Система управления спутником связи
Вывод математической модели спутника на основе уравнений движения. Моделирование нескольких вариантов замкнутой системы. Выбор оптимального регулятора и измерительных приборов. Расчет элементов стабилизирующего устройства. Конструкция печатной платы.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.09.2018 |
| Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Поступают иначе. Радиосигнал излучают со спутника, принимают на Земле и переизлучают обратно на спутник. Теперь за время сигнал проходит удвоенное расстояние , дальность по-прежнему легко рассчитать . Преимущество нового пути очевидно: моменты ухода и прихода сигнала определяют по одним и тем же (спутниковым) часам и не надо заботиться о согласовании двух времени. Тем самым устраняется ошибка, свойственная первому способу измерения.
Первый способ определения дальности полета спутника называется - беззапросным методом, второй - запросным методом.
В данной работе для измерения дальности полета спутника используется радиолокатор, расположенный на борту КА.
3.2.3 Способы определения скорости спутника
В основе измерения скорости лежит эффект Доплера (рисунок 3.1)
Рисунок 3.1- Эффект Доплера: если приемник удаляется или сближается с передатчиком, частота принятого сигнала не равна частоте передатчика.
Он проявляется так. Пусть передатчик излучает электромагнитные колебания на частоте f0, а приемник улавливает эти колебания. Если расстояние между передатчиком и приемником s не изменяется, то частота принятого сигнала тоже будет f0.
Но вот приемник начал движение - например, удаляется от передатчика со скоростью . Тогда и частота принимаемого высокочастотного сигнала f станет меньше, чем при неподвижном приемнике . При сближении приемника с передатчиком, частота наоборот возрастает .
Разность частот называют частотным сдвигом Доплера или короче, частотой Доплера. Эта разность пропорциональна скорости. Измерив частоту Доплера , тем самым определим скорость , если, конечно точно известен коэффициент пропорциональности между ними, которой зависит от исходной частоты f0 и скорости распространения радиоволн с.
Для траекторных измерений эффект Доплера используются так (рисунок 3.2). Земная измерительная станция состоит из передатчика и эталонного генератора частоты f0 с высокой степенью стабильности колебаний. На спутнике размещают приемник, эталонный генератор той же частоты f0 и схемы сравнения частот. Эта схема измеряет разность , то есть частоту Доплера или (в ином масштабе) скорость .
Рисунок 3.2 - Измерение скорости на основе эффекта Доплера.
Точность измерения определяется двумя обстоятельствами: тем, во-первых, насколько точно измерена частота Доплера, и, во-вторых, тем, насколько величина коэффициента , принятая для пересчета частоты в скорость , соответствует реальности.
В данной работе измерение скорости производиться так же на основе эффекта Доплера с применением установки изображенной на рис 3.2.
3.3 Разработка системы стабилизации спутника
3.3.1 Целесообразность применения операционных усилителей
Управление, полученное в предыдущем разделе
,
необходимо реализовать. Вначале построим функциональную схему устройства управления, которая приведена на рисунок 3.4.
Рисунок 3.4- Функциональная схема устройства управления
Для реализации устройства управления в данном случае целесообразно использовать операционные усилители.
Операционный усилитель (ОУ) - это усилитель с большим коэффициентом усиления и непосредственными связями, применяемый в основном в качестве активного элемента в схемах с обратными связями. При достаточном коэффициенте усиления ОУ по напряжению передаточная характеристика устройства вместе с цепями обратной связи может являться функцией только параметров цепей обратной связи, независящих от усилителя.
С помощью ОУ выполняют, как традиционные математические операции: суммирование, вычитание, интегрирование и дифференцирование, так и реализуют всевозможные усилители постоянного и переменного тока и напряжения, логарифмические усилители, модуляторы, повторители напряжений, функциональные преобразователи и т. д.
ОУ тем точнее будет реализовать заданную для него конкретной схемой включения функцию, чем ближе его электрические параметры будут приближаться к параметрам идеального ОУ.
Рисунок 3.5 - Схема реализации устройства стабилизации
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 3.6 - Принципиальная электрическая схема стабилизирующего устройства
Схема реализации устройства стабилизации и принципиальная электрическая схема стабилизирующего устройства, выполненные на УО, изображены на рисунок 3.5 и рисунок 3.6 соответственно. Разное количество ОУ объясняется тем, что первый и третий коэффициенты усиления, по скорости и углу, соответственно, небольшие и для их исполнения достаточно одного ОУ. Второй коэффициент усиления, по высоте, наоборот велик, поэтому используется три ОУ.
3.3.2 Расчет и выбор элементов устройства управления
Схема устройства управления, изображенная на рисунок 3.5 и рисунок 3.6, реализует закон управления
,
то есть необходимо реализовать умножение сигналов трех датчиков на три соответствующих коэффициента усиления , , , затем полученные сигналы сложить. Как отмечалось ранее, второй коэффициент велик по этому, его разбиваем на три примерно равных, значения - 52,972. Первый коэффициент усиления выполнен на ОУ DA2, следующие три - на операционных усилителях DA1, DA3, DA5, а третий - на DA4. Усилитель DA6 выступает в качестве сумматора.
По данным значениям выбираем из справочника http://www.studfiles.ru/preview/4633603/ модели операционных усилителей. Наименование элементов указано в спецификации к схеме реализации и принципиальной электрической схеме устройства управления (приложение 1). Необходимо так же рассчитать и выбрать резисторы. Зададимся номиналом для резисторов R7=R10=10 кОм, а R4 рассчитаем по формуле
,
отсюда кОм.
