04А_Аналоговые ВУ (конспект за второй семестр 4-го курса, преподаватель Ляхова)
Описание файла
Файл "04А_Аналоговые ВУ" внутри архива находится в папке "Ляхова_лек_4К". Документ из архива "конспект за второй семестр 4-го курса, преподаватель Ляхова", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технология и оборудование автоматизированного производства рэс" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "лекции и семинары", в предмете "технология и оборудование автоматизированного производства рэс" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "04А_Аналоговые ВУ"
Текст из документа "04А_Аналоговые ВУ"
Вычислительные устройства.
Основными функциями вычислительного устройства (ВУ) являются
- прием (входной) информации,
- хранение,
- определение и требуемого воздействия на ОУ,
- .формирование выходного сигнала.
ВУ бывает аналоговым, цифровым и комбинированным. Сочетание различных подходов позволяет эффективно управлять многопараметрическими ОУ: аналоговые элементы освобождают микропроцессоры от выполнения простых задач
Информация о времени может задаваться:
- таймерами, счетчиками,
- с помощью потенциометров в сочетании с реле времени,
- скоростью вращения задающего вала механических программаторов,
- тактовыми генераторами,
- переходом через экстремальную точку питающего напряжения.
Типы информации для программирования: положение, последовательность и время. Они могут запоминаться как раздельно, так и объединяться.
| Типы информационных носителей | Использование |
| Полупроводниковые: СБИС, флеш-память | * |
| Магнитные: хард-диск, дискета, пленка, чернила и краски, вентильные элементы, диски с магнитами | Компьютеры, системы распознавания |
| Оптические: диск (СД), перфолента, перфокарта, прозрачная лента с темными рисками | Станки |
| Перепрограммируемые логические матрицы (ППЛМ): диодные матрицы логических функций, платы временных задержек (перепрограммирование производится перепайкой диодов, перемычек) | САУ, игрушки |
| Электронные схемы (аппаратные) на универсальных логических элементах (И, НЕ, ИЛИ) | Автономные регуляторы АСУ |
| Коммутационные наборные поля (панели), состоящие, в основном, из реле, штекерные поля | Роботы |
| Потенциометры | |
| Датчики путевого контроля (различного физического принципа) | Позиционирование, следящие приводы |
| Наборные поля из пневматических элементов, а также из пневмоструйных логических элементов | Роботы |
| Механические: - упор, плечи рычага, - профилированная поверхность: кулачок, барабан, копир, - перфорированная поверхность плоская, цилиндрическая - давление пружины, воздуха, жидкости | Цикловые АСУ, управление гидро- и пневмоприводов, экстремальные условия |
| Физические параметры: вес, размер, μ, ε | Идентификация изделий |
Рис. Разностная машина Чарльза Бэббиджа. Это первая полностью автоматическая вычислительная машина.
Аналоговые ВУ.
Для несложных задач управления могут стать оптимальными простые механические элементы для задания программы работы: упоры, кулачки, рычаги.
Области рационального применения включает
- часть функций при многопараметрическом управлении,
- работу в неблагоприятных условиях,
- аварийное управление, например, в случае прерывания подачи электроэнергии.
Кулачок. Примером может служить механический таймер барабанного типа. На часовом валу устанавливают кулачки, которые выступом замыкают контакты реле. Программирование таймера сводится к закреплению кулачков с помощью регулировочных винтов. Скорость вращения вала (аналог тактового генератора) определяет временные параметры. Аналогично работают механические копиры.
к
онтакты реле
часовой вал
регулировочный винт
кулачок
Рис. Эскиз механического кулачкового программоносителя.
Рис. Управление клапаном и потенциометром с помощью кулачкового механизма.
Рычаг, в основном, выполняет функцию масштабирования.
Рис. Соотношение плеч L2 / L1 рычага изменяет величину перемещения от U доY в K раз.
Копир. Для изготовления очень больших или очень маленьких деталей удобно использовать модель, удобных для человека размеров.
Рис. Система управления копировальной установкой с гидравлическим следящим приводом и механической обратной связью: 1 — гидроцилиндр; 2 — гидропривод; 3 — резец; 4 — заготовка; 5 — фасонная часть детали; 6 — пружина; 7— гидрораспределитель; 8 — модель - копир; 9 — щуп.
С помощью наборной панели производится коммутация электрических и электронных устройств быстро, но вручную с помощью проводов со штекерами.
| Р |
ис. Наборная панель. 
Рис. Клеммные матрицы предусматривают установку программируемых логических контроллеров (ПЛК).
Рис. К-, Н-, Е- конструктивные системы.
Пневмоника.
Для исполнительных и вычислительных устройств используется пневмоника (греч. - дуновение) - струйная пневмо – гидро - автоматика. Она эффективна для реализации несложных устройств (не более нескольких тысяч элементов) в условиях:
- высоких температур,
- значительных перегрузок и ударов,
- интенсивного радиационного воздействия,
- действия внешних электрических и магнитных полей.
