Этот курсовой проект был успешно сдан в 2002-м году
Чертежи только PDF

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

Система управления и измерения перемещений юстировочного МР-привода

Москва 2002

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по системам автоматического управления оборудования электронных технологий.

Тема проекта: Система управления и измерения перемещений юстировочного МР-привода

1. Проработать описание работы машины, выбрать и обосновать состав его основных целевых функций, сервисных функций, функций отработки аварий.

2. Разработать комплексную принципиальную схему, как совокупность системы целевых механизмов, системы их энергообеспечения и системы управления, связанных материальными, энергетическими и информационными потоками.

3. Описать механический, энергетический и информационный интерфейс компонентов стенда.

Содержание графической части.

1. Процессная модель машины..................................................1 л.
2. Комплексная принципиальная схема....................................2 л.
3. Комплексная электрическая схема........................................1 л.

Содержание расчетно-пояснительной записки.

1. Введение.
2. Описание процессной модели. Выбор и обоснование целевых, сервисных функций, и функций коррекции цели.
3. Описание комплексной принципиальной схемы.
4. Технические задания на элементы и узлы машины.
5. Расчет и описание схемы.
6. Заключение.

Оглавление

Аннотация................................................................................................................................... 4

Введение..................................................................................................................................... 5

Описание процессной модели...................................................................................8

1. Общие требования к алгоритму управления............................................................ 8

1.1. Функции системы............................................................................................................. 8

1.2. Режимы работы................................................................................................................. 8

2. Процессы, реализуемые в системе.............................................................................. 9

2.1 Основные целевые процессы.......................................................................................... 9

2.2. Сервисные процессы...................................................................................................... 12

2.3. Процессы коррекции цели............................................................................................ 12

Описание комплексной принципиальной схемы........................................... 13

Техническое задание на оригинальные элементы и узлы машины.................14

Выбор стандартных компонентов...........................................................................16

Расчет схем..................................................................................................................26

Заключение..................................................................................................................29

Список литературы....................................................................................................30

Аннотация

Целью данного курсового проекта является овладение навыками, методами и средствами комплексных разработок механических и электронных компонентов оборудования САУ.

Задачи проекта состоят в:

• распределении функций машины между различными компонентами и обоснование этих функций;
• постановке четких технических заданий перед разработчиками отдельных компонентов;
• выполнении технической документации на электронные компоненты.

В проекте разрабатана система управления экспериментальной установкой по исследованию точностных и динамических характеристик юстировочного привода элементарного зеркала –сегмента большого астрономического телескопа.

Курсовой проект выполнен в следующем объеме: процессная модель (алгоритм работы установки и таблицу процессов), комплексная принципиальная схема (механика и энергообеспечение системы автоматического управления), электрические схемы усилителя сигнала ЦАП и блока питания на стабилизированное напряжения ±15В и 5В. В расчетно-пояснительной записке приведены необходимые пояснения и отражены принципы построения САУ установки, даны расчеты и описания.

Введение

Магнитореологический привод разрабатывается для юстировки элементарных сегментов составного главного зеркала большого астрономического телескопа с адаптивной оптикой, типа АСТ.

Привод должен отвечать высоким требованиям по точности позиционирования элементарных зеркал (погрешность не более 50 нм) и по быстродействию (постоянная времени привода не более 100 мс), которые обусловлены необходимостью многократных перемещений и точных позиционирований в процессе функционирования. СГЗ (диаметр до 25 м) таких телескопов состоит из большого числа отдельных оптических элементов (например 612), что приводит к необходимости автоматического поддержания их как общей поверхности, кроме этого необходима функция коррекции искажения волнового фронта в реальном времени.

Быстродействие требует от привода устойчивости - быстрого затухания переходных процессов в режиме точного позиционирования при высокой скорости самих процессов. Для обеспечения нанометровой точности перемещения, миллисекундного быстродействия привода необходимо решить комплекс задач, связанных с разработкой быстродействующей системы автоматического управления. Элемент СГЗ представляет собой шестиугольный сегмент с диаметром вписанной окружности 1 м, выполненный с пятикратным облегчением (вес менее 100 кг) из перспективных конструкционных материалов. В соответствии с концепций построения телескопов типа АСТ, каждый элемент СГЗ, подвешен в общей оправе с возможностью поворота вокруг центра массы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и линейного перемещения вдоль оси. Это обеспечивается узлом упругой подвески, и соответствующим юстировочным приводом.

Требования к юстировочному приводу:

Диапазон перемещений до 10 мм

Погрешность позиционирования £50 нм

Быстродействие (постоянная времени) £200 мс

Воспроизводимость перемещений высокая

Малая величина гистерезиса при

реверсивном движении привода (менее 20%);

Передаваемое усилие до 120 кг.

Принцип работы юстировочного привода основан на изменении динамической вязкости магнитореологической суспензии. МР-суспензия – это дисперсная физико-механическая система, которая состоит не менее чем из двух фаз, разделенных сильно развитой поверхностью, где одна из фаз (дисперсная) распределена в виде частиц с размерами 10…10 мм в другой непрерывно фазе (дисперсионной). В качестве дисперсионной фазы для МР-суспензии используются микрочастицы Fe, CrO₂ или других магнитомягких материалов. Механизмы изменения динамической вязкости при МР-эффектах объясняются процессами структурирования рабочей жидкости. При структурировании происходит ориентация (поворот) частиц дисперсной фазы (доменов или диполей) вдоль силовых линий магнитного или электрического полей и их перемещение в сторону наибольшей напряжённости поля.

Схема юстировочного МР-привода.

1 – сегмент зеркала; 2 – узел упругой подвески; 3- гидроцилиндры; 4 –подвижный корпус; 5 – тяги; 6 – гидростанция.

Рабочая жидкость – поступает при помощи гидростанции 6 в корпусную деталь 4, в которой осуществляется разводка жидкости по шести гидроцилиндрам 3. Регулирование перепада давления во встречных гидроцилиндрах осуществляется с помощью дросселирования потока рабочей жидкости, по принципу описанному выше.

Под действием перепада давлений сильфон гидроцилиндра деформируется и вызывает перемещение штока, который в свою очередь через корпус 4 и тяги 5 передает тяговое усилие на сегмент зеркала 1. Наличие шести гидроцилиндров (по два на каждую координату) позволяет осуществлять все требуемые перемещения сегмента зеркала 1.

Рис. 1.2.2. Сильфонный гидроцилиндр.

1 – корпус; 2 – сильфонный узел; 3 – шток; 4 – входной дроссель;

5 – выходной дроссель; 6 – камера давления, заполненная рабочей жидкостью.

Сегмент зеркала совершает перемещения относительно узла упругой подвески. В узле главной частью является упругая мембрана, которая и позволяет перемещаться по трём осям. Упругий шарнир служит приспособлением для установки инерционных объектов (зеркал). Основание следящего трёхкоординатного МР-привода жёстко крепиться к полу, чтобы исключить всевозможные смещения МР-привода во время его работы.