Цифровой блок управления электроприводом

Скачать

Разработка основных элементов цифрового блока управления электроприводом для позиционирования транспортера. Расчет фотоэлектрического импульсного датчика, формирователя и счетчика импульсов с предустановкой, командного триггера и усилителя мощности.

Размер: 267,6 K
Тип: курсовая работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Синтез скалярной и векторной систем управления электроприводом
Функциональная и структурная схемы скалярного и векторного управления электроприводом. Определение статических и динамических параметров элементов сил...

Система автоматического управления регулируемым электроприводом
Проектирование силовой части привода, статических и динамических режимов автоматизированного электропривода с аналоговой и цифровой системой управлени...

Выбор и проектирование системы управления электроприводом
Требования к системе управления электроприводом. Выбор принципиальной схемы главных цепей. Сравнение возможных вариантов и выбор способа управления. М...

Система управления электроприводом
Проектирование двухзонной системы управления электродвигателем 4ПФ160SУХЛ4 мощностью 18,5 кВт и с номинальным напряжением 440 вольт. Выбор и проектиро...

Системы управления электроприводом переменного тока
Классификация систем управления электроприводом по способу регулирования скорости. Принцип включения тиристорных регуляторов напряжения. Основные узлы...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

  • 1. Объект разработки
  • 2. Исходные данные
  • 3. Функциональная схема
    • 3.1 Назначение элементов
    • 3.2 Принцип работы центрального блока управления (ЦБУ)
  • 4. Расчет блоков принципиальной схемы
    • 4.1 Фотоэлектрический импульсный датчик
    • 4.2 Формирователь импульсов
    • 4.3 Счетчик импульсов
    • 4.4 КТ - командный триггер
    • 4.5 Импульсный усилитель мощности
  • Список литературы

1. ОБЪЕКТ РАЗРАБОТКИ

Разработать цифровой блок управления (ЦБУ) электроприводом для позиционирования транспортера в соответствии с заданным количеством кодовых импульсов поступающих от датчика угла поворота электропривода.

ЦБУ должен содержать фотоэлектрический импульсный датчик, формирователь импульсов, счетчик импульсов с предустановкой, командный триггер и импульсный усилитель мощности.

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номер зачетной книжки 20001484

Элементная база: ТТЛ

Диапазон изменения угла поворота: =150+5n5=165 - 175 кодовых импульсов

Относительный световой ток фотодиода: IC / IT = 5+n=9

Относительная амплитуда помехи: IП / IC = 0,1

Номинальное напряжение электродвигателя: UЭД =100-8n=68 В

Пусковой ток электродвигателя: IЭД = 1+n=5 А

3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА

Рисунок 1 - функциональная схема

3.1 Назначение элементов

ФИД - фотоэлектрический импульсный датчик. Датчик представляет собой оптрон, преобразующий поток излучения светодиода в импульсы тока фотодиода за счет периодического прерывания потока излучения вращающимся щелевым диском, установленным на валу привода. Ток фотодиода кроме световой составляющей Iс, имеет темновую составляющую IТ и составляющую помехи UП, возникающую на частоте вибрации.

ФИ - формирователь импульсов. Формирователь импульсов выполняется на основе регенеративного компаратора, который повышает крутизну фронта импульсов датчика, а также устраняет влияние помехи и темнового тока фотодиода на выходной сигнал.

СИ - счетчик импульсов. Счетчик обеспечивает подсчет числа импульсов датчика, сформированных компаратором, и выдает на командный триггер сигнал после поступления заданного числа импульсов. Для изменения этого кода, соответствующего заданному углу поворота, необходимо в схеме предусмотреть специальный переключатель-задатчик.

КТ - командный триггер. Командный триггер формирует сигнал управления электроприводом по командам "ПУСК" и "СТОП", которые могут подаваться как вручную от соответствующих кнопок, так и от внешних устройств.

ИУМ - импульсный усилитель мощности. Импульсный усилитель мощности содержит силовой транзистор, обеспечивающий необходимый ток в якорной цепи электродвигателя при включении его от командного триггера.

3.2 Принцип работы центрального блока управления (ЦБУ)

Назначение ЦБУ осуществить точное позиционирование ленточного транспортера в соответствии с заданным значением угла поворота исполнительного вала привода, который устанавливается с помощью специального переключателя - задатчика. По команде "Пуск/Запись" поступающей от кнопки ручного управления (РУ) или внешнего управления (ВУ) командный триггер (КТ) переходит в состояние логической 1 и через импульсный усилитель мощности (ИУМ) включает электродвигатель (ЭД), одновременно с этим происходит запись заданного числа импульсов в СИ. Вращение исполнительного вала через редуктор (Р), служащий для понижения угловой скорости вала, передается на фотоэлектрический импульсный датчик (ФИД).