Аналогично рассчитаем значения сопротивления резисторов R1, R5, R15 и R6, учитывая, что
R13=R2=R3=R9=R11=R16=R17=R18=R8=R12=R14=R16=R20=10кОм. Следовательно, кОм, а кОм. Модели резисторов также выбираются с помощью справочника и указаны в спецификации (приложение 1).
3.4 Конструкция печатной платы
Элементы устройства управления размещаются на печатной плате. Источник питания располагается на отдельной печатной плате, которая размещается в том же корпусе, что и печатная плата стабилизирующего устройства. Конструкция двухслойной печатной платы устройства управления выполнена в программном пакете PCAD 2002. На рис. 3.7 представлен сборочный чертеж этой печатной платы, а на рис. 3.8 и 3.9 - верхний и нижний её слои соответственно. Рис. 3.10, рис 3.11 отображают нижний и верхний слои разработанной печатной платы.
Исходными документами при разработке печатной платы являются: электрическая схема и перечень элементов. Принципиальная электрическая схема дает полную информацию о количестве, типе радиоэлектронных элементов и порядке их соединения. В перечне элементов, помещенном в Приложении, уточняются типы и номиналы всех деталей принципиальной схемы.
Для конструируемой печатной платы прямоугольной формы максимальный размер любой из сторон не более 470 мм. Соотношение линейных сторон выберем не более 3:1. Для увеличения механической прочности равномерно распределяем центры масс элементов, а наиболее тяжелые располагаем в близи мест крепления платы к корпусу.
Для двухсторонней печати, с целью уменьшения паразитных связей, проводники располагаем по возможности перпендикулярно друг другу. В данном случае напряжение между проводниками схемы не превышает 1000 В, поэтому в соответствии с ГОСТ 10317-9 расстояние между дорожками печатной платы выбрано не менее 0,5 мм. После изготовления платы силовые дорожки проверяются на ток, исходя из удельной плотности тока 3 А/мм2.
Рисунок 3.7- Сборочный чертеж печатной платы
Рисунок 3.8 - Сборочный чертеж печатной платы, верхний слой
Рисунок 3.9 - Сборочный чертеж печатной платы, нижний слой
Рисунок 3.10 - Печатная плата, верхний слой
Рисунок 3.11- Печатная плата, нижний слой
4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ СИСТЕМЫ
4.1 Анализ причин возникновения опасных и вредных факторов при проектировании
Любая деятельность человека потенциально опасна. Опасность может привести к нарушению нормального состояния человека, т.е. причинить вред его здоровью. Это значит, что под опасностью следует понимать явления, процессы, объекты, способные в определенных условиях наносить ущерб здоровью человека непосредственно или косвенно, т.е. вызывать нежелательные последствия.
Задачей данного раздела является анализ возможных опасных факторов во время проектирования системы и выработка мер по их предупреждению.
В борьбе с опасностями важно выделить те материальные объекты, которые являются их носителями. В трудовом процессе к таким объектам относятся: предметы труда и средства труда (приборы и подставки под них, образцы и инструменты), различные виды энергии (электрическая, тепловая, мускульная, звуковая и т.д.), природно-климатическая среда, люди.
Известно, что наличие опасности не означает, что несчастье обязательно случится. Для того, что бы оно произошло, необходим ряд условий, среди которых может быть процесс старения материалов, внезапный выход из строя какого-либо элемента или нарушение техники безопасности работы с оборудованием. Таким образом, человек в той или иной мере подвергается риску во время всей своей деятельности.
Риск - отношение числа тех или иных неблагоприятных последствий к их возможному числу за определенный период. Значение уровня риска позволяет сделать определенное заключение о целесообразности (или нецелесообразности) дальнейших усилий для повышения безопасности того или иного рода деятельности с учетом экономических, технических и гуманистических соображений. Чтобы повысить безопасность необходимо иметь информацию о процессах, действиях, факторах и т.д. которые могут привести к возникновению опасной ситуации.
На стадии проектирования системы автоматического управления применение ПЭВМ значительно повышает уровень организации труда, сложные инженерные расчеты упрощаются, информация о ходе различных технологических процессов становится более наглядной и т.д. Однако, работая непосредственно с ПЭВМ, на человека воздействует масса вредных факторов, ведущих к различным заболеваниям. К таким факторам можно отнести: ультрафиолетовое излучение, электромагнитное излучение; электростатическое поле (ЭСП), возникающее в результате облучения экрана потоком заряженных частиц электронной трубки мягкое рентгеновское излучение; неудовлетворительное освещение и микроклимат.
Как известно, у работающих с компьютером от 2 до 6 часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, болезни сердечно-сосудистой системы - в 2 раза чаще, болезни верхних дыхательных путей - в 1,9 раза чаще, болезни опорно-двигательного аппарата - в 3,1 раза чаще. С увеличением продолжительности работы на компьютере соотношения здоровых и больных среди пользователей резко возрастает. Исследования так же показали, что даже при кратковременной работе (45 минут) в организме пользователя под влиянием электромагнитного излучения монитора происходят значительные изменения гормонального состояния и специфические изменения биотоков мозга. Особенно ярко и устойчиво эти эффекты проявляются у женщин.
Уже через два часа после начала работы перед экраном у оператора появляются и быстро усиливаются болезненные симптомы: головная боль; боль в мускулах лица и шеи, позвоночнике; боль в глазах. Эти симптомы, атакже подавленность, вялость, депрессия, являются признаками синдромастресса оператора.
Труд операторов ПЭВМ можно отнести к психофизическим формам труда, так как необходимо воспринимать изображение на экране, постоянно следить за его динамикой, различать тексты рукописных и печатных материалов и многое другое.