Пневмонические элементы используются в системах управления
- мощных роботов, манипуляторов,
- кондиционирования воздуха, вентиляционных сетей устройств создания микроклимата производственных помещений.
Быстродействие уступает электронным устройствам, но выше, чем у обычных пневматических устройств (клапанов, реле и т.п.). Время переключения струйных реле (при сечении канала в доли мм2) - порядка 0.1 мс, верхняя граница диапазона частот - порядка 1 КГц. Надежность - выше, если при замкнутой циркуляции использовать очищенные воздух и жидкости - устройства выдерживают 10.000.000 переключений.
Используются эффекты:
- примыкания струи к стенкам,
- соударения 2-х или нескольких струй с образование 3-ей струи определенного направления,
- турбулизации течения в струе, завихрения основного потока.
4 3
1
2 5
Рис. Схема струйного элемента реле и элемента памяти.
Струя воздуха из сопла 1 под действием давления канала 4 прижимается к нижней стенке и поступает на выход 5. При создании повышенного давления в канале 2 струя поступает на выход 3. Струйный элемент может работать в режиме реле или элемента памяти, если после снятия давления на входе 2 струя остается примкнувшей к стенке. Это реализуется аналогично недостаточно наклоненному чайнику, когда вода стекает по стенке, а не образует вертикальную струю. Для стирания создается давление в канале 4.
1 3
2
Рис. Струйный логический элемент НЕ ИЛИ с турбулизацией течения.
Если не поданы давления к каналам 2 , то струя от входа 1 будет двигаться без перемешивания (ламинарная струя) и создавать давление в канале 3. Если имеется давление хотя бы в одном из каналов 2, то движение частиц в струе становится неупорядоченным, турбулентным. В выходном канале 3 пропадает избыточное давление.
4 3
1
2 6 5
Рис. Струйное реле с логическим элементом ИЛИ.
Можно создать величины входных давлений в каналах 2 и 6 такими, что для переброса струи будет достаточно подачи давления в один из каналов. Реализуется логический элемент ИЛИ. Поскольку в канале 4 большее сечение, чем у каналов 2 и 6, то при подаче входных сигналов (давлений) по каналам 4 и 2 или 4 и 6, выполняется логическая операция НЕ. Подбор сечений каналов 2 и 6 может реализовать операцию И, если для переброса струи требуется суммарное давление обоих каналов.
Исполнительное устройство (поршневой гидропривод руки робота) может быть построено в виде ЦАП.
l1
l2
Рис. Схема функционирования “телескопического” гидропривода.
Число цилиндров должно быть равно количеству разрядов двоичного числа. Выходным элементом является шток правого гидроцилиндра, нагруженного в процессе работы силой, действующей в направлении стрелки А. Двоичные цифровые сигналы от ВУ. Если это “1”, то через электрогидравлический преобразователь жидкость под давлением поступает по каналу (гибкому шлангу) к соответствующему цилиндру. Поршень в этом цилиндре переходит в крайне правое положение. При “0” соответствующий цилиндр сообщается со сливом, и поршень переходит в крайнее левое положение. При перемещении поршня вместе с ним перемещаются все цилиндры с поршнями, правее его. Максимальное перемещение соответствует коду “1” в каждой позиции.
Устройства Пневмоника применяют в промышленных системах автоматического управления, выполняющих различные логические функции, и в системах, содержащих цифровые счётчики, сдвигающие регистры, блоки поразрядного сравнения чисел. С их помощью производят дискретные операции (суммирование сигналов, поразрядное сравнение кодов) и аналоговые (преобразование и усиление сигналов, их частотную модуляцию).
На элементах Пневмоника строят устройства, измеряющие входные параметры автоматических систем - скорость течения, расход, абсолютное давление газа, отношение давлений, температуру, время, линейные размеры, частоту вращения, ускорение, силы, моменты, некоторые магнитные и электрические величины. Элементы Пневмоника применяют в промышленных регуляторах, индикаторах концентрации газов, индикаторах положения предметов и др. устройствах, предназначенных для автоматизации технологических процессов в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности, в машиностроении и др. Разработаны элементы и устройства Пневмоника для систем управления энергетическими объектами, с.-х. техникой, транспортом. Устройства Пневмоника нормально функционируют при высоких и низких температурах, пожаро- и взрывобезопасны, не боятся инерционных перегрузок и вибраций, не подвержены влиянию радиации. Поэтому их используют в авиационной, ракетной и космической технике, в ядерной энергетике. Элементы Пневмоника применяют и в медицинской аппаратуре, например в системах управления аппаратами искусственного кровообращения и дыхания и др.
Основные элементы Пневмоника предназначены для работы с малыми затратами энергии (обычно ~ 10-2 вт); по аналогии с этими элементами строят струйные переключатели мощных потоков газа для управления вентиляционными системами, для совершенствования процессов улавливания дыма, выходящего из заводских труб, для управления тягой реактивных двигателей летательных аппаратов. На тех же принципах, на которых основано действие устройств Пневмоника, создают устройства гидравлической струйной техники.
