Разработка цифроаналоговой следящей системы для автоматического управления телекамерой - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка цифроаналоговой следящей системы для автоматического управления телекамерой

Оптическая телевизионная система сопровождения цели. Выбор исполнительного двигателя следящей системы и передаточного отношения силового редуктора. Анализ принципиальной схемы устройства управления исполнительным двигателем. Выбор силовых транзисторов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Курсовой проект по дисциплине «Проектирование систем автоматического управления» посвящен разработке следящей системы и включает в себя выбор основных элементов замкнутой системы регулирования, разработку принципиальной схемы управляющего устройства и электрический расчет основных ее узлов, синтез параметров следящей системы из условия обеспечения заданных показателей качества ее работы, расчет показателей надежности системы.
В качестве объекта автоматизации выбран телевизионный комплекс, с помощью которого осуществляется слежение за наблюдаемой на экране монитора движущейся целью. Рассмотрение задач, решаемых данным комплексом, позволило выделить четыре различных режима работы следящего привода, которые явились основой разработки четырех тем курсового проекта.
Основой при выполнении курсового проекта являются конспект лекций по «Проектированию систем управления», знания, полученные студентами при изучении таких дисциплин, как «Элементы и устройства автоматики», «Электроника и микросхемотехника», «Теория автоматического управления».
1. Оптическая телевизионная система сопровождения цели
Современные технические комплексы характеризуются наличием ряда следящих приводов (СП), различных по назначению, но образующих единую систему управления объектом. Примером тому может служить оптическая телевизионная система (ОТС) сопровождения цели.
Задача, решаемая ОТС, сводится к обеспечению вращения телевизионной камеры (ТК) (рис. 1) в азимутальной и угломестной плоскостях перемещения цели. Конструктивно телекамера закрепляется на платформе, имеющей две оси вращения и снабженной двумя СП. Данные СП обеспечивают вращение телекамеры по азимуту (ось I) и по углу места (ось 2). Работа следящих приводов должна быть направлена к тому, чтобы совместить оптическую ось телекамеры с направлением на цель. При таком совмещении на экране монитора, на который поступает сигнал изображения с телекамеры, изображение цели будет находиться в центре, что даст возможность или получить информацию о текущих координатах цели с датчиков углов поворота телекамеры (на рисунке не показаны), или организовать подсветку цели лазерным лучом прибора, направленным по оптической оси телекамеры. Вполне понятно, что механическая часть ОТС должна располагаться на неподвижной несущей платформе, а в случае размещения ОТС на подвижном объекте (корабле, самолете и т.п.) - на платформе, положение которой можно стабилизировать в плоскости горизонта.
2. Цифроаналоговая следящая система для автоматического сопровождения цели
Уже на этапе ручного сопровождения цели специализированное цифровое вычислительное устройство (ЦВУ) А1 (рис. 1а) осуществляет обработку оцифрованного изображения телекамеры и по ряду признаков, отличающих движущийся объект (цель) от окружающего его фона, определяет элементы изображения, принадлежащие объекту, формируя тем самым «эталон» изображения объекта и корректируя его по необходимости.
Сформированный эталон изображения объекта используется на этапе автоматического сопровождения цели для нахождения местоположения объекта в каждом текущем изображении телекамеры, а, следовательно, и выдачи в цифровой форме отклонения объекта от центра всего изображения (ошибки сопровождения). Информация об ошибке, преобразованная в аналоговый сигнал, поступает на входы усилителей А2 и А3, которые управляют работой исполнительных двигателей и . Исполнительные двигатели вращают телекамеру в сторону уменьшения ошибки сопровождения, удерживая в установившемся режиме слежения объект в центре изображения.
