Разработка системы управления

Автоматическое управление процессами и системами.

Вариант 16 ...

1.Исходные данные.
2.Разработка структурной схемы многокоординатной системы контурного управления.
3.Описание назначения отдельных устройств и качественные временные графики сигналов на их входе при отработке заданных перемещений
4. Расчёт параметров системы управления.

Разрядность выходного сигнала: n = 8;
Режим ДОС (ВТ):ФР(фазовый разностный режим)
Передаточное отношение редуктора ходового винта: iр-хв = 1\24;
Передаточное отношение редуктора ДОС: iр-ДОС = 1;
Шаг ходового винта: Тхв = 1 мм/об;
Заданные координаты перемещения: Хзад = 1396.3 мм; Yзад = -4 мм;
Заданная контурная скорость: Fзад = 100 мм/мин;
Максимальная контурная скорость: Fmax = 1600 мм/мин;
Максимальные перемещения по координатам: Smax = 2400 мм;
Добротность по скорости: Кv = 25 с-1;
Ускорение разгона (торможения): а = 50 мм/с2

регистра состояния программ (PSW).
Регистр аккумулятор и регистры временного хранения - восьмиразрядные регистры,предназначенные для приема и хранения операндов на время выполнения операций над ними. Этирегистры программно не доступны.
ПЗУ констант обеспечивает выработку корректирующего кода при двоично-десятичномпредставлении данных, кода маски при битовых операциях и кода констант.
Параллельный восьмиразрядный сумматор представляет собой схему комбинационноготипа с последовательным переносом, предназначенную для выполнения арифметических операцийсложения, вычитания и логических операций сложения, умножения, неравнозначности итождественности.
Регистр B - восьмиразрядный регистр, используемый во время операций умножения иделения. Для других инструкций он может рассматриваться как дополнительный сверхоперативныйрегистр.
Аккумулятор - восьмиразрядный регистр, предназначенный для приема и хранениярезультата, полученного при выполнении арифметико-логических операций или операций сдвига
Блок последовательного интерфейса и прерываний (ПИП) предназначен для организацииввода - вывода последовательных потоков информации и организации системы прерывания программ. Всостав блока входят:
 
1. буфер ПИП, 
2. логика управления, 
3. регистр управления, 
4. буфер передатчика, 
5. буфер приемника, 
6. приемопередатчик последовательного порта, 
7. регистр приоритетов прерываний, 
8. регистр разрешения прерываний, 
9. логика обработки флагов прерываний и схема выработки вектора.
Счетчик команд (Program Counter) предназначен для формирования текущего 16-разрядногоадреса внутренней памяти программ и 8/16-разрядного адреса внешней памяти программ. В составсчетчика команд входят 16-разрядные буфер РС, регистр РС и схема инкремента (увеличениясодержимого на 1).
Память данных (RAM) предназначена для временного храненияинформации, используемой в процессе выполнения программы.
Порты P0, P1, P2, P3 являются квазидвунаправленными портами ввода - вывода ипредназначены для обеспечения обмена информацией ОЭВМ с внешними устройствами, образуя 32 линииввода- вывода.
Регистр состояния программы (PSW) предназначен для хранения информации о состоянииАЛУ при выполнении программы.
Память программ (EPROM) предназначена для хранения программ ипредставляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В разных микросхемах применяютсямасочные, стираемые ультрафиолетовым излучением или FLASH ПЗУ.
Регистр указателя данных (DPTR) предназначен для хранения 16 - разрядного адресавнешней памяти данных или памяти программ.
Указатель стека (SP) представляет собой восьмиразрядный регистр, предназначенныйдля организации особой области памяти данных (стека), в которой можно временно сохранить любуюячейку памяти.
ФЦАПП – Функциональный цифро-аналоговый преобразователь перемещения. Предназначен для преобразования цифрового сигнала, поступающего с контроллера в аналоговой синусоидальный.
ГОН –Генератор опорного напряжения. Предназначен для формирования синусоидального опорного сигнала вида :
ФП – Функциональный преобразователь. Формирует сигнал пропорциональный , поступающий с СКВТ.
ФСУП – формирует сигнал на РЭП.
РЭП – Регулируемый электропривод. Предназначен для вращения вала двигателя на определенный угол поворота в зависимости от поступающего сигнала.
ВТ – Датчик обратной связи типа ВТ (вращающийся трансформатор).
Описание схемы работы многокоординатной системы контурного управления
Датчик перемещений (ВТ) работает в фазовом индикаторном режиме. Фазовый сдвиг, образуемый в рабочей обмотке ВТ, прямопропорционален разности между заданным углом поворота и его истинным значением. Система управляет контурными перемещениями, коды которых подаются с Портов 0 и 1 в цифровом виде, т.к. ДОС(ВТ) работает в аналоговом режиме, то необходимо преобразование цифрового кода. Для этого используется функциональный цифро-аналоговый преобразователь заданных перемещений (ЦАПП) , который (при подаче на него опорного напряжения с генератора опорнх напряжений) выдает синусоидальный сигнал (). Далее сигнал проходит на фазовый дискриминатор(ФД). Также на него с ДОС(ВТ) поступает сигнал, соответствующий истинному углу поворота шагового двигателя (). ФД сравнивает значение задаваемого и истинного сигналов () и выдает ошибку положения ротора двигателя в аналоговом виде. Далее сигнал поступает на формирователь сигналов управления приводом, который корректирует режим работы двигателя и управляет питающим его напряжением. Откорректированный сигнал поступает на регулятор электропривода, который в свою очередь подает питающее напряжение на двигатель. Ротор двигателя механически связан с ротором ДОС. При подаче опорных напряжений на входные обмотки ДОС, выходная обмотка выдает напряжение соответствующее истинному значению угла поворота ротора ДОС. Сигнал снова поступает на ФД и т.д., пока U не будет равна допускаемой ошибке положения ротора двигателя.
Точность отработки заданных перемещений определяется характеристиками системы в целом. Величина сигнала подаваемого на ФСУП, зависит от величины рассогласования фазовых сдвигов сигнала задания и сигнала истинного положения двигателя.
В схеме предусмотрен программный метод аварийной остановки. При подаче сигнала с Порта 4 на ФСУП двигатель совершает остановку. Для индикации возможности аварийной остановки предусмотрена лампа работающая в постоянном режиме.
2 Расчеты параметров системы управления
2.1. Минимально возможная дискретность задания (цены единицы младшего разряда кода), приведенной к углу поворота двигателя в радианах и к линейным перемещениям (рабочего) органа.
Цена единицы младшего разряда кода выходного регистра, приведенной к углу поворота двигателя:
, [рад]
и цену старшего разряда:
Цена единицы младшего разряда кода, приведенная к линейным перемещениям исполнительного (рабочего) органа:
цена старшего разряда
2.2. Нахождение угловой частоты опорного сигнала оп
Скорость движения или величина перемещения за единицу времени, определяет величина изменения кода за это время. Для расчета частоты опорного сигнала удобно в качестве такой единицы выбрать период опорного сигнала
[c]
За время , поворот вала двигателя под действием сигнала не должен превысить некоторую критическую величину . Чтобы обеспечить плавность работы управления обычно рад, выбираем рад
Уравнение ( *, где –линейное перемещение (по поверхности стола), если вал соединен с ходовым винтом через редуктор с передаточным числом (от двигателя до ходового винта), –положение угла поворота вала двигателя) можно переписать в виде:
С другой стороны,
,