62882 (Процесс моделирования работы коммутационного узла)

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им.С. Торайгырова

Факультет физики, математики и информационных технологий

Кафедра вычислительной техники и программирования

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Пояснительная записка

КП.370140.1805.32.05. ПЗ

Тема: Процесс моделирования работы коммутационного узла

Ст. преподаватель В.Ю. Игнатовский

Нормоконтролер: Студент:

Заведующий кафедрой Потапенко О.Г.

2006

Задание

Основной целью курсового проекта является разработка системы получения информации о температуре с минимальными допустимыми потерями. Поставленная цель достигается анализом способов необходимого преобразования сигнала, подбором наиболее рациональных вариантов обработки сигнала, формулированием требований к схемотехническим решениям.

В зависимости от варианта, возможный порядок выполнения курсового проекта выглядит как поочередное решение задачи:

выбор структурной схемы, выбор параметров сигнала на входах и выходах элементов структурной схемы, составление баланса погрешностей

выбор схемы и расчет измерительного преобразователя сопротивления в напряжение

выбор схемы и расчет источника стабильного тока

выбор схемы и расчет частотного фильтра

определение суммарной погрешности и мероприятий для уменьшения погрешности

выбор схемы и расчет формирователя выходного сигнала

составление принципиальной схемы системы обработки сигнала.

При решении задач следует рассматривать все возможные варианты реализации, однако к рассмотрению принимать наиболее целесообразные. Системный анализ и экономические расчеты для сопоставления равноценных вариантов допускается не производить с целью ограничения объема выполняемых работ.

Исходные данные к проекту:

1) допустимая погрешность 1%;

2) устройство удаленно от объекта на 95м;

3) уровень синфазной помехи составляет 3.2 В;

4) диапазон измерения температуры составляет ;

5) выходной сигнал в диапазоне мА;

6) датчик 50M, от до С, опрос каждые 4.5 секунды.

Содержание

Введение

1. Структурная схема измерительной части

2. Выбор схемы и расчет ПСН

2.1 Схема ПСН

2.2 Расчет ПСН

2.3 Определение погрешностей ПСН

3. Выбор схемы и расчет источника стабильного тока для ПСН

3.1 Выбор схемы источника стабильного тока

3.2 Расчет источника стабильного тока

3.3 Определение погрешностей источника стабильного тока

4. Выбор схемы и расчет измерительного усилителя

4.1 Выбор схемы измерительного усилителя

4.2 Расчет измерительного усилителя

4.3 Определение погрешностей измерительного усилителя

5. Выбор схемы и расчет фильтра низкой частоты

5.1 Определение желаемых параметров фильтра

5.2 Определение реальных параметров фильтра

5.3 Выбор схемы фильтра и его расчет

5.4 Определение погрешностей фильтра

6. Выбор схемы и расчет ПНТ

6.1 Выбор схемы ПНТ

6.2 Расчет ПНТ

6.3 Определение погрешностей ПНТ

7. Расчет источника питания

7.1 Выбор схемы и расчет стабилизатора напряжения

7.2 Выбор и расчет выпрямителя напряжения

7.3 Выбор и расчет трансформатора

8. Проверка общей погрешности

Заключение

Список использованных источников

Введение

Одной из характерных черт научно-технической революции является дальнейшее совершенствование средств и систем комплексной автоматизации различных процессов. Разработка и проектирование современных средств и систем - базируется на достижения в различных областях науки и техники, в том числе и в области автоматического регулирования и управления

Задача разработки систем автоматического регулирования и систем управления состоит в том чтобы, располагая некоторыми априорными сведениями об объекте и заданными требованиями к свойствам всей системы в целом (точность, надежность и т.д.), выбрать технические средства (а в случае необходимости сформулировать технические условия на разработку новых средств автоматики) и составить схему системы, обеспечивающую реализацию этих требований.

Измерительные устройства в системах управления служат для восприятия первичной информации о состоянии управляемого объекта и преобразования ее в сигналы, удобные для их последующей переработки в сигналы управления.

В современных системах управления измерительные устройства часто представляют собой сложные системы, содержащие ряд преобразователей, усилителей, корректирующих цепей, следящих систем и вычислительных устройств.

Основное требование, предъявляемое к измерительному устройству, состоит в том, чтобы он формировал полезный сигнал с минимальными искажениями.

Последние могут вызываться как динамическими и статическими свойствами измерительного устройства, так и влиянием на его работу помех и шумов.

