На основе патентно-библиографического поиска исследования акселерометра являются недостаточными, поэтому данная тема курсовой работы, как и разработка устройства и расчет его элементов является актуальной и востребованной в настоящее время в силу стремления усовершенствования прибора и его характеристик, уменьшения его размеров и повышения его чувствительности к внешним возмущениям. Поставленная цель потребует решения следующих задач: разработка математической модели прибора, расчет чувствительного элемента и разработка чертежа.

1. 
   Разработка математической модели прибора
   

Построение структурной схемы начинают с формирования математического описания системы (с использованием законов электро-техники и механики). Построим структурную схему в виде следующей совокупности звеньев:



Рисунок 1. Функциональная схема системы

В процессе составления уравнений динамики систему предварительно разбивают на звенья. Затем каждое звено рассматривают отдельно. Входная и выходная величины соответствуют физическим величинам, выражающим воздействие предыдущего звена на данное звено и воздействия данного звена на последующее. На функциональной схеме: ЧЭ – чувствительный элемент в виде массы, ДУ – датчик угла индукционного типа, УС – усилитель, ПР – преобразователь напряжения в ток, ДС – датчик силы. [1]

Структурная схема – это изображение САУ в виде совокупности динамических звеньев с указанием связи между ними с определенными типовыми передаточными функциями (ПФ).

Под динамическим звеном понимают устройство устройство любой физической природы, описываемое дифференциальным уравнением, не выше второго порядка.

Под передаточной функцией звена понимают отношение изображений по Лапласу выходного сигнала ко входному сигналу при нулевых начальных условиях и равных нулю прочих воздействий на звено или систему. [2]

Запишем передаточную функцию каждого звена и составим структурную схему:

1. 
   Чувствительный элемент (ЧЭ) описывается уравнением:
   

2. 
   Датчик угла (ДУ) описывается коэффициентом
   
3. 
   Датчик силы (ДС) имеет уравнение вида:
   

---

4. 
   Усилитель (УС) в цепи обратной связи представляет собой:
   

5. 
   Преобразователь напряжения (ПР) описывается уравнением:
   

С учетом полученных передаточных функций звеньев структурная схема данной САУ будет иметь вид:



Рисунок 2. Структурная схема системы

Датчик момента, преобразователь напряжения и усилитель в цепи обратной связи можно представить, как коэффициент обратной связи и тогда структурная схема примет вид:



Рисунок 3. Структурная схема системы с коэффициентом обратной связи

После составления структурной схемы акселерометра необходимо провести ее анализ в соответствии с заданными параметрами на устойчивость системы и ее соответствии техническому заданию (на величину перерегулирования, время переходного процесса и запасы по фазе и амплитуде). Для этого при помощи программы CLASSIC 3.01 проведем моделирование исходной системы и проверим ее на устойчивость и соответствие параметров заданным значениям в техническом задании. Результаты моделирования представлены ниже, на рис. 4 – 7.



Рисунок 4. ЛАЧХ и ФЧХ разомкнутой исходной системы

Исходная система, согласно рис. 4, является устойчивой, так как фазовая частотная характеристика не пересекает отметку .



Рисунок 5. Показатели частотных характеристик исходной разомкнутой системы

Для анализа системы, оценки времени переходного процесса и величины перерегулирования, замкнем систему и посмотрим на переходный процесс и его параметры.



Рисунок 6. Переходный процесс и его параметры исходной замкнутой системы

Рассмотрим так же частотные характеристики замкнутой системы:

---

Рисунок 7. Частотные характеристики замкнутой исходной системы и параметры

Анализируя параметры переходного процесса, видно, что величина перерегулирования слишком велика, как и время переходного процесса (не соответствуют параметрам ТЗ), а число колебаний больше 3. По виду и параметрам частотных характеристик замкнутой системы можно сказать, что подъём частотной характеристики в точке переходного процесса превышает 3 дБ. На основе анализа параметров исходной системы можно сделать вывод, что для уменьшения подъёма частотной характеристики замкнутой системы и для уменьшения числа колебания, необходимо скорректировать систему путем введения корректирующего звена (интегро-дифференцирующего звена). [1]

Интегро-дифференцирующие звенья подавляют усиление в некотором интервале «средних» частот, а вносимый фазовый сдвиг вначале отрицателен, затем с ростом частоты становится нулевым. При дальнейшем росте частоты фазовый сдвиг становится положительным.

