Разработка системы управления асинхронным двигателем с детальной разработкой программ при различных законах управления

p> Приравнивая шесть заданных величин соответствующим элементам матрицы
Тn, получим систему шести уравнений (в общем случае трансцендентных), неизвестными в которых являются обобщенные координаты.

Если n = 6, то есть число неизвестных равно числу уравнений, то обычно можно отыскать вполне определенные значения обобщенных координат.

Если манипулятор имеет больше шести степеней свободы, то есть число неизвестных превышает число, то одному и тому же положению схвата могут соответствовать различные наборы значений обобщенных координат.

И наконец, если n < 6, то решения не существует, то есть за счет меньшего, чем шесть, числа обобщенных координат невозможно получить наперед заданные произвольные положение и ориентацию схвата.

Однако, если требуется лишь попадание центра схвата в определенную точку пространства ориентация схвата может быть любой, то для этой цели годится манипулятор с тремя степенями свободы. В этом случае при решении задачи потребуется составить лишь три уравнения для нахождения трех неизвестных.

Ниже, при решении обратной задачи кинематики всегда будем считать, что число неизвестных равно числу степеней свободы манипулятора.

Приравнивая первые три элемента 4-го столбца матрицы T4 к заданным величинам X4, Y4 и Z4 получаем систему трех уравнений.

[pic] [pic]

(-250; 140; 480)
Принимаем S2 = 200, тогда S1 = 480 - 200 = 280
[pic]
Принимаем S3 = 50, тогда S4 = 180.28 - 50 = 130.28
-150 = 180.28 * cos (2 ( cos (2 = 0.832;
(2 = 33(42( - 90( = -56(18(

3.4.9 Проверка решения

Для подтверждения правильности выполненных расчетов сделаем проверку решения графическим методом.

3.5. Технические средства автоматизации систем управления гибких автоматизированных производств

Исходные данные.
1. Рабочий эскиз крышки подшипникового узла.
2. Геометрические параметры:
М=5х1;
ZMW=90мм; диаметр фрезы dфр=210 мм; размеры стола станка ХС=350 мм; YС=240 мм; ZС=390 мм; значение шага интерполяции h=0,9 мм; а также H=115мм; L=160мм; t=20мм; l=150мм; b=50мм; d=35мм; z1=55мм; z2=45мм; (=120

Разработка робототехнического комплекса и управляющей программы процесса сверления для изготовления крышки подшипникового узла.

Анализ эскиза показывает, что деталь имеет 3 отверстия ( 4,2 мм и одно ( 45 мм. Внешний контур детали имеет участок криволинейной поверхности. Чтобы изготовить деталь, нужен процесс фрезерования и процесс сверления, поэтому обработку целесообразно проводить на сверлильно- фрезерном расточном станке.

3.5.1 Выбор системы координат станка, детали и инструмента

ХMF=ХC/2=90мм

YMF=YC/2=80мм

ZFN=ZC=450мм

Рис 1. Выбор системы координат станка

XMW=XMF-l/2=175-80=95 мм

YMW=YMF-H/2+h=120-70+5=55 мм

(l=160 мм, H=140 мм, h=5 мм)

Рис 2. Выбор системы координат детали

Рис 3. Выбор системы координат инструмента

3.5.3. Выбор типовых переходов операций сверления а) центрирование:

б) сверление 1:

сверление 2:

в) нарезание резьбы:

Рис 4. Выбор типовых переходов операции сверления

3.5.2 Составление эскиза процесса сверления

На основе выбранных типовых переходов и с условием размещения заготовки на столе стоставляем эскиз технологического процесса сверления.

Значения координат опорных точек
|( |Координаты опорных точек |
| |ХД, мм |YД, мм |ХС, мм |YС, мм |ZС, мм |
|1 |54 |25 |79 |35 |210 |
|2 |132 |70 |157 |80 |210 |
|3 |54 |115 |79 |125 |210 |
|4 |80 |70 |105 |80 |210 |

ХД=80-52(sin30=54 мм
YД=70-52(cos30=25 мм
3.5.3 Кодирование управляющей программы процесса сверления
% LF
N1 G60 T0101, LF
N2 F40, S500, M06, LF
N3 G59 X25, Y10, Z210, LF
N4 X54, Y25, LF
N5 G82, R2, Z-3, LF
N6 X132, Y70, LF
N7 X54, Y115, LF
N8 G80 T0202, LF
N9 F100, S1400, M06, LF
N10 X54, Y25, LF
N11 G83 R2, Z-18, LF
N12 Z-32, F80, LF
N13 X132, Y70, Z-18, F100, LF
N14 Z-32, F80, LF
N15 X54, Y115, Z-18, F100, LF
N16 Z-32, F80, LF
N17 G80 T0404, LF
N18 F60, S360, M06, LF
N19 X80, Y70, LF
N20 G81 R2, Z-35, LF
N21 G80 T0505, LF
N22 F250, S250, M06, LF
N23 X54, Y25, LF
N24 G84 R2, Z-30, LF
N25 X132, Y70, LF
N26 X54, Y115, LF
N27 G80 G59 X0, Y0 , Z0, M09, LF
N28 G00 X0, Y0, Z390, M00, LF