Отдельные воздействия можно отнести к физическим (повышенная запыленность, повышенный уровень ионизирующих излучений (ИИ) в рабочей зоне, высокий уровень электромагнитного излучения, ЭСП, недостаточное освещение и т.д.) и психофизическим (нервно-психические перегрузки) опасным и вредным факторам.
Так как работа с компьютером связана с приемом и переработкой информации, то это позволяет причислить работу оператора к разряду работ, требующих преимущественного напряжения сенсорного аппарата, внимания, памяти; активизации процессов мышления. Данный вид труда характеризуется значительным снижением двигательной активности, что приводит к формированию сердечно-сосудистой патологии. Длительная умственная нагрузка угнетает психику, ухудшаются функции внимания, снижается восприятие (появляется большое количество ошибок). Основным показателем умственного труда является его напряженность.
Напряженность труда отражает преимущественную нагрузку на центральную нервную систему (ЦНС).
Оператор ПЭВМ проявляет достаточно малую физическую активность, что позволяет рассматривать этот вид работы как статический.
Статическая работа связана с фиксацией орудий труда в неподвижном состоянии, а также с приданием человеку вынужденной рабочей позы.
В зависимости от характера деятельности мускулатуры можно выделить два вида статических работ:
1) статическая работа по удержанию орудий труда;
2) статическая работа, направленная на поддержание позы. В данном случае имеет место второй вид.
Следует отметить, что статическая работа утомительнее и однообразнее динамической.
В связи с тем, что длительное поддержание вынужденных и неудобных рабочих поз способствует развитию перенапряжения и патологических состояний опорно-двигательного аппарата, сосудистой системы ног и нижней части корпуса, меры профилактики должны быть комплексными. Они должны включать мероприятия по рационализации рабочих мест и самих рабочих поз, внутрисменных режимов труда и отдыха, занятия различными видами спорта.
К факторам, влияющим на устойчивость человека к монотонии, относятся: характер и условия работы, профессиональная и физическая подготовленность, функциональное состояние человека.
Установлено, что монотонный труд вызывает, прежде всего, изменения функционального состояния ЦНС. Монотонная профессиональная деятельность развивает состояние фрустрации, т.е. неудовлетворенности потребности человека в разнообразной, интересной деятельности. Отрицательные последствия фрустрации: увеличение числа несчастных случаев и профессиональных заболеваний: рост неврозов, снижение производительности труда и его качества.
Существует ряд вредных факторов, которые способствуют развитию, как монотонии, так и различных болезненных ощущений.
К этим факторам относятся: освещение, шум, неблагоприятный микроклимат, вредные излучения.
Теперь необходимо рассмотреть воздействие различных видов излучений.
Воздействие ультрафиолетового (УФ) излучения необходимо для нормальной жизнедеятельности человеческого организма и количественно оценивается эритемным действием, т.е. покраснением кожи.
Наиболее подвержен действию УФ излучения зрительный анализатор. Но острые и хронические профессиональные поражения могут быть вызваны лишь УФ излучением от производственных источников.
На оператора ПЭВМ помимо УФ действует электромагнитное излучение. Опасность биологического воздействия электромагнитного поля (ЭМП) на человека зависит от интенсивности поля, длины волны, времени воздействия и исходного, функционального состояния организма.
Наиболее чувствительной к воздействию ЭМП является ЦНС, причем чувствительность возрастает с ростом интенсивности ноля. Влияние на кору больших полушарий головного мозга приводит к нарушению ее регулирующих действий и, как следствие, к изменению уровня кровяного давления.
Основными мерами защиты от ЭМП являются: защита временем, защита расстоянием, экранирование источников излучения, уменьшение излучения, экранирование рабочих мест, средства индивидуальной защиты.
Другим вредным воздействием является воздействие ЭСП, характеризуемого напряженностью (Е). Исследования показали, что наиболее чувствительными к ЭСП являются нервная, сердечно-сосудистая, нейрогуморальная системы организма. Люди жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др.
4.2 Меры по устранению причин опасных и вредных факторов при проектировании
Трудно найти идеальное положение, в котором можно пребывать и работать в течение всего дня. Для большинства людей комфортабельным рабочим местом должно быть такое, которое можно приспособить не менее чем для двух позиций, при этом положение кресла монитора и клавиатуры должны каждый раз соответствовать выполняемой работе и привычкам.
Положение тела должно соответствовать направлению взгляда; дисплеи, расположенные слишком низко, являются основными причинами появления сутулости. Расстояние от дисплея до глаз должно быть 60 - 70 см, но не меньше 50 см.
Форма спинки кресла должна повторять форму спины. Необходимо установить кресло на такой высоте, чтобы не чувствовалось давление на копчик (кресло расположено слишком высоко) или на бедра (кресло расположено слишком низко). Угол между бедрами и позвоночником должен составлять 90о, однако большинство людей предпочитают сидеть несколько откинувшись.
Удобная высота стола особенно важна в том случае, когда на нем располагается клавиатура. Если стол слишком высок, то необходимо поднять повыше кресло, а под ноги поставить скамеечку, если низом подложить что-нибудь под ножки.
Быстрая утомляемость глаз, стала одной из наиболее частых жалоб пользователей компьютеров. Для того чтобы защитить свои глаза, необходимо помнить о следующем:
- прежде чем начинать работать на компьютере, необходимо пройти всестороннее обследование у окулиста и регулярно, не менее одного раза в год, посещать врача в последующем;
- терминал не должен быть обращен экраном в сторону окна, если все-таки приходиться сидеть возле окна, то необходимо расположиться под прямым углом к нему, причем экран дисплея тоже должен быть перпендикулярен оконному стеклу, это исключает блики на экране;
- специалисты рекомендуют пользователям компьютеров поддерживать освещенность на уровне, составляющем 2/3 от нормальной освещенности служебных помещений;
- стена или какая-либо поверхность позади компьютера должна быть освещена примерно как экран;
- желательно пользоваться специальными фильтрами для экрана.
