Диссертация (1026354), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Каждая ось министика92заменяет две дискретных кнопки – для отклонений рукоятки в положительноми отрицательном направлениях. При отклонении рукоятки министика большезаданногопределапроисходитповторного переключенияпереключениясостояниякнопки.Длярукоятка министика должна предварительновернуться в нейтральное положение. Алгоритм дискретной кнопки с фиксациейпредставлен на Рисунке 3.10.X – Показания министика по осиTn – Порог срабатывания при отклонении рукоятки в отрицательном направленииTp – Порог срабатывания при отклонении рукоятки в положительном направленииDn – Граница нейтрального положения при отклонении рукоятки в отрицательномнаправленииDp – Граница нейтрального положения при отклонении рукоятки в положительномнаправленииНачалоПолучение XминистикаX>Tp?X<Tn?ДаНетX<Dp?НетДаX>Dn?НетФлаг нажатия nсброшен?ДаУстановка флаганажатия nНетНетФлаг нажатия nсброшен?ДаДаСброс флага нажатияnДаСброс флага нажатияpУстановка флаганажатия pИнверсия состояниякнопки pИнверсия состояниякнопки nУстановка состоянийкнопокКонецРисунок 3.10.
Алгоритм работы дискретной кнопки с фиксациейНет933.3 Разработка методов исследования эксплуатационных характеристикоптических министиков3.3.1 Метод исследования функции преобразования министикаОсновной характеристикой цифрового оптического министика являетсяего функция преобразования. Функция преобразования министика представляетсобой зависимость полезного сигнала министика от величины отклонениярукоятки министика.Целью эксперимента является определение данной зависимости.Методом проведения эксперимента является регистрация показанийминистика в точках с заданным отклонением рукоятки министика по осямX и Y.Задать отклонение рукоятки министика возможно двумя способами (см.Рисунок 3.11):- отклонением рукоятки по осям X и Y;- отклонением рукоятки и поворотом основания.Рисунок 3.11.
Способы отклонения рукоятки министика в плоскости X-Y:слева – отклонением рукоятки по осям X и Y, справа – отклонением рукоятки иповоротом основанияЗадание отклонением рукоятки и поворотом основания является болеепростым с технической точки зрения способом.94В данном случае положение рукоятки может быть задано ее отклонениемот центра L и углом поворота основания φ.Параметрами эксперимента являются:- шаг отклонения рукоятки ΔL;- величина максимального отклонения рукоятки Lmax;- шаг угла поворота Δφ;- число замеров показаний N в заданной точке.Следуеттакжевестидваотдельныхизмеренияпоказанийприперемещении рукоятки министика в противоположных направлениях (влево ивправо).
Это необходимо для определения гистерезиса показаний, вызванногосвойствами материала УДЭ.На основе этих данных можно разработать алгоритм тестированияхарактеристик министика, представленный на Рисунке 3.12.НачалоОтклонить рукоятку вкрайне левое положениеОтклонить рукоятку нашаг ΔL мм влевоОтклонить рукоятку нашаг ΔL мм вправоПредел отклоненияLmax достигнут?Повернуть основание наугол ΔφПроизвести замерпоказаний министика«влево» N разПроизвести замерпоказаний министика«вправо» N разНетПредел отклонения-Lmax достигнут?ДаДаНетУгол поворота 180достигнутНетДаВернуть рукоятку внейтральное положениеКонецРисунок 3.12.
Алгоритм тестирования характеристик министика95Результатом тестирования является массив значений, в которомкаждому положению рукоятки министика будет соответствовать определенноезначение полезного сигнала министика. Полезный сигнал министика будетпредставлять собой два значения, соответствующих величинам отклонениярукоятки министика по оси X и по оси Y.
Оценка качества также должнапроизводиться для каждой оси.Для оценки качества полезного сигнала целесообразно использоватьследующие параметры:- амплитуда;- разрешение;- точность;- нелинейность;- гистерезис.Амплитуда представляет собой разность наибольшего и наименьшегозначений полезного сигнала.
Амплитуда вычисляется по формулеΔX = Xmax–Xmin,(3.7)где Xmax – максимальное значение полезного сигнала,Xmin – минимальное значение полезного сигнала,ΔX – амплитуда сигнала.Разрешение представляет собой изменение числа значений полезногосигнала на единицу величины отклонения рукоятки. Разрешение определяетчувствительность министика, более высокое разрешение позволяет более точноопределить положение управляющей рукоятки министика.Разрешение министика определяется по формулеR = ΔX/2·Lmax,(3.8)где R – разрешение министика,ΔX – амплитуда сигнала министика,Lmax – ход рукоятки министика от нейтрального положения до крайнегоположения.96Точность показаний представляет собой разброс значений полезногосигнала при заданной и неизменной величине отклонения рукоятки министика.Для оценки точности показаний применяется значение среднеквадратическогоотклонения измеренных показаний в точке с заданным отклонением рукоятки.Относительное значение δ вычисляется по формулеδ =|СКО/ ΔX |,(3.9)где δ – относительное отклонение показаний министика по даннойкоординате,СКО – среднеквадратическое отклонение показаний министика по даннойкоординате,ΔX – диапазон значений (амплитуда) функции преобразования по даннойкоординате.Нелинейностьпредставляетсобойотклонениекривойфункциипреобразования исследуемого министика от прямой линии.