Последовательность переходов операции сверления
|Переход |Номер |Схема |Участок |S, мм/мин |n, |
| |отверстия |рис.4 |траектории | |об/мин |
|Центриро-вани|1,2,3 |а |1-2 |40 |500 |
|е | | | | | |
|Сверление |1,2,3 |б1 |1-2, |100, |1400 |
| | | |2-3 |80 | |
|Нарезание |1,2,3 |в |1-2 |25 |25 |
|резьбы | | | | | |
|Сверление |4 |б2 |1-2 |60 |360 |

3.6 Связь контроллера с ЭВМ верхнего уровня

(IBM PC)

В автоматизированной управления асинхронным двигателем, для которой разрабатывался рассматриваемый в данном дипломном проекте модуль ввода аналоговых сигналов, связь контроллера осуществляется через последовательный канал связи. При этом используется принятый фирмой IBM интерфейс RS-232C.

3.6.1 Схема гальванической развязки приемопередатчика микроконтроллера

Схема гальванической развязки приемопередатчика микроконтроллера предназначена для гальванической развязки линии связи и микроконтроллера, а также для преобразования сигнала передатчика TxD из ТТЛ-уровня в токовый параметр линии связи и сигнала поступающего из линии связи в сигнал RxD приемника ТТЛ-уровня.

Функциональная схема гальванической развязки приемопередатчика микроконтроллера приведенная на рис. , состоит из двух частей: гальванической развязки передатчика (VT1, VT2, VT3, U2, R2, R4, R6, R7) и схемы гальванической развязки приемника (U1, D1.1, R1, R3, R5). Диод VT1 выполняет защитную функцию при неправильной полярности подключения линии связи.

Схема гальванической развязки приемопередатчика работает следующим образом: в исходном состоянии с выхода передатчика TxD микроконтроллера подается уровень "логической единицы" (ТТЛ) на базу ключа VT3 через токоограничительный резистор R7. При этом транзистор VT3 открыт и шунтирует низким сопротивлением перехода коллектор - эмиттер светодиод оптоэлектронной пары U2. Это ведет к тому, что светодиод оптопары U2 не излучает и транзисторный ключ оптопары U2 закрыт. Из этого следует что транзисторный ключ, собранный на элементах VT1 и VT2, открыт током протекающим через резистор R2. В следствии этого линия связи будет закорочена через открытый переход коллектор - эмиттер транзистора VT1 и сравнительно низкое сопротивление R1. При этом на резисторе R1 создается падение напряжения, достаточное для открывания светодиода оптоэлектронной пары U1, что влечет за собой открытие транзисторного ключа оптопары U1. В этом случае на входе логического элемента триггера Шмитта присутствует уровень "логического нуля", а на его выходе - "логическая единица", что соответствует неактивному входному сигналу не входе RxD микроконтроллера.

При приеме информации, что равносильно размыканию линии связи, светодиод оптопары U1 закрывается, а значит и закрывается транзисторный ключ оптопары. На входе логического элемента триггера Шмитта появляется уровень "логической единицы", а на его входе "логический ноль", что соответствует активному сигналу на входе RxD микроконтроллера.

При передаче информации в линию связи уровень "логического нуля" на выходе TxD (что соответствует активному состоянию выхода) ключ на транзисторе VT3 закрывается, а светодиод оптопары U2 открывается вследствие протекания тока через резистор R6. Это приводит к открыванию транзисторного ключа оптопары U2 и, соответственно к закрыванию ключа на транзисторах VT1 и VT2, что соответствует разомкнутому состоянию линии связи.

Исходя из вышеописанного принципа работы модуля гальванической развязки следует отметить, что передаваемые сигналы от контроллера в линию связи будут дублироваться на входе приемника (RxD) микроконтроллера. Это обстоятельство должно быть учтено при программной реализации протокола обмена микроконтроллера с машиной верхнего уровня.