Особенность данных следящих приводов заключается в том, что их замыкание происходит через пространство и цель, реальные задающая и исполнительная оси отсутствуют, а ошибка рассогласования определяется в виде разности угловых положений оптической оси телекамеры и направления на цель. Поэтому цифровой код рассогласования вырабатывается не с помощью датчиков угла, а цифровым устройством А1, ведущим обработку изображения с телекамеры. Другой особенностью является дискретный по времени характер информации о рассогласовании в системе, определяемый частотой формирования кадров изображений телекамерой (в проекте следует принять частоту поступления кадров изображений, равную 50Гц). Кроме того, следует иметь в виду наличие запаздывания в выдаче кода рассогласования, определяемого временем, необходимым для обработки кадра изображения устройством А1 и равным, как правило, интервалу времени между поступлением двух соседних кадров изображений.
Исходные данные для проектирования приведены в таблице 1, где использованы следующие обозначения:
- максимальный момент инерции нагрузки (подвижной платформы с закрепленной на ней телекамерой);
- максимальный момент сопротивления на оси нагрузки;
- требуемые максимальные значения скорости и ускорения вращения оси телекамеры;
- максимально допустимая ошибка следящей системы, учитывающая влияние момента сопротивления на оси нагрузки, скоростную ошибку системы при скорости изменения угла задания, равной по величине , и инструментальную погрешность измерителя рассогласования;
- максимально допустимые значения перерегулирования и времени регулирования в следящей системе;
- коэффициент передачи вычислительного устройства А1, не разрабатываемого в проекте.
Погрешность измерителя рассогласования принять равной цене младшего разряда кода ошибки, выраженной в угловых минутах.
Рис. 12. ЛАЧХ и ЛФЧХ корректирующего устройства
10.4 Техническая реализация корректирующего устройства
Схема и параметры корректирующего звена подбирается по виду ЛАЧХ.
Рис. 14. Пассивное дифференцирующее звено
Передаточная функция данного звена имеет вид:
Сопрягающие частоты , определяются по графику. При этом постоянные времени будут равны следующим значениям: ; .
Далее необходимо определить номиналы элементов корректирующего звена, исходя из следующих выражений:
Решаем систему из этих уравнений, принимая , и получаем следующие результаты:
Передаточная функция корректирующего устройства имеет следующий вид:
Корректирующее устройство должно иметь единичный коэффициент передачи, поэтому для выполнения этого условия необходимо на входе КУ поставить усилитель с коэффициентом передачи, равным: .
Окончательная структурная схема корректирующего устройства представлена на рис. 15.
10.5 Поверочный расчёт и построение переходного процесса
Построим переходную характеристику полученной замкнутой системы управления вместе с корректирующим устройством и проверим удовлетворяет ли данная система заданному качеству переходного процесса.
Переходная характеристика замкнутой скорректированной системы представлена на рис. 16.
Рис. 16. Переходная характеристика скорректированной системы
Из графика можно увидеть, что выполняются следующие условия:
Таким образом, для скорректированной системы выполняются требуемые условия относительно качества переходного процесса.
Проверим, как влияет задержка в 0,03с на качество переходного процесса. Построим переходную характеристику полученной замкнутой системы управления вместе с корректирующим устройством.
Переходная характеристика замкнутой скорректированной системы представлена на рис. 17.
Рис. 17. Переходная характеристика скорректированной системы
Из графика видно, что данная переходная характеристика не удовлетворяет заданным требованиям, т.к система имеет большую колебательность и не удовлетворяет заданным требованиям относительно перерегулирования и времени регулирования. Чтобы решить данную проблему можно увеличить частоту формирования кадров изображения. Возьмем 500 Гц, то Т = 1/500 = 0,002 с. Следовательно задержка 0,002*(-1,5)=0,003. Построим переходную характеристику (рис. 18):
Рис. 18. Переходная характеристика системы
Из графика можно увидеть, что полученные значения меньше требуемых (= 30%; = 0,2 c).
Таким образом, для скорректированной системы выполняются требуемые условия относительно качества переходного процесса.
11. Электрический расчет принципиальной схемы
Параметры схемы на рис.6 соответствуют току нагрузки 10А при минимальном коэффициенте усиления по току транзисторов V13 =100.
Перейдём непосредственно к электрическому расчёту УМ.
Частота генератора треугольного напряжения определяется следующей формулой:
Обычно выбирают, чтобы лежала в пределах 1…5 кГц.