Очень важной характеристикой измерительного устройства в системах управления является его точность, так как очевидно, что точность управления не может быть выше, чем точность измерения.

На точность измерения влияют точность датчиков, элементов преобразующих сигнал этих датчиков, а также большое значение имеет уровень помех. Основными видами помех являются помехи синфазные и дифференциальные. Синфазная помеха отличается от дифференциальной тем, что воздействует одновременно на оба входа измерительного устройства.

Основными причинами появления синфазных помех являются:

1) Влияние ближнего электромагнитного поля;

2) Появления разности потенциалов из-за заземления в двух разных точках….

Существует несколько основных направлений, позволяющих снизить влияние синфазных помех на точность измерения. Это увеличение входного сопротивления, симметрирование входных цепей, применение операционных усилителей с большим сопротивлением синфазному напряжению и применение гальванической развязки и др.

В данной курсовой работе требуется разработать измерительную часть устройства автоматического управления. Эта часть состоит из двух преобразователей типов сигналов (температура в напряжения, напряжения в ток), усилителя сигнала, а также фильтра низкой частоты, необходимого для борьбы с синфазной помехой.

1. Структурная схема измерительной части

Структурная схема

помеха

Рисунок 1 - Структурная схема измерительной части

Описание составных частей структурной схемы

Структурная схема представлена на рисунке 1, где:

1 - датчик температуры 50M, необходим для преобразования температуры в сопротивление:

его сопротивление при измеряемой температуре

2 - преобразователь сигнала датчика в напряжения (ПСН);

3 - источник тока для ПСН;

4 - измерительный усилитель:

напряжение входного сигнала равно напряжению на выходе ПСН.

Напряжение синфазной помехи (по заданию) равно 3.5В, напряжение выходного сигнала принимаем 1В;

5 - фильтр низкой частоты (необходим для ослабления синфазной помехи до уровня, который нам необходим - принимаем, что будет вполне достаточно уровня в 0,01% от общей погрешности):

напряжение входного сигнала равно напряжению на выходе ПСН, напряжение синфазной помехи равно напряжению синфазной помехи с учет ослабления на измерительном усилителе, в качестве частоты синфазной помехи принимаем частоту промышленной сети , опрос датчика ведется каждый 6 секунд;

6 - ПНТ (необходим для преобразования напряжения в ток):

входное напряжение ПНТ равно выходному напряжению измерительного усилителя, ток на выходе (по заданию) ;

7 - источник питания схемы измерительного устройства:

он должен обеспечивать двуполярное напряжение с допустимым коэффициентом пульсаций при входном напряжении переменного тока 220В.

Для расчета погрешностей принимаем, что около 50% погрешности будет на измерительном усилителе, на фильтре около 10%, а остальная погрешность поровну распределиться по остальным узлам схемы.

2. Выбор схемы и расчет ПСН

2.1 Схема ПСН

В качестве схемы преобразователя сопротивления в напряжение принимаем четырехпроводный ПСН рисунок 2

Рисунок 2 - ПСН

2.2 Расчет ПСН

Напряжение на выходе схемы ПСН будет равно:

(1)

где - напряжение на выходе ПСН;

- потребляемый мостом ток;

- сопротивления плеч моста;

- сопротивления соединительных проводов.

Сопротивления плеч моста подбираются с учетом следующего соотношения:

(2)

Ом; Ом; Ом;

Сопротивления берем по ряду Е96 с точностью

Основное ограничение на параметры данной схемы накладывает мощность, рассеиваемая на термосопротивлении (принимается mВт):

(3)

С учетом данного ограничения рассчитываем ток :

(4)

Для удобства расчета примем ;

Так как плечи моста находятся в равновесии (т.е. выполнятся условие (2)), то общий ток, который потребляется мостом равен:

(5)

где - ток потребляемый по второму плечу моста ( ).

Напряжение на выходе схемы будет равно (1):

2.3 Определение погрешностей ПСН

Далее рассчитываем погрешность ПСН. Она будет состоять из погрешности неточности сопротивлений:

(7)

где - погрешность от неточности сопротивлений;

- функции чувствительности соответственно для отклонения .

Функция чувствительности для сопротивления находиться по формуле:

(8)

аналогично для сопротивлений и :

(9)

(10)

Погрешность от неточности сопротивлений находим из (7) подстановкой (8), (9) и (10):