3.6.2 Интерфейс последовательного канала связи ЭВМ с контроллером

Последовательный интерфейс обычно используется для большинства периферийных устройств, таких как плоттер, удаленный принтер, мышь, внешний модем, программатор ПЗУ и т. д. До настоящего времени для последовательной связи IBM PC-совместимых компьютеров используются адаптеры с интерфейсом RS-
232C (Recommended Standart 232 Version C) (новая ревизия - EIA-232D).
Описание этого интерфейса было опубликовано Американской промышленной ассоциацией еще в 1969 году. Европейским аналогом RS-232 являются два стандарта, разработанные CCITT (Comite Consultatif Internationale de
Telegraphique et Telephonique) - МККТТ (Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии): V.24 (механические характеристики) и
V.28 (электрические характеристики). Сегодня эта организация носит название
ITU-T. Хотя первоначально RS-232 был предназначен для связи центральной машины с терминалом, его простота и богатые возможности обеспечили ему более широкое применение. В современном IBM PC-совместимом компьютере может использоваться до четырех последовательных портов, имеющих логические имена соответственно COM1, COM2, COM3 и COM4. Базовые адреса портов и соответствующие прерывания приведены в таблице

Следует обратить внимание на тот факт, что использование прерываний
IRQ10 и IRQ11 для последовательных портов возможно только на плате ввода- вывода для PC/AT (двойной слот). В компьютере, совместимом с PC/XT, для этой цели можно задействовать только два прерывания (IRQ4 и IRQ3) или использовать, если возможно, прерывание IRQ2 или IRQ5.

В адресном пространстве IBM PC-совместимых компьютеров последовательный адаптер занимает восемь последовательных адресов, включая базовый. Однако через эти восемь адресов происходит обращение к 12 регистрам, которые программируются соответствующим образом (приложение ).

По существу, сердцем последовательного адаптера является микросхема
UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter - универсальный асинхронный приемопередатчик). В IBM PC и PC/XT для этой цели использовалась микросхема типа 8250. После того как в ней были обнаружены ошибки, появились ее версии с буквами A и B. Для PC/AT решено было применить микросхему 16450, которая превосходила по скорости 8250.
Улучшенной версией UART 16450 стала микросхема 16550. В настоящее время обычно используется UART 16550A. Данная микросхема имеет 16-символьный буфер на прием и на передачу, и, кроме того, может использовать несколько каналов прямого доступа в память DMA (Direct Memory Access). Другая версия этой микросхемы - 16550AFN.

Стандарт передачи и приема использует высокие уровни сигналов до +/-
15 В или +/-12 В. Уровень логического нуля соответствует напряжению +12В, а логической единицы - -12 В. При передаче микросхема UART преобразует параллельный код в последовательный и передает его побитно в линию, обрамляя исходную последовательность битами старта, останова и контроля.
При приеме данных UART преобразует последовательный код в параллельный
(опуская служебные символы).

Основным преимуществом последовательной передачи является возможность пересылки данных на расстояния 1000 метров. В простейшем случае для приема и передачи через последовательный порт необходимо только три сигнала : TxD
(Transmit Data - Передача данных), RxD (Recevive Data - Прием данных) и GND
(Ground - "Земля").

В IBM PC-совместимых компьютерах существует два основных типа кабелей для интерфейса RS-232 : 25-сигнальный, изначально предусмотренный стандартом RS-232, и 9-сигнальный, используемый в соответствии с EIA-232D.
При использовании последовательного интерфейса одно из устройств выступает как DTE (Data Terminal Equipment - Оконечное оборудование данных), а другое как DCE (Data Communication Equipment - Оборудование для передачи данных).
Различие между ними состоит в направлении используемых сигналов. То есть, если сигнал для DTE является входным, то для DCE этот же сигнал будет выходным и наоборот.

Электрические параметры сигналов RS-232C:
Входное напряжение ( 3V ( (15V ;
Входное сопротивление 3kOm ( 7kOm ;
Входное напряжение при нагрузке

3(7 kOm .. 7,5(2,5V.

3.6.3 Организация обмена по последовательному каналу

Протокол информационного канала реализуется при помощи программного обеспечения, зашитого в ПЗУ. Информационный канал придает передаваемому сообщению определенную форму и в соответствии с этой формой упаковывает сообщение при передаче и распаковывает при приеме.

Аналогичную задачу должно решать программное обеспечение абонента.

Сообщение - это оформленная по определенным правилам последовательность байтов, имеющих помимо функционально законченной смысловой части также признак начала и конца сообщения.

Для передачи данных составим протокол обмена между контроллером и ЭВМ по последовательному каналу.

Обмен терминал-контроллер: посылки состоят из 5-ти байт.

1-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|1 |1 |X |X |X |X |X |X |

D7-D6 - признак старт-байта;
D5-D0 - поле команды.