Подберём переменный резистор таким образом, чтобы выполнялось это условие. В результате расчётов получаем =7882 Ом.
Расчёт мостовой схемы УМ сводится к выбору величины напряжения источника питания этой схемы, к выбору силовых транзисторов и диодов.
Транзисторы работают в ключевом режиме, при подаче питающего напряжения транзисторы находятся либо в закрытом состоянии, либо в насыщенном. Воспользуемся следующей рекомендацией [2].
Должны выполняться следующие ограничения:
Рассеивание мощности в основном имеет место в периоде включения и запирания транзистора. Для получения простого расчётного значения рассеиваемой мощности предполагается, что в периоды включения и запирания транзистора ток и напряжение на нём меняются по линейному закону.
Для рассмотренной схемы:  0.5 мкс, 2.5 мкс.
Требуемый ток базы силового транзистора:
- коэффициент усиления транзистора по току;
выбирается из диапазона (1,5 … 2). Положим .
Выбираем транзисторы КТ850А (n-p-n) и КТ851А (p-n-p) со следующими параметрами:
Проверим требование по ограничению тока базы:
Требование по ограничению тока базы выполняется.
11.2 Схема ограничения тока якоря двигателя
При разработке схемы управления двигателем постоянного тока следует предусмотреть возможность ограничения тока якоря двигателя.
Стабилизация момента двигателя в данной системе осуществляется с помощью обратной связи по току (см. рис. 18), обеспечивающей резкое снижение скорости двигателя при приблизительно постоянном моменте. Связь используется с отсечкой, задерживающей действие связи при низких нагрузках. Это обусловлено необходимостью защиты двигателя или механизмов от недопустимых перегрузок в статическом и динамическом режимах. Стабилизация момента в установившихся режимах необходима в приводе механизмов, работающих с резко переменной нагрузкой или на упор.
Рис. 18. Схема ограничения тока якоря
Сопротивление шунта выбирается много меньше сопротивления якорной обмотки , чтобы не оказывать существенного влияния на динамику системы. Выберем .
Необходимо обеспечить выполнение условия: .
Напряжение шунта определяется по формуле:
Таким образом, ток отсечки определяется напряжением стабилизации стабилитронов.
Пока , сопротивление стабилитронов близко к бесконечности, коэффициент деления равен нулю, отрицательная обратная связь отсутствует. Как только , всякое превышение включает отрицательную обратную связь, т.е. передаётся на сопротивление  R .
Силовые диоды выбираются из условий:
U обр доп U обр диода = U 0 = 122,22 В;
I пр доп I пр диода = I КЭ max = 1,68 А.
Выбираем диоды Д243Б со следующими параметрами:
В данном курсовом проекте была разработана часть следящей системы - цифроаналоговая следящая система для автоматического управления телекамерой. Были выбраны основные элементы системы: исполнительный механизм, цифроаналоговый преобразователь, устройство управления двигателем, корректирующее устройство. При синтезе системы с заданными показателями качества переходного процесса использовался пакет Matlab 6.5.
В результате была разработана следящая система рассчитанная на условия работы, предусмотренные заданием, обладающая предъявленным к ней требованиям точности и качества работы.
1. Степашкин А.И., Алпатов Б.А. Проектирование и надежность систем автоматики и телемеханики: Учебное пособие. Рязань, 1984.
2. Руководство по проектированию систем автоматического управления. Под ред. В.А.Бесекерского. М.: Высш. школа, 1983.
3. Основы проектирования следящих систем /Под ред. Н.А.Лакоты. М.: Машиностроение, 1978.
4. Смирнова В.И., Разинцев В.И. Проектирование и расчет автоматизированных приводов. М.: Машиностроение, 1990.
5. Кочергин В.В, Следящие системы с двигателем постоянного тока. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.
6. Ахметжанов А.А., Кочемасов А.В, Следящие системы и регуляторы. М.: Энергоатомиздат, 1986.
7. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1966.
8. Справочник по автоматизированному приводу /Под ред. В.А.Елисеева, А.В. Шинянского. М.: Энергоатомиздат, 1983.
