РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту на тему:

Система управления и контроля юстировочного МР-привода

Москва, 2004 г.

Задание

на курсовой проект по системам автоматического управления оборудования электронных технологий.

Тема проекта: Система управления и контроля 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.

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

Содержание расчетно-пояснительной записки.

• Введение.
• Описание процессной модели. Выбор и обоснование целевых, сервисных функций, и функций коррекции цели.
• Описание комплексной принципиальной схемы.
• Технические задания на элементы и узлы машины.
• Расчет и описание схемы.
• Заключение.

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 разработана система термостатирования для экспериментальной установки 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 термостатирования), электрические схемы блока усилителей сигнала ЦАП и блока питания на стабилизированное напряжения ±15 В и 5 В. В расчетно-пояснительной записке приведены необходимые пояснения и отражены принципы построения САУ установки, даны расчеты и описания.

Оглавление

Задание.. 2

Аннотация. 3

Оглавление.. 4

1. Введение.. 5

2. Описание процессной модели.. 8

1. Общие требования к алгоритму управления. 8

2. Процессы, реализуемые в системе. 9

3. Описание комплексной принципиальной схемы.. 13

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

Блок измерения перемещений: 14

Элементарный сегмент зеркала: 14

Магнитореологические дроссели (МРД). 14

Узел упругой подвески. 14

Блок энергообеспечения. 14

Блок вкл/выкл сети 220. 15

Блок питания. 15

Блок усилителей.. 15

Пульт управления гидростанцией.. 15

5. Выбор стандартных компонентов. 17

Датчики положения. (D1-D4). 17

Гидростанция АСГ-800. 20

Управляющий компьютер (PC). 21

6. Расчет схем... 24

Блок питания. 24

7. Заключение.. 26

8. Список использованной литературы.. 27

• 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 (в телескопе АСТ-25 их 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 около 70 кг) из перспективных конструкционных материалов. В соответствии с концепций построения телескопов типа АСТ, каждый элемент СГЗ, подвешен на 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.

Основой точностных характеристик данного привода является магнитореология. Применение МР-суспензии в качестве рабочей жидкости привода позволило избавиться от статической составляющей трения в элементах привода, обеспечивая при этом высокие показатели точности и быстродействия. Однако свойства МР-суспензии сильно зависят от ее температуры. В связи с этим для стенда была разработана система термостатирования со следующими параметрами:

рабочая температура суспензии 30° C допустимое отклонение температуры ±0.5° С

В качестве охладителей в системе термостатирования были использованы элементы Пельтье, поскольку не требуют существенного усложнения привода и являются достаточно дешевыми и надежными.

Система термостатирования выполнена в виде бачка с протекающей МР-жидкостью, внутреннего радиатора, элементов Пельтье, двух внешних радиаторов и системы управления состоящей из датчика температуры, преобразователя и PC оборудованного ADC/DAC.

• Система термостатирования.

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^-5…10^-3 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 под давлением, создаваемым гидростанцией 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.

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.