Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки

Оптические дисковые системы и системы автоматизированного регулирования. Вращение дисков, тангенциальное слежение, радиальное слежение за дорожкой, радиальное перемещение каретки и вертикальное слежение за фокусировкой. Диапазон смещения пятна.


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.


Министерство образования Российской Федерации
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР вычислительных средств
“Основы автоматики и системы автоматического управления ”
Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР вычислительных средств
по дисциплине " Основы теории управления ”
студенту Пантюхину Б.Ю . _________________________группы 04 1 0 _
Тема______________________________________________
__________________________________________________
Срок представления работы к защите: ______________200 2 г.
Исходные данные для выполнения работы:________________
Задание выдано ______________ 200 2 г.
Задание принято к исполнению ___________
Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки (САРРП)
Исходные данные для проектирования:
коэффициент передачи датчика положения k дп = 0,01 В/мкм.
Остальные параметры системы приведены в табл. 1.
САРРП должна обеспечивать точность х max = 10 мкм при входных воздействиях g max = 500 мкм на частоте =0,3 с -1 при заданном показателе колебательности M = 1, 5.
В настоящее время оптические дисковые системы нашли множество применений. Возможность записи значительного объема информации и простота тиражирования делает оптический диск очень привлекательным. В сфере записи и хранения данных системы с прямой оптической записью информации стали штатными периферийными устройствами компьютеров.
Просто осуществляемое сканирование по плоской поверхности диска при считывании, обеспечивающее быстрый доступ к информации, важное качество таких систем. Дополнительным достоинством оптических дисков является отсутствие физического контакта между считывающей головкой и несущем информацию слоем, так как считывание осуществляется пучком света, сфокусированным на этом слое. Защитный прозрачный слой, покрывающий носитель информации, предохраняет мелкие детали от повреждений и затеняющих частичек.
Как и в обычной граммофонной записи, информация расположена по спирали, которая называется дорожкой. Дорожка представляет собой спиральный прерывистый пунктир из меток записи. Метки являются маленькими областями, имеющими оптический контраст с окружающей их зеркальной поверхностью, например черные элементы в виде черточек или продолговатые углубления (питы) на поверхности. Метки вызывают изменение отражения от диска вдоль дорожки. Оптическая считывающая головка, которая в данном случае заменяет механическую иглу граммофона, преобразует изменения отражения в электрический сигнал. Для этого объектив головки фокусирует лазерный луч в маленькое пятно на дорожке и направляет луч, отраженный от диска, на фотоприемник. Таким образом, сигнал с фотоприемника модулируется во времени в соответствии с метками на дорожке вращающегося диска.
Высокая плотность в записи информации достигается с помощью оптических средств, которые представляют собой оптический сканирующий микроскоп со средним увеличением. Предел плотности записи обусловлен дифракцией света, которая определяет минимальный диаметр пятна в фокальной плоскости. Размер пятна пропорционален длине волны света л , излучаемого полупроводниковым лазером. Для используемых в настоящее время лазеров это составляет 10 9 - 10 11 бит на диск. На рис.1 показаны основные оптические элементы считывающей головки.
Излучение полупроводникового лазера Л фокусируется через прозрачную подложку диска на поверхность, несущую информацию, с помощью объектива микроскопного типа О . Часть отраженного света, собираемого тем же объективом, направляется полупрозрачным зеркалом З на детектор (фотоприемник) D .
Для сканирования всего диска эта конструкция должна быть укреплена на каретке, перемещающейся по радиусу диска. При этом малые и кратковременные ошибки (отклонения) пятна от дорожки устраняются за счет перемещения компактной головки относительно каретки.
Для слежения за дорожкой пятном света необходимы по крайней мере две системы управления, одна из которых действует в вертикальном, а другая в горизонтальном, по отношении к диску, направлениях. Называются они соответственно системой автоматического регулирования фокусировки (САРФ) и системой автоматического регулирования радиального положения пятна относительно дорожки записи (САРД). В видео дисковых системах дополнительно используется система управления в тангенциальном направлении (вдоль дорожки), предназначенная для компенсации высококачественных изменений скорости считывания.
Таким образом, в настоящее время оптические дисковые системы снабжены пятью системами автоматизированного регулирования, а именно:
– Радиального слежения за дорожкой (САРД);
– Радиального перемещения каретки (САРРП);
– Вертикального слежения за фокусировкой (САРФ).