Рабочие места с ПЭВМ по отношению к световым проемам располагаются так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.
Оконные проемы в помещениях использования ПЭВМ оборудуются регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.
4.2.1 Требования к мониторам ПЭВМ
Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах и в вертикальной плоскости в пределах с фиксацией в заданном положении. Должно также предусматриваться наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающие возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений.
Требования к мониторам четко регламентируются. Наибольшее распространение в мире получили такие стандарты как MPR II , NCO'92, ТСО' 95. У нас в стране действует российский стандарт ГОСТ 27954-88
Основные показатели, которые регламентируют данные стандарты:
- частота кадров;
- уровни шумов в диапазоне сверхнизких и низких частот;
- уровни электромагнитных полей и качество изображения;
Если монитор работает с низком частотой регенерации (частотой кадров ниже 70 Гц), то становится заметным мерцание экрана. Это в лучшем случае вызывает неудобства, я в худшем - приводит к головным болям и переутомлению зрения. Таким обрядом чтобы монитор не утомлял глаз, он должен обеспечивать частоту регенерации не менее 80 Гц при разрешении 1024x768 точек.
Уровни электромагнитных полей, требуемые стандартами MPR II и ТСО'95 приведены в таблице 4.1, а характеристики мониторов, требуемые по ГОСТ 27954-88, приведены в табл.4.2.
Таблица 4.1 - Требования, предъявляемые к мониторам европейских стандартов
|
Диапазон частот |
Требования MPR II (расстояние 0,5 м) |
Требования ТСО'95 (расстояние 0,5 м) |
|
Сверхнизкие(5 Гц - 2кГц) Низкие (2 кГц - 400кГц) |
Электрическое поле |
Электрическое поле |
|
25 В/м2,5 В/м |
10 В/м 2 В/м |
||
Сверхнизкие(5 Гц - 2кГц) Низкие (2 кГц - 400кГц) |
Магнитное поле |
Магнитное поле |
|
250 нТ25 нТ |
200 нТ 25 нТ |
Таблица 4.2- Требования, предъявляемые к мониторам российским стандартом
|
Характеристики монитора |
Требования ГОСТ 27954-88 |
|
|
Частота кадров при работе с позитивным контрастом |
Не менее 60 Гц |
|
|
Частота кадров в режиме обработки текста |
Не менее 72 Гц |
|
|
Дрожание элементов изображения |
Не более 0,1 мм |
|
|
Антибликовое покрытие |
Обязательно |
|
|
Допустимый уровень шума |
Не более 50 дБ |
|
|
Мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана при 41-часовой рабочей недели |
Не более 0,03 мкР/с |
Кроме того, данным стандартом не допускается применение взрывоопасных ЭЛТ, регламентируется степень детализации технической документации на мониторы, а так же устанавливаются требования стандартизации и унификации, технологичности, эргономики и технической эстетики, экологической безопасности, технического ремонта и обслуживания, а также надежности.
Дерево причин отказов системы
Рисунок 4.1- Дерево отказов
4.2.2 Требования к микроклимату и вентиляции
Микроклимат характеризуется температурой воздуха; относительной влажностью воздуха; скоростью движения воздуха и интенсивностью теплового излучения.
В лаборатории должны существовать оптимальные микроклиматические условия, воздействующие на человека и обеспечивающие сохранение нормального функционального и теплового состояния организма.
Избытки явного тепла характеризуют остаточное количество тепла, поступающего в помещение, когда тепловыделение больше теплопотерь.
В помещениях, в которых ведется работа с мониторами и ПЭВМ обеспечивается оптимальные параметры микроклимата. Для повышения влажности воздуха в помещениях с мониторами ПЭВМ применяются увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или прокипяченной питьевой водой.
Системы отопления и системы кондиционирования следует устанавливать так, чтобы ни теплый, ни холодный воздух не направлялся на людей. Рекомендуется создавать динамический климат с определенными перепадами показателей. Температура воздуха у поверхности пола и на уровне головы не должна отличаться более, чем на 5 градусов. Эффективным средством нормализации воздуха в помещении является вентиляция. В частности, применение кондиционеров, которые автоматически обрабатывают воздух, обеспечивают оптимальные параметры по температуре, влажности и другим БЗФ.
Естественная вентиляция осуществляется через оконные и дверные проемы. Помимо естественной вентиляции предусматривают приточно-вытяжную вентиляцию.
Химический состав воздуха помещений зависит от длительности пребывания в них людей, работы технологического оборудования. Поэтому для обеспечения нужных гигиенических качеств воздуха во всех производственных помещениях предусматривают вентиляцию.
4.2.3 Освещенность
Рациональное освещение рабочего места является одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность трудовой деятельности человека, предупреждающих травматизм и профессиональные заболевания. Правильно организованное освещение создает благоприятные условия труда, повышает работоспособность и производительность труда. Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работник мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин:
- недостаточность освещенности;
- чрезмерная освещенность;
- неправильное направление света.
Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики, дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям. Используются три вида освещения: естественное (источником является солнце), искусственное, совмещенное (одновременное сочетание естественного и искусственного освещения).
Естественное освещение колеблется по временам года и по часам суток. Непостоянство освещения во времени вызвало необходимость введения отвлеченной единицы измерения естественной освещенности, которая называется коэффициентом естественной освещенности (КЕО).