9. Кузнецов В.П. Промышленные роботы. Проектирование электромеханических приводов: Учебное пособие. Рязань, 1991.
10. Справочник по средствам автоматики. Под ред. В.Э. Низэ и И.В. Антика. М.: Энергоатомиздат, 1983.
Разработка системы для ручного управления телекамерой. Выбор исполнительного двигателя следящей системы и передаточного отношения редуктора. Определение передаточной функции двигателя и ее параметров. Выбор датчиков углов поворота и схемы их включения. курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.11.2011
Выбор двигателя, усилителя мощности, фазового детектора, редуктора, расчет передаточных функций, построение логарифмической амплитудно-частотной характеристики нескорректированной системы и корректирующего звена для проектирования системы слежения. курсовая работа [384,1 K], добавлен 29.08.2010
Разработка следящей системы для воспроизведения траектории, которая заранее не задана. Составление функциональной и структурной схемы системы автоматического регулирования. Расчет параметров элементов САР. Исследование системы в переходных режимах. курсовая работа [877,3 K], добавлен 04.11.2010
Проектирование следящей системы автоматического регулирования. Для достижения требуемой точности используется система комбинированного управления. Выбор и обоснование функциональной схемы. Выбор усилителя, передаточная функция. Реализация системы. курсовая работа [1,7 M], добавлен 26.12.2010
Рассмотрение особенностей современной теории автоматического регулирования. Характеристика двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Следящая система как устройство автоматического регулирования: основные функции, анализ принципиальной схемы. курсовая работа [2,2 M], добавлен 25.03.2013
Анализ автоматической следящей системы, синтез корректирующего устройства и встречного корректирующего звена. Следящее устройство автоматического управления для воспроизведения параметра регулирования, изменяющегося по заранее неизвестному закону. курсовая работа [5,4 M], добавлен 26.11.2011
Разработка полупроводникового усилителя для управления приводным двигателем следящей системы: проведение расчета оконечного, предоконечного и входного каскадов, выбор резисторов эмитерных цепей и транзисторов. Расчет емкостей реактивных элементов. курсовая работа [687,5 K], добавлен 13.12.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Разработка цифроаналоговой следящей системы для автоматического управления телекамерой курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат по теме Клонирование животных: теория и практика
Дипломная Дошкольника
Контрольная Работа Номер 2 Виленкин Вариант 3
Реферат по теме Amadeus - глобальная распределительная система туристических услуг
Реферат по теме Движение декабристов. Русская общественно-политическая мысль до и после 14 декабря 1825 года
Реферат: Болотов, Андрей Тимофеевич
Курсовая работа по теме Энергетика России
Фирма Как Экономический Субъект Реферат
Отчет по практике по теме Финансово-хозяйственная деятельность государственного учреждения 'Управление координации занятости и социальных программ Карагандинской области'
Сочинение По Картине Проводы Ополчения
Реферат: Internet Evolution Essay Research Paper Technological advances
Дипломная Работа На Тему Бокс На Заказ
Сочинение Описание Любимого Предмета
Дипломная работа по теме Правовая регламентация переустройства и переоборудования жилого помещения
Курсовая работа по теме Природа геохимической зональности вкрест простирания Камчатской островной дуги
Сочинение Рассуждение Горе От Ума Любовный Конфликт
Реферат: Немецкое информационное агентство Deutsche Presse - Agentur
Түзету Тәрбие Үрдісіндегі Инновациялар Тақырыбына Реферат Жазу
Курсовая работа: Ретроспективный анализ экспедиции афинян в Египет
Дипломная работа по теме Антикризисное управление на Зеленодольском машиностроительном заводе ОАО "КМПО"
Исследование биполярного транзистора в статическом режиме - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника лабораторная работа
Песчано-гравийное месторождение - Геология, гидрология и геодезия отчет по практике
Практика застосування теорії і методики журналістської творчості (на прикладі публікації газети "Ярмарок" і "В двух словах") - Журналистика, издательское дело и СМИ курсовая работа