На выходе ФИД формируется импульсы напряжения, количество которых определяется углом поворота исполнительного вала, а частота зависит от скорости вращения вала. Эти импульсы нельзя напрямую подать на счетчик импульсов (СИ) так как у них очень пологий фронт, слабый сигнал, и они содержат помеху. Поэтому эти импульсы подаются на формирователь импульсов (ФИ) который делает их пригодными для подачи на счетчик импульсов. СИ считает импульсы с ФИ и сравнивает их с заданным числом импульсов, если они равны, то счетчик выдает сигнал логического 0, который сбрасывает КТ в ноль. Также по команде "Стоп" поступающей от кнопки ручного управления (РУ) или внешнего управления (ВУ) командный триггер (КТ) переходит в состояние логического 0 и далее чрез ИУМ выключает ЭД.

4. РАСЧЕТ БЛОКОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

4.1 Фотоэлектрический импульсный датчик

Схема ФИД содержит светодиод VD1 с балансным резистором R1, который задает номинальный ток VD1. Сигнал фотодиода VD2 выделяется на нагрузочном резисторе R2. В качестве светодиода выбираем инфракрасный излучатель типа АЛ107Б, который имеет минимальные габариты и позволяет совместно с инфракрасным светофильтром исключить влияние фоновой засветки на выходной сигнал ФИД. Его параметры следующие:

МИН=940 нм, МАКС=965 нм, PE=9 мВт, IПР. МАКС=100 мА, UПР=1.86 В

Задаем номинальный ток из условия IПР. НОМ=(0.1-0.2)IПР. МАКС что дает возможность увеличить срок службы излучателя (светодиода) и в то же время достаточно для получения необходимого потока излучения.

IПР. НОМ=0.15 IПР. МАКС=0.15100=15 мА

Определяем сопротивление R1 из условия что напряжение питание UП1=12 В

Берем R1 из ряда E24 и окончательно принимаем R1=680 Ом5% тип МЛТ-0.25. В качестве фотоприемника выбираем кремниевый фотодиод VD2 который имеет малый темновой ток IТ и высокую термостабильность работы (по сравнению с германиевым фотодиодом). Окончательно выбираем ФД-27К имеющий минимальные габариты. Его параметры следующие: IТ =1-2 мкА, UРАБ=20 В. При выборе R2 используем технические условия предприятия изготовителя. По ним R2=10-100 кОм. Берем R2=100 кОм5% тип МЛТ-0.25. Определяем полезный световой сигнал(UC), темновой сигнал(UT) и сигнал помехи(UП):

IC=(5+n)IT=91.5=13.5 мкА

UC= ICR2=13.510 -6100103=1.35 В

UT=ITR2=1.510 -6100103=0.15 В

4.2 Формирователь импульсов

Рисунок 3 - схема формирователя импульсов

Формирователь импульсов строится на основе регенеративного компаратора. Статическая характеристика имеет гистерезис, который позволяет исключить влияние помехи, вызванной вибрацией кромки щели, и темнового тока на выходной сигнал ФИД. Статическая характеристика с отмеченными порогами переключения показана на рисунке 4. Назначение элементов схемы следующее: Делитель R3-R4 задает опорное напряжение (нижний порог переключения) UОПUH, резисторы R5-R6 задают верхний порог переключения UB, а диод VD3 вместе с резистором R6 создают положительную ОС, сигнал которой суммируется с опорным напряжением, что и дает гистерезис. Диод VD4 нужен для исключения отрицательного напряжения на выходе компаратора. Стабилитрон VD5 служит для стабилизации напряжения логической единицы (2.4-5В), резистор R7 задает ток стабилитрона, а резистор R8 служит для согласования входного сопротивления для ТТЛ.

Рисунок 4 - Статическая характеристика регенеративного компаратора

Определим порог переключения компаратора:

Проверяем условие помехоустойчивости

Следовательно, пороги назначили правильно. Выбираем операционный усилитель типа К140УД7 (Зарубежные аналоги µ A741HC, µ A741PC). Он представляет собой операционный усилитель средней точности с внутренней частотной коррекцией и защитой выхода от короткого замыкания, и имеющий малое напряжение смещения нуля - UСМ=не более 9 мВ, малый входной ток IВХ= не более 400 нА и большой коэффициент усиления KU=не менее 30 000. Его параметры при Uп=12 В следующие:

UОУ.МАКС=10 В, UСМ= 9 мВ, IВХ= 400 нА, KU= 30 000

Определим сопротивление резисторов делителя R3-R4 по напряжению нижнего порога переключения UH. Задаем ток делителя R3-R4: IД>>IВХ.ОУ.

IД=500 IВХ.ОУ=50040010 -9=200 мкА

UП1=12 В

Решая эту систему линейных уравнений относительно R3 и R4, получим:

Окончательно принимаем по ряду Е24 R4=1.8 кОм5% тип МЛТ-0.25 и

R3=56 кОм5% тип МЛТ-0.25.

В качестве стабилитрона VD5 возьмем кремниевый маломощный стабилитрон типа КС133А, имеющий следующие параметры:

UСТ.НОМ=3.3 В, IСТ.МИН =3 мА

В качестве диодов VD3 и VD4 возьмем кремниевые маломощные импульсные диоды т...