ЛАФЧХ и электрическая схема пассивного интегро-дифференцирующего звена:



а) б)

Рисунок 8. ЛАЧХ (а) и электрическая схема (б) пассивного интегро-дифференцирующего звена

Передаточная функция и частотные характеристики пассивного интегрирующего звена:





При этом в n раз (n=10). Тогда передаточная функция корректирующего звена будет иметь вид:



Произведем в той же среде моделирование скорректированной системы (в которую ввели корректирующее звено) и оценим новые параметры переходного процесса и запасы устойчивости. Структурная схема скорректированной системы показана на рис. 9 , а результаты моделирования – на рис. 10 – 12.


Рисунок 9. Структурная схема скорректированной системы

---

Рисунок 10. Переходный процесс и его параметры скорректированной системы

Анализируя переходный процесс и его параметры скорректированной системы видно, что введение корректирующего звена позволило уменьшить время переходного процесса и величину перерегулирования до адекватно-допустимого значения. Необходимо проверить частотные характеристики скорректированной системы на соответствие параметров допустимым значениям.



Рисунок 11. ЛАЧХ и ФЧХ скорректированной разомкнутой системы



Рисунок 12. Параметры частотных характеристик скорректированной разомкнутой системы

Анализируя параметры частотных характеристик скорректированной разомкнутой системы, видно, что запасы по фазе меньше 55 и на основе анализа переходного процесса и его параметров можно сказать, что введение корректирующего устройства было необходимо и позволило получить более устойчивую систему, соответствующую необходимым параметрам ТЗ. [3]

2.   1   2   3

---

Расчет элемента


Дифференциальный трансформатор для измерения линейных перемещений (LVDT) представляет собой электромеханический преобразователь, который определяет механическое смещение сердечника и выдает пропорциональное переменное напряжение на выходе.[5]

Рассмотрим конструкцию трансформаторного датчика угла, показанную на рис. 13. Датчик угла состоит из неподвижной части и подвижного ферромагнитного якоря 1. Основой неподвижной части является симметричный Ш-образный магнитопровод 2 из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. На центральном стержне магнитопровода находится обмотка возбуждения 3. На боковых стержнях магнитопровода расположены обмотки съема сигнала 4.



Рисунок 13. Конструкция трансформаторного датчика угла с переменной площадью сечения магнитопровода
Обмотки съема сигнала включаются встречно-последовательно. Обмотка возбуждения создает магнитный поток, который замыкается через магнитопровод, немагнитные зазоры и подвижный якорь. Магнитные потоки, проходящие через боковые стержни магнитопровода, наводят в обмотках 4 ЭДС.

При центральном положении якоря потоки, замыкающиеся через левую и правую часть магнитопровода, будут одинаковыми. При этом наводимые этими потоками в обмотках 4 ЭДС также будут одинаковыми.



Рисунок 14. Распределение магнитного потока обмотки возбуждения
При повороте якоря, например, вправо, площадь, через которую магнитный поток проходит из левого стержня магнитопровода в якорь, уменьшится, а площадь, через которую магнитный поток проходит из правого стержня магнитопровода в якорь, наоборот, возрастет. Таким образом, магнитное сопротивление левой части магнитопровода увеличится, а правой – уменьшится. При изменении магнитного сопротивления магнитный поток перераспределяется – уменьшается в левой части и увеличивается в правой. Соответственно, изменяются и ЭДС, наводимые в обмотках 4.

На рис. 15 показана другая возможная схема трансформаторного датчика угла.


Рисунок 15. Конструкция трансформаторного датчика угла с переменным воздушным зазором

---

Смотрите также файлы

• Задания по суммативному оцениванию за i четверть.docx

• Складской учет в каз им. С. П горбунова филиал пао туполев.docx

• практическая 1.docx

• Кодирование информации и составление алгоритмов для решения технических задач.docx

• Задания для практической работы.docx