Привод каретки, исключая линейные приводы, состоит из обычного электродвигателя с редуктором и преобразователем вращательного движения в поступательное. Для получения более низкого уровня шума в редукторе используются, как правило, пластмассовые шестерни, а иногда применяется и ременная передача. Для преобразования вращательного движения в поступательное наиболее часто используются червячная передача, зубчатая рейка, зубчатый ремень, простой ремень (стальной или из синтетических материалов) и фрикционная передача.
Для качественной работы САРРП очень важно, чтобы между углом поворота мотора и смещением каретки не было мертвого хода. Наличие мертвого хода может привести к возникновению нежелательных в САРРП автоколебаний. Поэтому применяются передачи с люфто-выбирателями.
Если применяется линейный двигатель, то проблемы мертвого хода не возникает, поскольку управляющая сила действует непосредственно на каретку. Недостатком ЛЭД является его малая эффективность из-за большого диапазона смещения.
На рис. 2 показана кинематическая схема механизма перемещения каретки с использованием электродвигателей. Проблемы мертвого хода и преобразования вращательного движения в поступательное решаются с помощью натянутого зубчатого ремня, изготовленного из синтетического материала и имеющего сердцевину из стальной ленты. Это позволяет увеличить резонансную частоту передачи усилия от двигателя к каретке до 500 Гц и более. Направляющие выполнены с применением шарикоподшипников, обеспечивающих точное задание поступательного движения.
Высокое значение резонансной частоты обеспечивается малой массой каретки, которая наряду с большой мощностью моторов позволяет получать очень высокие ускорения каретки. При этом появляется сила реакции, действующая на несущую конструкцию всего устройства, а это может привести к возникновению в ней нежелательных смещений и вибраций, ухудшающих работу всех САР. Для предотвращения этого и используются противовесы и два двигателя. Такая система привода позволяет скомпенсировать силы и моменты реакции. При близких характеристиках двигатели можно с приемлемой точностью рассматривать как один, с удвоенным моментом на валу.
Обычно используются электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением. Система уравнений для такого двигателя при управлении по цепи якоря имеет вид:
где L я и r я - индуктивность и сопротивление нагрузки якорной цепи;
С е и С м - коэффициенты пропорциональности между скоростью вращения и противо-э.д.с и между током якоря и вращающим моментом.
Вводя оператор р= и решая уравнение относительно скорости вращения , получим
Для установившегося режима (р=0) получается зависимость
где k 1 - коэффициент передачи двигателя по скорости;
- коэффициент наклона механической характеристики.
Данная зависимость представляет собой линеаризованные механические характеристики двигателя постоянного тока. Поэтому коэффициенты С е и С м могут быть подсчитаны по паспортным данным двигателя
где U ном - номинальное напряжение двигателя;
0 - угловая скорость идеального холостого хода (при U = U ном и M н =0 );
I ном и М ном - номинальный ток якоря и вращающий момент.
В формуле (11) приняты обозначения:
- электромеханическая постоянная времени
где М 0 - пусковой момент при номинальном напряжении U = U ном ;
- постоянная времени якорной цепи (электромагнитная постоянная времени)
Угол поворота двигателя может быть найден из формулы (11) интегрированием угловой скорости, что эквивалентно делению правой части (11) на оператор р:
Поскольку в рассматриваемой системе двигатель используется без редуктора, работая практически в заторможенном режиме с минимальными скоростями вращения, он превращается в датчик момента. Поэтому вращающий момент М может быть найден из уравнения (10), поскольку в установившемся режиме М=М н , а 0, то
В установившемся режиме (при р= 0) получаем зависимость
где k 2 = - коэффициент передачи двигателя по моменту.
Получим передаточную функцию звена (из уравнения (17)):
При питании цепи якоря двигателя от усилителя мощности с выходным сопротивлением r вых , в вышеприведенных формулах нужно везде вместо r я использовать сумму ( r я + r вых ).
