Методические указания к лабораторным работам, практическим занятиям и курсовому проектированию по дисциплинам "Электромеханические системы" (стр. 3 из 8)
I ЭТАП
Целью первого этапа работы являются:
1. Ознакомление с принципом действия аналогового и цифрового датчиков и экспериментальное определение их статических характеристик.
2.
 |
Изучение конструкции и принципа работы рулевого агрегата РАУ-107А.
Общие указания
На рис. 2.1 представлена функциональная схема электромеханической следящей системы, включающая следующие элементы: ЗП – задающий потенциометр; ПОС – потенциометрический датчик обратной связи; УПТ – усилитель постоянного тока; РАУ-107А – рулевое автоматическое устройство, включающее в себя двигатель постоянного тока и зубчатую механическую передачу типа винт–гайка; ПМ – преобразователь механический, обеспечивающий преобразование линейного перемещения штока РАУ-107А в угловое; ЦДП – цифровой датчик положения; БИ – блок индикации, служит для визуального отображения информации, поступающей с ЦДП.
В качестве основного элемента системы использовано рулевое автоматическое устройство РАУ-107А. Это стандартный узел от электрогидравлической системы управления рулевым устройством самолета. Внутри РАУ-107А находится двигатель постоянного тока типа Д-25Г, а также зубчатая механическая передача типа винт–гайка, которая преобразует угол поворота двигателя в линейное перемещение штока. Кинематическая схема РАУ-107А представлена на рис. 2.2, на котором приняты следующие обозначения: α1 – угол поворота двигателя; Ζ1…Ζ4 – шестерни с зубчатым зацеплением; α2 – угол поворота на выходе зубчатой передачи; l – перемещение штока. Шаг передачи винт–гайка hш = 2 мм на оборот Ζ4.Коэффициент передачи редуктора
.Коэффициент передачи винт–гайка [мм/рад]
.Таким образом, общий коэффициент механической передачи РАУ-107А [мм/рад]
.Как отмечалось, в рулевом агрегате РАУ-107А установлен двигатель постоянного тока Д-25Г, который имеет следующие параметры: TЭМ = 0.03 с, TЯ = 0.002 с, kД = 25.6 рад/В·с. Передаточная функция двигателя, связывающая угол поворота вала двигателя с напряжением, подаваемым на двигатель, имеет вид
.Согласно основным техническим данным РАУ-107А ход штока от среднего положения до механического упора составляет ±14 ±0.5 мм, т. е. суммарная величина перемещения равна 29.0 мм. ПМ обеспечивает преобразование данной величины в угловое перемещение выходной оси на 325° (αо. с). Таким образом, коэффициент передачи ПМ
[град/мм] 
.ПМ используется в системе для повышения уровня наглядности, так как ход штока РАУ-107А мал и трудно фиксировать его перемещение.
На выходной оси системы находятся два датчика: аналоговый и дискретный. В качестве аналогового датчика используется потенциометр типа ПТП номиналом 5 кОм. Потенциометр используется в следящей системе в качестве датчика обратной связи, коэффициент передачи которого (kпос) необходимо определить при проведении лабораторной работы. В качестве дискретного используется датчик "вал–код" типа МП-9, преобразующий угол поворота оси в девятиразрядный код Грея. Широкое распространение кода Грея для кодирования кодовых масок датчиков угловых и линейных перемещений обусловлено его высокой помехозащищенностью, поскольку он относится к так называемым однопеременным (т. е. искусственным) кодам, в которых последовательный переход от одного числа к другому отличается лишь одним разрядом кодовой комбинации. Обычный двоичный код при переходе от одного числа к другому имеет различие сразу в нескольких разрядах, что приводит к неоднозначности считывания информации с датчиков угловых и линейных перемещений. Устранение возможной неоднозначности считывания информации может быть реализовано различными аппаратными и программными средствами. Однако использование однопеременных кодов, в частности кода Грея, для этих целей является наиболее рациональным решением задачи повышения достоверности получаемой информации о величинах перемещений.
В лабораторной работе датчик МП-9 используется как средство отображения информации о величине углового перемещения выходного вала системы и является одним из элементов исследования, позволяющим ознакомиться с существующими цифраторами перемещений, построенными на основе помехозащищенных кодов. Кроме того, его использование облегчает процесс сопряжения лабораторной установки с ПЭВМ для реализации процесса ее исследования.
Блок индикации (БИ) предназначен для визуального отображения данных, поступающих с датчика МП-9. БИ выдает информацию о текущем угле поворота выходной оси на переднюю панель макета в виде девятиразрядного кода Грея, истинно двоичного кода и значения угла в градусах. При выполнении лабораторной работы необходимо исследовать преобразование дискретного кода из одного вида в другой.
УПТ, используемый в системе, характеризуется передаточной функцией инерционного звена первого порядка
, где ТУ = 5·10–5 с.Порядок проведения работы
1. Ознакомиться с лабораторной установкой, с расположением и назначением органов управления на лицевой панели макета.
2. Для определения коэффициента передачи датчика обратной связи (kпос) подключить выход вольтметра к следующим клеммам установки: +U и ^. Включить тумблеры "СЕТЬ" установки и вольтметра. Вывести задающим потенциометром шток установки в крайнее правое положение. Записать значение шкалы, на которое указывает стрелка (αнач), и показания вольтметра (Uнач). Задающим потенциометром изменить угловое положение шкалы на 15° (α1), одно деление шкалы равно 1°, записать показания вольтметра для данного угла (
). Увеличивая угловое положение, повторить эксперимент девять раз (α2…α10, α10 = 150°), записав показания вольтметра для каждого следующего положения ( 
). Рассчитать kпос для каждого углового положения: 
. Затем получить среднее значение 
.3. Проверить правильность преобразования кода Грея в двоичный код следующим образом. Для определения i-го разряда комбинации двоичного кода необходимо сложить по модулю 2 все элементы преобразуемой комбинации кода Грея от старшего до i-го включительно по формуле
, где ai – элемент двоичного кода; aj – элемент кода Грея. Проверить правильность преобразования для пяти различных угловых положений установки.4. Проверить правильность преобразования двоичного кода в значение угла в градусах для тех же угловых положений, что и в п. 3. Определить значение десятичного числа по формуле
, где n – десятичное число; k – количество разрядов двоичного числа; ai = 0 или 1 – значение i-го разряда двоичного числа; xмл = 0.7 град/разр – чувствительность младшего разряда двоичного числа.Оформление отчета
Результаты выполненной работы должны быть представлены в виде отчета, содержащего:
1. Функциональную схему следящей системы.
2. Статическую характеристику датчика обратной связи Uо. с = f(α), определение вида характеристики. Необходимые расчеты kпос.
3. Проверку правильности преобразования кода Грея в двоичный код и затем в значение угла в градусах.
4. Выводы по работе.
II ЭТАП
Целью второго этапа работы являются:
1. Изучение принципа действия и математическое описание электромеханической следящей системы.
2. Расчет устойчивости системы.
3. Экспериментальное определение статических и динамических характеристик исследуемой системы.
Общие указания
По принципу действия следящие системы можно подразделить на три основных типа: позиционные, скоростные и комбинированные. В данной работе исследуется следящая система позиционного типа, предназначенная для отработки выходным валом системы входного задающего напряжения. Достоинствами следящих систем этого типа являются значительное усиление механической мощности при отсутствии реакции на задающее устройство, малые значения статической и динамической ошибок системы, высокая надежность и т. д.
На рис. 2.3 представлена структурная схема электромеханической следящей системы.