2-й и 3-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - 6 битов поля данных.

4-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D2 - 4 младших бита старшего байта контрольной суммы (D3-D0);
D1-D0 - 2 старших бита младшего байта контрольной суммы (D7-D6).

5-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - 6 младших битов младшего байта контрольной суммы.

Коды команд обмена “терминал-контроллер” помещены в таблицу

|Включить двигатель |00H |
|Выключить двигатель |01H |
|Передать состояние 1-го и 2-го датчиков |02H |
|Передать состояние 3-го и 4-го датчиков |03H |
|Установить значение разгона (значение |04H |
|содержится в поле данных 2 и 3-го байта | |
|команды) | |
|Передать значение тахометра |05H |

Обмен контроллер-терминал: посылки состоят из 6-ти байт.

1-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|1 |1 |X |X |X |X |X |X |

D7-D6 - признак старт-байта;
D5-D0 - поле команды.

2-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|0 |0 |( |( |X |X |X |X |

D5-D4 - состояние пускателей “пуск” и “стоп”;
D3-D0 - поле данных.

3-й и 4-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - поле данных.

5-й и 6-й байт:
|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |
|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - значение контрольной суммы (аналогично обмену “терминал- контроллер”).

Коды команд обмена “контроллер-терминал” помещены в таблицу

|Данные 1-го и 2-го датчиков |00H |
|Данные 3-го и 4-го датчиков |01H |
|Данные разгона двигателя |02H |
|Данные тахометра |03H |

Примечание: данные содержатся в упакованном виде со 2-го по 4-й байт посылки в поле данных.

Программа обеспечивающая описанный протокол обмена приведена в приложении

3.6.4 Расчет формы сигнала в линии связи и скорости обмена

Если генератор вырабатывает фронт посылки с амплитудой [0, +Е] вольт, то кривая тока, протекающего по сопротивлению нагрузки на приемном конце, может быть определена с помощью выражения:

[pic] где I - установившееся значение тока в кабеле, А;

[pic] где bk - корни промежуточного трансцендентного уравнения; а - нормированная нагрузка, равная:

[pic]

[pic] - нормированное по t время;

[pic] - постоянная времени кабеля.

Здесь R и С - сопротивление, Ом/км, и емкость, Ф/км одного километра кабеля, l - длина кабеля, км.

Согласно [ ] под Rон можно понимать либо внутреннее сопротивление генератора, либо сопротивление приемника. Однако эксперимент показал, что формулу ( ) можно использовать и для более общего случая. Поэтому общей нагрузкой кабеля будем считать:

Rон=Ro+Rн

Из анализа расчетных кривых построенных по формуле ( следует, что они имеют вид сдвинутых по оси n экспонент с различным наклоном. Некоторое отличие от экспоненциальной формы имеет место лишь в самых нижних частях кривых.

Поскольку при расчетах наиболее существенными являются ее средняя
(определяющая наклон фронта) и верхняя (определяющая время нарастания сигнала) части, можно допустить некоторую неточность в воспроизведении нижней части кривой. Это дает возможность найти приближенное выражение для расчета тока в приемнике:

[pic] где b - множитель, учитывающий изменение наклона кривой; d - оператор сдвига, учитывающий смещение кривой.

Воспользуемся формулой для b, полученной с помощью аппроксимирующей функции, в качестве которой выбрана окружность. Получим формулу:

[pic]

Аналогичным методом получим формулу для d:

[pic]

Таким образом, поставленная задача решена: получены простые выражения
( )-( ), имеющие замкнутую форму ряда. Ошибка при определении ординат кривой, лежащих в диапазоне (0.4[pic]1.0)I, не превышает 0.015 установившегося значения амплитуды сигнала, которое определяется как:

[pic]

Если передача ведется двухполярными посылками с амплитудой на передающем конце [pic]Е, как в нашем случае, то формула ( ) запишется в виде

[pic]

Вычислим форму сигнала на приемной стороне кабеля, зная, что связь организована с помощью кабеля ТГ, который имеет следующие характеристики: погонное сопротивление R=190 Ом/км; погонную емкость С=50 нФ/км; протяженность l=5 км.

Расчет формы сигнала и скорости обмена производился в Eureka версии
1.0 и приводится ниже.

