A.

Для выпрямления напряжения питания будем использовать диодный мост КЦ40Г (IПРmax=0.5 А).

В качестве стабилизаторов напряжения выберем микросхемы:

- для Uпит1=+15 В - микросхему К142ЕН8;

– для Uпит2=-15 В - микросхему К142ЕН11;

Для стабилизации номинального напряжения Uпит используем стабилитроны:

- для Uпит3=+9 В - стабилитрон КС190Г (Iст=10 мА);

- для Uпит4=+5 В - стабилитрон КС156А (Iст=5 мА);

Определим номиналы сопротивлений R22 и R23:

,

Из [E24] R22=620 Ом, R23=820 Ом

Рис. 3.19 Блок питания

Номиналы конденсаторы C1-C4 возьмем по 100 мкФ.

3.13 Система индикации

Система индикации будет аналоговой

Проектирование частотомера

Необходимо разработать частотомер, измеряющий частоту напряжения в диапазоне от 400(Гц) до 4000 (Гц) c погрешностью 5 (Гц) и с временем индикации 1.5 (с). В качестве частотомера будет использоваться электронно-счетный частотомер, работа которого снована на подсчете числа импульсов измеряемого сигнала. Частотомер состоит из мультивибратора, формирователя, RC-цепочки, пяти счётчиков, пяти дешифраторов, пяти жидкокристаллических индикаторов.

Рис. 3.20 Cтруктурная схема частотомера

Расчитаем RC цепочку:

Зададим ёмкость конденсатора C4 из ряда Е192, параметры которого :номинал 10(нФ)

точность ±0,5%

Значение резистора найдём из выражения ф=R9·C4;

Где ф<<1/4000=0,00025, Возьмём ф=0,000001

R9=ф/С4=0,000001/10нФ=100(Ом)

RC-цепочка производит сброс счётчика и работает по фронту импульса мультивибратора

Рис. 3.21 R-C цепочка

Мультивибратор

Мультивибратор-генератор импульсов напряжения с формой, близкой прямоугольной, состоящий из широкополосных электронных усилителей, охваченных положительной обратной связью, глубина которой остаётся постоянной в широкой полосе частот. Его название отражает тот факт, что такое напряжение при разложении в ряд Фурье представляется рядом, содержащим много высших гармоник (мульти-много). Данный мультивибратор построен на основе микросхемы КР1006ВИ1. Для мультивибратора существуют специальные расчётные

формулы, мы ими воспользуемся. Длительность стадий зарядки Т1 и разрядки Т2 конденсатора можно оценить с помощью уравнений

Т1=0,69(R5+R6)C3 (3.16)

Т2=0,69R5С3

Т1=1,5(с)-время индикации частоты, Т2=1(с)-время счёта.

Зададим С3=10(мкФ), его значение соответствует номинальному ряду Е192, тогда

R5+R6=Т1/0,69С3=1,5/0,69•10•0,00001=217391(Ом)

R5=T2/0.69•C3=1/0.0000069=144928(Ом)

Рис. 3.22. Мультивибратор

R5=145(кОм)

Из номинального ряда Е192

R6=217391-144928=72463(Ом); R6=73,2(кОм) из номинального ряда Е192;

Частота генерируемых импульсов в данном случае равна:

f=1/(Т1+Т2)=1/(1,5+1)=0,4(Гц) (3.17)

Выбираем значение С2=0,01(мкФ) соответствует номинальному ряду Е192.

Формирователь.

Расчёт формирователя сводится к выбору стабилитрона и диода, потому что операционный усилитель, входящий в формирователь, не влияет на работу усилителя-не создаёт помех, не влияет на коэффициент усиления.

В качестве диода VD1 выбираем диод с обратным напряжением, превышающим максимальное выходное напряжение усилителя. Диод Д310.

В качестве стабилитрона VD2 выбираем стабилитрон с напряжением стабилизации, равным уровню логической единицы для микросхем серии ТТЛ. Стабилитрон-КС407Б

R7=10(кОм); R8=2(кОм) из ряда Е192, точность ±0,5%

Для более чёткого выделения импульсов на выходе операционного усилителя устанавливаем элемент И-НЕ на базе микросхем: КР1561ЛА10(после мультивибратора)

После формирователя включим триггер Шмита КР1533ТЛ3(триггер с эмитерной связью).