Для оценкинелинейностиприпомощиметоданаименьшихквадратовстроитсяаппроксимирующая функция прямой линии вида X=kx+b. Далее нелинейностьNL вычисляется по формулеNL =|X–XРАСЧ|/ΔX,(3.10)где Х – фактическое значение показаний министика по даннойкоординате в данной точке;ХРАСЧ – вычисленное при помощи аппроксимирующей функции;ΔX – диапазон значений (амплитуда) функции преобразования министикапо данной координате.Гистерезис представляет собой различие значений выходного сигналапри одинаковом значении отклонения рукоятки, но разных направлениях егоизменения.Наличиегистерезисасвязанососвойствамиматериалаупругодеформируемого элемента. Гистерезис G показаний оценивается поформуле:97G=|XПР-XЛ|/ ΔX,(3.11)где XПР - значение показаний министика по данной координате в даннойточке при перемещении рукоятки вправо;XЛ – при перемещении влево;ΔX – диапазон значений (амплитуда) функции преобразования по даннойкоординате.3.3.2 Метод исследования эксплуатационного ресурса министикаОсновным воздействием, которое испытывает министик во времяработы, является нажатие на его рукоятку.
Поэтому ресурс министика можетбыть определен количеством нажатий на рукоятку до отказа министика.Отказомминистика является разрушение егоконструкции илизначительное изменение функции преобразования министика, делающееневозможным дальнейшее использование министика для управления объектом.Экспериментальное исследование ресурса министика может бытьосуществлено имитацией эксплуатационной нагрузки путем многократногоотклонения рукоятки министика нажатием на ее свободный конец вгоризонтальном направлении. Основной сложностью исследования являетсядлительность процесса исследования: ресурс министика может составлятьнесколько миллионов отклонений до его отказа.
Для тестирования могут бытьприменены два подхода:- уменьшение числа отклонений;- ускорение процесса тестирования.Для уменьшения числа нажатий исследование проводят в более жесткихусловиях, чем реальные условия эксплуатации. Для министика это может бытьповышенная температура, агрессивная внешняя среда, повышенный диапазонотклонения рукоятки.
При данном подходе важно рассчитать степень98ужесточения тестовых условий, чтобы обеспечить адекватность исследования,что является сложной задачей.Более простым подходом является ускорение процесса тестирования. Вэтом случае для тестирования необходимо использовать оборудование,позволяющее с высокой скоростью оказывать воздействие на министик.Исследованиеэксплуатационныххарактеристикминистиковпланируется осуществлять путем их автономного тестирования циклическойнагрузкой. Для проведения указанных исследований необходимо имитироватьдлительную работу (в течение нескольких десятков часов) министиков впредельных режимах.Принцип тестирования заключается в многократном циклическомотклонении рукоятки министика от центрального положения в разныхнаправлениях с одновременной регистрацией показаний министика.Для тестирования был определен следующий алгоритм, представленныйна Рисунке 3.13.НачалоОтклонить рукоятку наL мм влевоОтклонить рукоятку наL мм влевоОтклонить рукоятку на2L мм вправоОтклонить рукоятку на2L мм вправоОтклонить рукоятку наL мм влево, вернув еев исходное положениеОтклонить рукоятку наL мм влево, вернув еев исходное положениеПовернуть основаниена 90 градусов почасовой стрелкеПовернуть основаниена 90 градусов почасовой стрелкеНетЗавершитьиспытания?ДаКонецРисунок 3.13.
Алгоритм тестирования ресурса министика99В процессе исследований необходимо определить:- прочность конструкции министика и упругодеформируемого элемента;- зависимость показаний министика от количества нажатий.Прочность конструкции министика и упругодеформируемого элементаопределяется визуальным осмотром министика после проведения испытаний.Министикнедолженупругодеформирумогоиметьповрежденийэлементаотконструкции:основания,отрываразрывовупругодеформируемого элемента, отрыва рукоятки упругодеформируемогоэлемента от поверхности.Зависимость показаний министика от количества нажатий может бытьоценена через коэффициент изменения показаний Kи, который может бытьрассчитан как среднеквадратическое отклонениепоказаний министика доиспытаний и после испытаний в одной и той же точке с заданнымипараметрами отклонения рукоятки (величиной отклонения L и угломповорота φ).(3.12)где Kи – коэффициент изменения показаний после ресурсных испытаний;X1 – значение показаний министика в заданной точке до проведенияисследований эксплуатационного ресурса;X2 … Xn-1 – значения показаний министика в заданной точке во времяисследований эксплуатационного ресурса (дополнительно);Xn – значение показаний министика в заданной точке после завершенияисследований эксплуатационного ресурса;ΔXминистика.–диапазонзначений(амплитуда)функциипреобразования1003.4 Выводы по главе1.
Разработана общая структура оптического министика, структурныесхемы министиков на базе оптических схем с общим излучателем и общимприемником. В результате анализа преимуществ и недостатков приняторешение о реализации и исследовании министика на основе схемы с общимизлучателем и мультиплексированием каналов и министика на основе схемы собщим приемником. Разработаны алгоритмы функционирования оптическихминистиков.Далеенеобходимареализацияустройствнаконкретнойэлементной базе, которая будет произведена в главе 4.2. Разработаныалгоритмыфункционированияполиморфногопереключателя на базе цифрового оптического министика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