R=190 ; Сопротивление кабеля, Ом
C=50e-9 ; Емкость кабеля, Ф l=5 ; Длина кабеля, км
;--------------------------------
E=12 ; Выходное напряжение передатчика
Ro=5 ; Выходное сопротивление передатчика
Rn=100 ; Входное сопротивление приемника
;--------------------------------
Pr=0.95 ; Предел амплитуды на входе
; приемника
;--------------------------------
Ron=Ro+Rn; Общая нагрузка кабеля a=Ron/R/l; Нормированная нагрузка b=0.824-sqrt(0.461-(0.405-0.64*a)^2)
; Множитель, учитывающий изменение наклона
;кривой d=1.932+sqrt(1.574-(1.207-2*a)^2)
; Оператор сдвига, учитывающий смещение
;кривой
I=E/(R*l+Ron) ; Установившееся значение
;амплитуды сигнала на выходе передатчика
Amp=Pr*I ; Амплитуда сигнала на входе при-
;емника
Ta=0.02915*C*R*l^2 ; Постоянная времени кабеля
P=d-ln((I-Amp)/I)/b ; Нормированная дли-
;тельность посылки
Tc=P*Ta ; Длительность посылки
V=1/Tc ; Скорость обмена по линии связи i(t)=I*(1-exp(-b*(t/Ta-d))) ;

Результаты расчета:

Variables Values

a = .11052632
Amp = .010805687 b = .23301088
C = 5.0000000e-08 d = 2.7078272
E = 12.000000
I = .011374408 l = 5.0000000
P = 15.564447
Pr = .95000000
R = 190.00000
Rn = 100.00000
Ro = 5.0000000
Ron = 105.00000
Ta = 6.9231250e-06 c = .00010775461
V = 9280.3453

Скорость модуляции [pic] Бод, что удовлетворяет условиям эксплуатации проектируемого устройства.

Вид сигнала на стороне приема изображен на рисунке

[pic]

4. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Общие технические требования к печатной плате

Печатный монтаж - достижение науки пятидесятых годов двадцатого века.
Промышленное освоение новых радиотехнических средств и материалов, малогабаритных вакуумных, полупроводниковых и других радиотехнических приборов, а также технологических процессов способствовало бурному развитию техники печатных схем.

В нашей стране печатный монтаж применяется с 1956 года. Опыт показывает, что печатный монтаж имеет значительные преимущества перед объемным монтажом.

К печатным платам предъявляются следующие требования:
Поверхность печатных плат не должна иметь пузырей, вздутий, посторонних включений, сколов, выбоин, трещин и расслоений материала основания, снижающих электрическое сопротивление и прочность изоляции. Допускаются одиночные вкрапления металла и следы его удаления на свободных от проводников участках, поверхностные сколы и просветления диэлектрика, ореолы, возникающие в результате механической обработки, если расстояние от проводника до указанного дефекта составляет не менее 0.3 мм. Допускаются также отдельные дефекты диэлектрика обнаруженные после травления и предусмотренные техническими условиями на фольгированные материалы.
Печатные проводники должны быть с ровными краями. В отдельных случаях допускаются неровности по краям проводников, не уменьшающие минимальной ширины проводников и расстояния между ними, предусмотренные чертежом.
Отклонение размеров контактной площадки от чертежа по ширине или длине возможно, но при этом расстояние до ближайших проводников или контактных площадок в любом месте должно быть не менее минимальных величин, оговоренных в чертеже.
Толщина слоя меди, осажденной на всех металлизируемых участках печатной платы, должна быть в пределах 40 - 100 мкм, а на линиях земли, экранах и проводниках, лежащих по краям платы, она допускается до 150 мкм.
Для предохранения печатных проводников от воздействия внешней среды при длительном хранении перед сборкой, на печатные платы наносят технологическое защитное покрытие, которое удаляется после сборки и пайки, перед покрытием электроизоляционным лаком уже собранной платы.
В целях повышения механической жесткости платы (печатная плата, состоящая из материалов с различными коэффициентами температурного расширения, а также имеющая отверстия, естественно, подвержена короблению) необходимо, чтобы отношение ее длины к ширине не превышало 4:1.
Каждая плата должна иметь маркировку с указанием индекса или чертежного номера платы, а также дату изготовления.

При монтаже радиоэлектронной или электронно-вычислительной аппаратуры на печатных платах облегчаются многие технологические процессы, повышается плотность размещения элементов, снижается вероятность ошибок монтажа, а в готовой аппаратуре упрощается поиск неисправностей.

4.2 Основные принципы конструирования печатных плат

Исходным параметром при конструировании печатных плат является шаг координатной сетки. С помощью координатной сетки регламентируются основные геометрические размеры печатных плат. Как правило, центры всех видов отверстий на печатных платах располагаются в узлах координатной сетки. Ее основной шаг 2.5 мм, дополнительный - 0.635 мм.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6

МЕНЮ

Разработка системы управления асинхронным двигателем с детальной разработкой программ при различных законах управления

ИНТЕРЕСНОЕ