Момент М на валу двигателя с помощью шкива преобразуется в пару сил, результирующая F которых действует на каретку, приводя ее в движение по направляющим. При этом, поскольку используется два двигателя
Движение каретки по координате х описывается уравнением:
где - коэффициент сил вязкого трения,
Получим передаточную функцию звена:
В процессе длительного считывания диска положение каретки регулируется таким образом, чтобы САРД работала в основном вблизи своего нейтрального (нулевого) положения. Для этого требуется сигнал положения, несущий информацию об отклонении головки от нулевого положения.При пружинной подвеске головки для получения сигнала положения каретки могут быть использованы низкочастотные составляющие сигнала, подаваемого на ЛЭД. Если головка подвешена свободно, то требуется отдельный датчик положения (датчик отклонения головки относительно каретки). В любом случае, этот сигнал после усиления и коррекции подается на электродвигатель, выдавая перемещение каретки в нужном направлении. Скорость изменения этого сигнала невелика, поэтому требуемая точность регулирования может быть получена при полосе регулирования в несколько Гц. На быстрые перемещения головки относительно каретки при работе САРД, САРРП в силу ограниченности полосы регулирования должна реагировать как можно меньше.Для реализации быстрого доступа при поиске информации используется так называемый режим перескока. В этом режиме каретка передвигается в необходимое место с помощью импульса перескока, который подается на вход усилителя мощности и далее на двигатели. В первой половине действия этого импульса каретка разгоняется с максимальным ускорением, а во второй - тормозится. Длительность импульса зависит от ускорения и длины перескока и определяется выражением t = z ,
где q - расстояние между центрами дорожек;
n - число дорожек, на которое необходимо переместить каретку;
- ускорение, реализуемое применяемым двигателем.
Это перемещение осуществляется при разомкнутой обратной связи. Затем, с помощью датчика положения, измеряется остаточная ошибка положения каретки, и при необходимости каретка перемещается в заданное положение с помощью системы управления с обратной связью. Во время движения каретки головка остается в нейтральном положении (САРД не работает), а после остановки каретки САРД начинает выполнять свои функции по поиску дорожки. В результате и появляется управляющий сигнал для уточнения положения каретки для САРРП. Функциональная схема САРРП приведена на рис.16.
Рис.16. Функциональная схема САРРП .
Устройство переключения УП в режиме перескока на вход усилителя мощности подает сигнал с устройства, формирующего импульс перескока, а в режиме регулирования - с датчика положения головки относительно каретки.
Передаточная функция датчика положения имеет вид:
Определим передаточную функцию разомкнутой системы:
W(S) = W дп (S) * W дв (S) * W об (S)
При синтезе надо исходить из того, что объект регулирования - неизменная часть, а синтезу подлежат корректирующее устройство и регулятор - изменяемая часть системы.
Полученная выше система является неустойчивой. Поэтому необходимо произвести расчет корректирующего устройства, используя частотный метод синтеза, основанный на построении желаемой ЛАХ - L ж (S).
При формировании желаемой ЛАХ следует учитывать следующие рекомендации:
1) Вид низкочастотной области ЛАХ определяет главным образом точность работы САР. Среднечастотная область, прилегающего к частоте среза ср , определяет в основном запас устойчивости, т.е. качество переходных процессов. Высокочастотная область лишь незначительно влияет на качество процессов управления.
2) Желаемая ЛАХ в возможно большем интервале частот должна совпадать с ЛАХ исходной нескорректированной системы L . В противном случае реализация КУ может существенно усложниться.
3) В низкочастотной области наклон желаемой ЛАХ должен составлять -20 дБ/дек, где - порядок астатизма. Желаемая ЛАХ на частоте =1 с -1 должна иметь ординату 20lg k , где K - общий коэффициент усиления разомкнутой системы (если =0, то на частоте =0).
4) Если задана допустимая ошибка max при гармоническом входном воздействии
то желаемая ЛАХ должна располагаться выше контрольной точки A k , имеющей на частоте g ординату
Процесс построения желаемой ЛАХ и корректирующего устройства в первом приближении имеет вид:
В районе частоты среза ? c р наклон желаемой ЛАХ выбирается равным -20дб/дек, что позволяет обеспечить запас устойчивости. Чем больше протяженность участка с наклоном - 20 дб/дек, тем больше запас устойчивости, т.е. выше качество переходного процесса.
Фазовая характеристика в этой области частот имеет вид
Для того, чтобы обеспечить заданное качество запас устойчивости по фазе на частоте среза ? c должен составлять 3060, а запас устойчивости по амплитуде, определяемый на частоте где ()=-180, должен составлять 610 дб. Это достигается, если постоянные времени удовлетворяют условиям
После построения желаемой ЛАХ определяется ЛАХ корректирующего устройства по формуле
По виду этой кривой можно определить передаточную функцию КУ. Для этого следует построить ассимптотическую ЛАХ КУ, а затем определить ее наклон на частотах 0, и точки перегиба. Наклон характеристики на частотах 0 в -20 дб/дек определяет сомножитель 1/s в W ку (s). Перегиб ЛАХ на частоте =1/T на -20 дб/дек приводит к появлению членов 1/(Ts+1) в передаточной функции КУ, а перегиб ЛАХ на частоте =1/ на -20 дб/дек к появлению членов (Ts+1) . Коэффициент передачи КУ определяется по значению ординаты ассимптотической ЛАХ КУ на частоте =1 с -1 (если =0, то на частоте =0).