Обычно используется в качестве порогового устройства, реагирующего на определённый уровень входного сигнала вне зависимости от скорости его изменения. Несимметричный триггер-это регенеративное устройство, имеющее гистерезисную передаточную характеристику, у которой выходной сигнал может принимать два значения. Переход от одного уровня сигнала к другому происходит скачкообразно при определенном значении входного сигнала - напряжении срабатывания. Возвращение в исходное состояние происходит при другом уровне входного сигнала-напряжении отпускания. Подобные регенеративные устройства обычно используются для формирования резких перепадов напряжения из сравнительно медленно меняющихся входных сигналов. В нашем случае сигнал после формирователя не является прямоугольным, поэтому мы ставим триггер Шмита.

Рис. 3.23 Формирователь

Для объединения сигнала с мультивибратора и формирователя ставится логический элемент 2И-НЕ с открытым стоковым входом (КР1533ТЛ2). Соединив 2 элемента И мы избавимся от инверсии на выходе.

Таблица 3.2

По таблице истинности строим графики, выходящие с формирователя, мультивибратора и после объединения на логическом элементе «И»

Рис. 3.24 Графики, поясняющие работу устройства вывода информации и частотомера.

Счетчиком называется узел для подсчета числа входных сигналов и хранения двоичного кода числа подсчитанных сигналов. Счетчики - это конечные автоматы, внутреннее состояние которых определяется только количеством сигналов «1», пришедших на вход. Сигналы «0» не изменяют их внутреннее состояние. В качестве счётчика возьмём четыре синхронных четырёхразрядных двоично-десятичных счётчика. К555ИЕ9. Содержит 236 интегральных элементов. Масса не более 1,2 гр.

Электрические параметры: Напряжение питания 27В±5%.

Входное U низкого уровня <0,5

Выходное U высокого уровня >2,5

Дешифратор. Дешифратор-это комбинационное устройство, позволяющее распознавать числа, представленные позиционным n-разрядным кодом. Дешифраторы применяют для расшифровки адресов ячеек запоминающих устройств, высвечивания букв и цифр на мониторе, индикаторах и других устройствах.

Возьмём дешифратор К555ИД6. Микросхема эта представляет собой двоично-десятичный дешифратор 4 на 10. Содержит 274 элемента. Масса не более 1,2 гр.

Индикатор.

Жидкокристаллические индикаторы относятся к числу пассивных приборов. В основу их работы положено свойство некоторых веществ изменять свои оптические показатели (коэффициенты поглощения, отражения, рассеивания, показатель преломления, спектральное отражение или пропускание, оптическую анизотропию, оптическую разность хода, оптическую активность) под влиянием внешнего электрического поля. Вследствие модуляции падающего света изменяется цвет участка, к которому приложено электрическое поле, и на поверхности вещества появляется рисунок требуемой конфигурации. В качестве веществ, имеющих подобные свойства, используют жидкие кристаллы.

В качестве ячейки индикации возьмем индикатор типа ЦИЖ-8. ЦИЖ-8 - одноразрядный цифро-знаковый индикатор с высотой цифры 40 мм. Работа основана на эффекте динамического рассеяния в жидких кристаллах. Корпус выполнен из стекла и компаунда с выводами под разъем. Масса не более 35 г. Основное назначение - отображение информации на табло группового пользования. Индикатор ЦИЖ-8 показан на рисунке 3.27.

Рис. 3.25 Индикатор

Предельные эксплуатационные данные

Минимальное напряжение управления эффективное: 15 В.

Максимальное напряжение управления эффективное: 30 В.

Диапазон рабочей частоты управляющего напряжения: 30-1000 Гц.

Диапазон рабочей температуры окружающей среды: I -50 °С.