Искусственное освещение промышленных предприятий осуществляется лампами накаливания и газоразрядными. С помощью соответствующего размещения светильников в объеме рабочего помещения создается система освещения
Применение только местного освещения не допускается. Общее освещение может быть равномерным или локализованным.
Местное освещение предназначено только для освещения рабочей поверхности и может быть стационарным и переносным, для него чаще всего применяются лампы накаливания, так как люминесцентные лампы могут вызвать стробоскопический эффект (своеобразное ощущение раздвоения движущихся и вращающихся предметов вследствие пульсации светового потока).
Для защиты глаз от блеклости светящейся поверхности ламп служит защитный угол светильника - угол, образованный горизонталью от поверхности лампы (края светящейся нити) и линией, проходящей через край арматуры.
Эффективность осветительных установок в процессе эксплуатации может снизиться, поэтому необходимы систематический надзор за их состоянием, своевременная очистка арматуры, ламп от пыли, копоти, окраска оборудования, стен, потолка.
4.3 Пожарная безопасность
Одной из наиболее вероятных причин чрезвычайной ситуации при проектировании является пожар. Пожар - неконтролируемое горение вне специально оборудованного очага, наносящее материальный ущерб и создающее опасность для жизни и здоровья людей.
Независимо от причин возникновения возгорания пожарная опасность характеризуется рядом опасных факторов пожара (ОФП). Согласно ГОСТ 12.1.004-91 установлены следующие ОФП: повышенная температура окружающей среды; пониженная концентрация кислорода; открытое пламя и искры; токсичные продукты горения.
Легковоспламеняемым объектом могут служить строительные материалы для эстетической отделки помещения, вещества и материалы, применяемые в технологическом процессе изготовления системы, изоляция кабелей и монтажных проводов, а также электронные элементы и детали системы. Основной наиболее возможной причиной воспламенения или пожара в помещении является неисправность в электропроводке. Короткое замыкание может возникнуть при неправильной работе или эксплуатации электроустановок, износе или повреждении изоляции. В некоторых сетях токи вызывают искрение и разогревание токоведущих частей до высокой температуры, что может повлечь за собой воспламенение изоляции проводов и находящихся рядом легковозгораемых конструкций и материалов.
Помещение лаборатории, где проводилась работа над проектом, относится к категории "без повышенной опасности". По ГОСТ 12.1.013-81 в таких помещениях для питания электрооборудования и приборов допускается напряжение не выше 220 В. В лаборатории имеется электрощит, защитное заземление. Защита сети от короткого замыкания обеспечивается плавкими предохранителями электроприборов и устройством автоматического отключения. Предусмотрены выключатели для отключения питания всех приборов в лаборатории. В качестве средств пожаротушения используются пожарные краны, находящиеся в коридоре, а также переносной углекислотный огнетушитель типа ОУ-2А, который предназначен для тушения небольших очагов пожара.
В случае возникновения пожара в лаборатории находится телефонный аппарат для необходимого вызова городской пожарной части.
4.4 Защита окружающей среды
Разработанное устройство повышает безопасность при пилотировании самолета, по сравнению с аналогом. Это достигается посредством увеличения точности измерения и регулирования, а так же своевременного оповещения пилоту о неполадках системы управления. Устройство уменьшает риск аварий при пилотировании летательного аппарата, повышая тем самым безопасность людей, находящихся на борту и снижает возможность загрязнения окружающей среды при крушении самолетов.
На данный момент проблема охраны окружающей среды стала одной из самых острых и актуальных. Это обусловлено совершенствованием технологий на базе новых достижений науки. В связи с этим резко увеличилось количество вредных выбросов, пагубно влияющих на окружающую среду.
- При эксплуатации разрабатываемое устройство не будет оказывать вредного воздействия на окружающую среду по следующим причинам:
- при работе системы не происходит выброс каких-либо токсичных веществ в атмосферу;
- в устройстве не содержится блоков и систем, способных выработать электромагнитное излучение, опасное для окружающего мира.
Как было отмечено выше, прибор не содержит в себе вредных веществ (токсинов, радиоактивных элементов), поэтому на этапе утилизации также не требуется принятие специальных мер по охране окружающей среды, за исключением тех, к которым обычно прибегают при уничтожении отработавших электронных приборов.
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
5.1 Маркетинговое исследование рыночных перспектив разработки
5.1.1 Исследование спроса
Разработано устройство стабилизации, реализующее модальное управление, которое обеспечивает движения спутника по стационарной круговой орбите.
С постоянным обновлением элементной базы и появлением новых электронных средств появляется потребность совершенствования и внедрения новейших устройств управления в частности на космических аппаратах, что позволяет обеспечивать высокую точность, надежность, длительный срок службы, широкие функциональные возможности. Применение более качественных систем стабилизации безопасность полетов.
Требования, предъявляемые к проектируемой системе, формулируются с помощью некоторых критериев качества таких, как точность, быстродействие, потребляемая энергия; надежность; стоимость проектирования, изготовления и эксплуатации системы.
Прежде, чем производить продукт необходимо знать, нужен ли он вообще, т.е. знать потребность в нем. Потребность находит свое отражение в спросе. Если нет спроса, то не следует ориентировать этот продукт на этот рынок, а исследовать другие.
Удовлетворить запросы потребителей - непростая задача. Прежде всего, нужно хорошо изучить рынок, т.е. ответить на вопросы: кто покупает, какое количество, по какой цене, с какой целью, для удовлетворения каких потребностей, где покупает. Для этого проводят маркетинговые исследования. Изучать всех покупателей продукта невозможно, да и ненужно. Целесообразно найти тот сегмент потребителей, который обеспечит основной сбыт.