Для подтверждения расчетов и их коррекции в случае необходимости проведем моделирование САР с помощью пакета TAY_1.
Моделирование желаемой (нескорректированной) ЛАХ
Вычисленное значение 0 совпадает с реальным, поэтому расчеты Т и можно принять верными на данном этапе проектирования.
Моделирование скорректированной ЛАХ
Посмотрим, как реагирует система на вхдное воздействие вида: f = 1 (единичное воздействие):
Проверим реагирование на синусоидальное входное воздействие f = 500 Sin (0.3t):
Из рисунка видно,что система выполняет условие по точности, то есть ошибка не превышает величины 10 мкм.
Вывод: спроектированная САР удовлетволяет всем требованиям, поставленным в задании. Таким обрахом, синтез САР можно считать законченным.
1. Сапаров В.Е., Максимов Н.А. Системы стандартов в электросвязи и радиоэлектронике. М.: Радио и связь, 1985. 248 с.
2. Микропроцессорные системы автоматического управления./Под ред. Бесекерского В.А. Л., Машиностроение, 1988.
3. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М., Наука, 1987.
4. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1975.
5. Теория автоматического управления./Под ред. Воронова А.А. М., Высшая школа, 1986, Т.1, 2.
Оптические дисковые системы. Принцип считывания информации. Система радиального слежения за дорожкой, фиксация считывающего пятна в пределах дорожки при перемещениях диска. Расчет линейного электродвигателя, оптической системы, корректирующего устройства. курсовая работа [86,8 K], добавлен 28.02.2010
Описание работы системы автоматизированного регулирования радиального перемещения каретки. Анализ воздействий, вызывающих ошибки в работе оптических дисковых систем. Составление структурной схемы и определение передаточных функций данной системы. контрольная работа [3,5 M], добавлен 28.11.2010
Расчет параметров системы для осуществления автоматического слежения за объектом, перемещающимся в пространстве и излучающим электромагнитные волны. Разработка алгоритма и программы управления для токарного станка с ЧПУ для изготовления шахматных фигур. курсовая работа [443,4 K], добавлен 17.05.2013
Разработка функциональной системы слежения, выбор элементов схемы, расчет передаточных функций. Построение ЛФЧХ и последовательного корректирующего звена. Исследование системы слежения на устойчивость, определение показателей качества полученной системы. курсовая работа [241,5 K], добавлен 23.08.2010
Передаточные функции элементов системы слежения. Расчет последовательного непрерывного-коректирующего звена методом логарифмической амплитудно-частотной характеристики. Моделирование системы с непрерывным последовательным скорректированным звеном. курсовая работа [182,3 K], добавлен 24.08.2010
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
Описание структурной схемы и оценка устойчивости нескорректированной системы. Осуществление синтеза и разработка проекта корректирующего устройства для системы автоматического регулирования температуры подаваемого пара. Качество процесса регулирования. курсовая работа [1,8 M], добавлен 11.08.2012
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



Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: NintendoS Danger Essay Research Paper Why customers
Сочинение На Тему День Рождения На Английском
Контрольная Работа На Тему Виникнення І Основи Віровчення Буддизму
Обучение И Развитие Реферат
Сочинение Про Уроки Французского
Сигареты Эссе Лайт
Реферат: Антропосоциогенез в философии биологическое и социальное в человеке
Реферат: Dream Interpretation Essay Research Paper Historical Psychoanalysis
Дипломная работа по теме Усовершенствование технологии прокатки с целью повышения качества готовой продукции на стане 1300
Агу Титульный Лист Реферат
Любой Выбор Ограничен Эссе
Япония Заключение Реферата
Что Такое Соперничество Сочинение Рассуждение 15.3
Курсовая Устойчивость Лансер 10
Реферат На Тему История Развития Логистики
Контрольная работа по теме Информационные системы в менеджменте
Реферат: Основні пріоритети охорони навколишнього природного середовища і раціонального використання прир
Реферат Математика Гаусс Метод
Реферат по теме Співвідношення соціальної держави та інформаційного суспільства в контексті вимірів свободи, права і власності
Сочинение На Тему Как Любовь Меняет Человека
Рауф Денкташ – первый президент Турецкой Республики Северного Кипра - История и исторические личности реферат
Межевание земельного участка Гатчинского района - Геология, гидрология и геодезия дипломная работа
Экономическое развитие Германии после Второй мировой войны - История и исторические личности контрольная работа