3.14 Моделирование системы в Matlab 6.5

При выполнении выпускной работы рекомендуется использовать пакеты прикладных программных систем (ППС), применение которых во много раз позволяют повысить эффективность расчетов. При анализе и синтезе характеристик приборов, электронных устройств, систем автоматического регулирования и управления эффективно использование следующих прикладных программных систем:

- пакеты ППС Derive, которые обеспечивают проведение как простых, так и умеренно сложных вычислений в символьном (аналитическом) и в численном виде. В них имеются развитые возможности двумерной и трехмерной графики и богатые библиотеки внешних расширений.

- систему Mathcad , которая имеет мощные средства для реализации численных методов расчета и математического моделирования. Все это дополняется средствами визуализации вычислений - от представления исходных данных и результатов вычислений в естественном математическом виде до мощной цветной графики высокого разрешения.

- систему MATLAB, которая предназначена для выполнения инженерных и научных расчетов, ориентированная на работу с массивами данных. Система поддерживает выполнение операций с векторами, матрицами и многомерными массивами, решение нелинейных уравнений и задач оптимизации, решение дифференциальных и разностных уравнений, построение различных видов графиков, трехмерных поверхностей и линий уровня. Достоинством системы является возможность её расширения с целью решения новых научно-технических задач. При выполнении выпускной работы могут повысить производительность расчетов пакеты исследования линейных стационарных систем Control System Toolbox и моделирования нелинейных систем Simulink.

Эти ППС позволяют решать многие задачи расчета и моделирования характеристик изделий приборостроения с высокой производительностью и имеют возможности представления результатов в виде таблиц и графиков.

Провели моделирование аналоговой части системы, которая отвечает за регулирование. Результаты моделирования приведены в приложении.

Было проведено моделирование каналов частоты и температуры по отдельности, а затем объединение их в одну с помощью селектора. Система устойчива, что видно из результатов моделирования. Вначале была смоделирована система для одновального двигателя, затем на основе ее разработалась САУ для двухвальной системы.

Передаточные функции, которые использовались при моделировании.

1. Передаточная функция двигателя по каналу частоты высокого давления.

(3.17)

где - коэффициенты усиления двигателя и регулятора; постоянные времени двигателя и регулятора.

2. Передаточная функция двигателя по каналу частоты вращения высокого давления

(3.18)

3. Передаточная функция двигателя по каналу температуры

(3.19)

4. Передаточная функции регуляторов частоты вращения , , , а также их датчиков равны .

(3.20)

Рис.3.26. Канал частоты

Рис. 3.27 Канал температуры

Рис.3.28. САУ одновального двигателя

Заключение

В данном проекте разработана система автоматического управления ГТД с селектором. Система включает в себя блок управления на основе микропроцессора, блок регулирования, блок индикации, рассчитаны первичные преобразователи частоты вращения, температуры. Проект содержит структурную схему, электрические принципиальные системы управления и системы регулирования, систему отображения информации. Подобраны элементы системы, такие как исполнительное устройство электромагнитного типа, регуляторы частоты вращения ротора высокого и низкого давления, а также регулятор температуры. Рассмотрен принцип работы селекторов максимума и минимума, разработано их устройство. Система регулирования двухвального двигателя с селектором смоделирована в Matlab 6.5, выяснилось, что система устойчива и отвечает заданным техническим требованиям. Содержание дипломного проекта соответствует техническому заданию.

Список литературы

1. Синяков А. Н., Шаймарданов, Системы автоматического управления ЛА и их силовыми установками. М.: Машиностроение, 1991 г.

2. Филипс Ч., Харбор Р., Системы управления с обратной связью. М.: Лаборатория базовых знаний, 2001 г.

3. Гультяев А., Визуальное моделирование в среде MATLAB. М.: Питер, 2000 г.

4. Иванов А. И., Электронная техника регулирования, учебное пособие.-Уфа,1980.

5. Бойко В. И., Схемотехника электронных систем. Микропроцессоры и микроконтроллеры. Санкт-Петербург, 2004.

6. Боднер В. А., Рязанов Ю. А., Шаймарданов Ф. А., Системы автоматического управления двигателями летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1973

7. Миловзоров О. В., Панков И. Г., Электроника. М.: Высшая школа, 2005.

Размещено на Allbest.ru