Для этого используют сегментирование потребителей, или сегментирование рынка, что одно и то же. Необходимо поделить потребителей на отдельные группы (сегменты), обладающие одинаковой реакцией на действия маркетингового характера.
Сегментирование проводят по ряду признаков. В данном случае будем использовать географический принцип сегментирования рынка.
Выделим сегменты на территории Российской федерации, среди которых Северный Кавказ, Центральная Россия, Урал, Сибирь и Дальний Восток. При этом будем считать, что потребителями могут быть, как сами самолетостроительные заводы, так и организации, занимающиеся производством отдельных деталей для спутников. Подсчитаем примерное количество потенциальных потребителей на Северном Кавказе. Их количество будет равно 600. Тогда в Центральной России количество потенциальных потребителей будет составлять 1200, на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке соответственно 600, 240 и 300. Таким образом, общее количество потенциальных потребителей 3000.
5.1.2 Оценка конкурентоспособности
Успех в конкурентной борьбе в большей степени определяется тем, насколько удачно выбран тип конкурентного поведения организации и насколько умело он реализуется на практике.
Конкурентоспособность изделия - это его способность противостоять на рынке изделиям, выполняющим аналогичные функции. При этом конкуренцию составляют нетолько изделия тойже технологически-конструктивной группы, но и любой товар, выполняющий аналогичные функции. Конкурентоспособность определяется многими факторами. Одни факторы определяют характеристики самого продукта, другие зависят от темпов технического развития товарной группы, к которой относится изделие, третьи - от рыночной конъюнктуры. Необходимо учесть, что организации, производящие отдельные детали приспособления для спутников могут быть не только потенциальными покупателями, но и потенциальными конкурентами. Исходя из этого, примерное количество конкурентов будет 12000.
5.1.3 Подход к ценообразованию
Цена остается важным показателем, несмотря на повышение роли неценовых факторов в процессе современного маркетинга. Цена, если она правильно определена, окажет решающее воздействие на процесс покупки товара.
Система стабилизации движения спутника - продукт, не представляющий собой продукцию массового потребления. Это штучный продукт. Исходя из этого, и определяется стратегия ценообразования - ценообразование по нацеленной прибыли (фирма ставит цель по прибыли, которую она собирается достичь, и цены устанавливает с учетом достижения этой цели), а так же из технических показателей.
5.2 Выбор аналога
В качестве аналога может быть выбрано любое устройство, работающее аналогично представленному. В данной ВКР это аналогичное устройство управления, стабилизирующее объект управления и реализованное на микроконтроллере.
Проведём сравнение разработанной системы управления и системы, являющей базой сравнения:
- точность: у разработанной системы точность ниже;
- интерфейс: разработанная система имеет более надежный интерфейс;
- требуемые ресурсы: примерно одинаковые;
- быстродействие: в разработанной системе время установления угла прецессии больше.
5.3 Расчет интегрального технического показателя качества
Составим таблицу критериев качества и найдем интегральный показатели качества методом экспертных оценок.
Таблица 5.1- Оценка критериев качества
|
Параметры |
Весовой коэффициент важности, |
Новая разработка, |
База сравнения, |
|||
|
Число баллов, |
Значимость, |
Число баллов, |
Значимость, |
|||
|
Быстродействие |
0.2 |
1 |
0.2 |
0.6 |
0.12 |
|
|
Точность |
0.55 |
1 |
0.55 |
0.6 |
0.33 |
|
|
Надежность |
0.13 |
1 |
0.13 |
1 |
0.13 |
|
|
Кол-во регулируемых параметров |
0.08 |
1 |
0.08 |
0.9 |
0.072 |
|
|
Наименьший вес |
0.04 |
1 |
0.04 |
0.7 |
0.028 |
|
|
1=1 |
2= 0.68 |
Таким образом, исходя из приведенной таблицы, можно рассчитать следующие параметры.
Интегральный показатель качества:
,(5.1)
.(5.2)
Таким образом, можно сделать вывод, что новая разработка в 1.43 раза лучше выбранной базы сравнения.
5.4 Расчет затрат на этапе проектирования
Под проектированием будем понимать совокупность работ, которые необходимо выполнить, чтобы разработать систему или часть системы, или решить поставленную задачу.
Для расчета затрат на этапе проектирования необходимо определить продолжительность каждой работы (начиная с составления технического задания (ТЗ) и до оформления документации включительно). Продолжительность работ определяется либо по нормативам (при этом пользуются специальными справочниками), либо рассчитывают их по экспертным оценкам по формуле [8]:
,(5.3)
где - ожидаемая длительность работы;
и -наименьшая и наибольшая длительности работ, соответственно.
Расчеты длительностей работ на этапе проектирования сведены в табл.5.2.
Таблица 5.2 - Длительность работ на этапе проектирования
|
№ |
Наименование работы |
Длительность работы, дн. |
|||
|
i |
|||||
|
1 |
Разработка ТЗ |
1 |
2 |
1 |
|
|
2 |
Анализ ТЗ и работа с источниками |
14 |
21 |
17 |
|
|
3 |
Составление плана работ |
1 |
1 |
1 |
|
|
4 |
Построение математических моделей |
7 |
10 |
9 |
|
|
5 |
Разработка алгоритмов |
20 |
28 |
24 |
|
|
6 |
Синтез регулятора |
10 |
14 |
12 |
|
|
7 |
Моделирование системы |
10 |
14 |
12 |
|
|
8 |
Оформление пояснительной записки |
12 |
18 |
15 |
Длительность всего этапа разработки системы составляет ровно 14 недель, отведенных на этап выполнения ВКР, т. е. длительность этапа проектирования (день).
Рисунок 5.1- Линейный график работ
Капитальные затраты на этапе проектирования рассчитываются по формуле (5.4):
,(5.4)
где
- затраты времени на разработку алгоритма работником i-ой категории, чел./дн;
- средняя дневная заработная плата работника i-ой категории, руб./дн, 640руб/день (13440руб/месяц);
- количество работников i-ой категории, ;
- коэффициент дополнительной заработной платы, ;
- коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату, ;
- коэффициент затрат на накладные расходы, ;
- коэффициент рентабельности, учитывающий прибыль предприятия;
- машинное время, необходимое для тестирования алгоритма;
- эксплуатационные расходы, приходящиеся на один час машинного времени,=100руб/ч.
Таким образом, капитальные затраты на этапе проектирования составят
руб.
5.5 Определение показателей эффективности
Применение разработанного алгоритма позволяет автоматизировать процесс решения задач управления частотой вращения вала асинхронного двигателя. Дополнительные капитальные вложения (руб/потребителя), связанные с внедрением разработанного продукта, определяются:
,(5.5)
где
- капитальные вложения в ЭВМ, руб.;
- полезный годовой фонд времени ЭВМ (за вычетом простоев в ремонте), = 1960 ч/год;
- машинное время, используемое потребителем для тех задач, которые он решает с помощью разработанного алгоритма, машино-ч/год (25% общего машинного времени);
руб.
5.6 Расчет и сопоставление эксплуатационных расходов
Расходы, связанные с эксплуатацией (функционированием) управляющего алгоритма, определяются по формуле (6.6):
(5.6)
где - срок службы алгоритма. Разработанный алгоритм управления может морально устареть, благодаря разработкам новых и более совершенных алгоритмов, поэтому его срок службы можно определить гипотетически, лет.
Величина представляет собой амортизационные отчисления (руб/год).
Таким образом, расходы, связанные с эксплуатацией равны
руб.
Экономия эксплуатационных расходов , получаемая у потребителя составит:
, (5.7)
где - основная заработная плата i-го потребителя, решавшего эту задачу с помощью других алгоритмов, приходящаяся на общее количество решаемых им задач в течение года. В данном случае при проведении исследований требовался отдельный работник, следящий за ходом исследований в режиме реального времени, поэтому 5120 руб/год. В итоге, получим
руб.
Общие расходы с учетом прочих расходов составят (5% от суммы всех эксплуатационных расходов):
руб.
5.7 Сводные экономические показатели по разработке
Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений в новом варианте по сравнению с прежним составит:
лет, а это значит, что применение разработки является эффективным.
Критерием эффективности создания и внедрения прикладных программных продуктов (алгоритмов управления) является ожидаемый годовой экономический эффект, получаемый потребителем:
, (5.8)
где - годовая экономия, которая складывается из экономии эксплуатационных расходов;
- нормативный коэффициент ().
руб.
Сводные технико-экономические показатели выполненной разработки представлены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 - Сводные технико-экономические показатели разработки
|
№ |
Наименование показателя |
Значение |
|
|
1 |
Затраты на использование ЭВМ, (руб./челч) |
100 |
|
|
2 |
Эксплуатационные расходы, (руб.) |
56000 |
|
|
3 |
Капитальные затраты на разработку, (руб.) |
140000 |
|
|
4 |
Срок окупаемости, (лет) |
2,5 |
|
|
5 |
Ожидаемый годовой экономический эффект, (руб.) |
210000 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной ВКР разработана активная система управления движениями спутника, движущегося по круговой орбите вокруг Земли. Эта система управления, размещается на борту спутника и периодически включается с целью приведения оси спутника в заданное положение.
Поставленная цель - разработка активной системы управления движениями спутника, которая обеспечит движения спутника по стационарной круговой орбите - выполнена.
Для решения указанной задачи выбран метод модального управления, который определяет способ формирования управляющего воздействия так, чтобы качество системы удовлетворяло заданным требованиям.
В одном из разделов ВКР проведено моделирование, что позволило оценить устойчивость синтезированной системы, и показана реализация полученного устройства управления. Проработаны вопросы обеспечения безопасности и экологичности системы; проведено экономическое обоснование разработки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Теория автоматического управления. Под ред. А.В. Нетушила. Учебник для вузов. Изд. 2-е, доп. и перераб. М.: Высшая школа, 1976.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования, издание третье, исправленное. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1975.
3. Аксенов Е. П. Теория движения искусственных спутников Земли. М.: Наука, 1977.
4. Боровые устройства спутниковой радионавигации / Под ред. В. С. Щебшаевича - М.: Транспорт, 1988.
5. Синтез орбитальных структур спутниковых: Теоретико-групповой подход. - М.: Машиностроение, 1989.
6. Основы теории полета и элементы искусственных спутников Земли. /Под ред. Тихонравова - М.: Машиностроение, 1989.
7. Бебенин Г.Г. Системы управления полетом космических аппаратов - М.: Машиностроение, 1990.
8. Гайдук А.Р. Теория автоматического управления: Учебник М.: Высшая школа, 2010.
9. Безопасность жизнедеятельности. Ч. 2.: Учебное пособие Бакаева Т. Н. Таганрог: ТРТУ, 1997.
10. Бакаева Т. Н. Системный анализ безопасности. Методическая разработка к самостоятельной работе по курсу “Безопасность жизнедеятельности”. Таганрог: ТРТУ, 1996.
11. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. Руководство / Р.2.2.755 - 99.
12. Черникова П.Д. Технико-экономические расчеты и обоснования в дипломных проектах. Минск: Высшая школа, 1986.
13. Гайдук А.Р. Алгебраические методы анализа и синтеза систем автоматического управления. - Издательство Ростовского университета, 1988.
14. Пупков К.А., Фалдин Н.В., Егупов Н.Д. Методы синтеза оптимальных систем автоматического управления: Учебник / Под ред. Н.Д. Егупова. - М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2000.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Конструкция и характеристика устройства изменения голоса. Расчет габаритов печатной платы, показателей надежности и качества, ударопрочности печатной платы электронного узла, потребляемой мощности устройства. Технико-экономическое обоснование проекта.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 12.10.2015Работа системы инфракрасного дистанционного управления. Параметры и характеристики 6-ти канального регулятора громкости. Выбор технологии разработки печатной платы. Расчет расходов на стадии производства устройства управления акустической системой 5.1.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 01.02.2013Разработка печатной платы коммутатора нагрузки на оптоэлектронном реле. Выбор метода изготовления печатной платы. Расчет элементов проводящего рисунка печатной платы, температуры в центре нагретой зоны печатной платы и ее расчет на вибропрочность.
курсовая работа [880,5 K], добавлен 31.05.2023Технические характеристики, описание конструкции и принцип действия (по схеме электрической принципиальной). Выбор элементной базы. Расчёт печатной платы, обоснование ее компоновки и трассировки. Технология сборки и монтажа устройства. Расчет надежности.
курсовая работа [56,7 K], добавлен 07.06.2010Компоновка узлов на печатной плате игровой приставки. Технологический процесс монтажа микросхем на печатной плате. Выбор рационального места расположения элементов устройства. Расчет теплоотвода конвекцией. Расчет надежности печатной платы приставки.
курсовая работа [88,2 K], добавлен 11.03.2013Расчет переходного процесса на основе численных методов решения дифференциальных уравнений. Разработка математической модели и решение с использованием метода пространства состояний. Составление математической модели с помощью матрично-векторного метода.
курсовая работа [161,1 K], добавлен 14.06.2010Исследование материалов, используемых при изготовлении печатной платы. Выбор типа и класса точности печатной платы. Электрическая схема прерывателя для подключения обычного светодиода. Создание посадочного места резистора. Вывод на печать чертежей платы.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 21.02.2013Конструирование цифрового автомата-регулятора угла опережения зажигания: разработка библиотеки символов и посадочных мест в системе P-CAD 2002, выбор конструкции модуля и печатной платы, создание сборочного чертежа устройства и карты спецификации.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.06.2011Стандарты сотовой связи в Российской Федерации. Технические методы и средства защиты информации от утечки по каналам сотовой связи. Размещение навесных элементов на печатной плате. Обоснование выбора корпуса устройства. Трассировка печатной платы.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 04.04.2014Идентификация термического объекта управления по временным характеристикам его реакции на скачкообразный входной сигнал. Компьютерное моделирование объекта по полученной математической модели. Анализ устойчивости и качества замкнутой системы (САУ).
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.11.2011Выбор и обоснование элементной базы, структурной и принципиальной схем, компоновки устройства. Расчет узлов и блоков, потребляемой мощности и быстродействия. Выбор интегральной микросхемы и радиоэлектронных элементов, способа изготовления печатной платы.
дипломная работа [149,1 K], добавлен 23.10.2010Идентификация объекта управления, воздействие на него тестового сигнала в виде ступенчатого изменения, получение разгонной характеристики. Расчет и оптимизация настроек непрерывного регулятора. Анализ замкнутой системы, состоящей из объекта и регулятора.
курсовая работа [843,0 K], добавлен 24.04.2010Преобразование алгоритмической структуры объекты для выделения внутреннего и внешнего замкнутых контуров. Составление цифровой модели замкнутой линейной системы управления. Получение переходной характеристики объекта методом цифрового моделирования.
курсовая работа [185,8 K], добавлен 10.02.2015Описание работы устройства, его внешних электрических связей. Выбор части схемы, реализованной на одной печатной плате. Конструирование печатной платы автоматического телеграфного ключа, климатическая защита. Расчет собственной частоты печатной платы.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 23.09.2010Разработка радиоприемного устройства профессиональной связи УКВ диапазона, создание схемотехнической модели системы: выбор и обоснование структурной схемы; расчет и моделирование отдельных узлов; расчет экономических параметров; экологичность проекта.
дипломная работа [5,9 M], добавлен 16.02.2012Особенности применения следящих систем. Синтез замкнутой следящей системы управления, модели ее элементов, техническая структура и проверка устойчивости. Разработка схемы управляющего устройства на операционных усилителях и схемы корректирующего звена.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 18.07.2015Проектирование замкнутой, одномерой, стационарной, следящей системы автоматического управления с определением параметров корректирующего устройства, обеспечивающего заданные требования к качеству регулирования. Анализ системы с учетом нелинейности УМ.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 18.01.2011Поиск передаточных функций разомкнутой и замкнутой систем, замкнутой системы по ошибке и возмущению. Точность отработки входных воздействий. Устойчивость по критерию Гурвица. Выбор регулятора и уточнение его параметров. Значения динамических показателей.
контрольная работа [40,9 K], добавлен 04.03.2014Передаточные функции замкнутой и разомкнутой САУ. Построение АХЧ, ФЧХ, АФЧХ, ЛАЧХ, ЛФЧХ системы в замкнутом состоянии. Расчет запасов устойчивости замкнутой системы по годографу Найквиста. Исследование качества переходных процессов и моделирование САУ.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 21.10.2013Технические характеристики и условия эксплуатации отладочной платы. Осуществление патентного поиска. Выбор конденсаторов, резисторов, светодиодов, транзисторов, микроконтроллера. Расчет надежности устройства. Технология изготовления печатной платы.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.06.2012
