Микроконтроллерный регулятор оптимальной системы управления (стр. 1 из 6)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА В Г. ТАГАНРОГЕ
Факультетавтоматики и вычислительной техники
Кафедра систем автоматического управления___
Пояснительная записка
к курсовому проекту
по курсу «Микропроцессорные устройства систем управления»
на тему: «Микроконтроллерный регулятор оптимальной системы управления»
Вариант №4
Выполнил:
Студент гр. А-144Безродный С.В.
Проверил:
профессор кафедры САУ Крутчинский С.Г.
Таганрог 2008
Содержание:
1. Введение
2. Техническое задание
3. Синтез фильтра нижних частот
4. Синтез канала №1
4.1. Первичный преобразователь
4.2. Инструментальный усилитель
5. Синтез канала №2
5.1. Датчик с токовым выходом
5.2. Преобразователь ток-напряжение
6. Аналого-цифровой преобразователь
7. Микроконтроллер AT90S8535
7.1. Прикладная программа микроконтроллерного регулятора
8. Выбор элементной базы
9. Анализ качественных показателей МКС
10. Заключение
11. Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин. Для организации сбора данных с датчиков используется микроконтроллер, с помощью которого осуществляется контроль над технологическими процессами в производстве. Между датчиком и микроконтроллером обязательно должен присутствовать канал обработки данных, который осуществляет усиление, фильтрацию и нормирование сигнала, подавление синфазной помехи; производится нелинейная обработка сигнала с целью линеаризации характеристики датчика и приведение аналогового сигнала к виду, пригодному для ввода в аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В ходе выполнения данного курсового проекта необходимо синтезировать устройство согласования первичного преобразователя (датчика) с микроконтроллером. В данном устройстве первым узлом является датчик, а АЦП является оконечным узлом проектируемого устройства, и все другие составные функциональные единицы прямо или косвенно обеспечивают его нормальное функционирование. Синтезируемое устройство содержит два параллельных канала передачи сигналов: датчик – усилитель – фильтр нижних частот – аналого-цифровой преобразователь.
Рис.1. Схема проектируемого устройства.
При внедрении данного типа систем в производство используют многоканальные структуры, позволяющие подключение к микроконтроллеру нескольких датчиков.
В данном курсовом проекте необходимо синтезировать двухканальное устройство согласования, произвести расчет всех необходимых параметров устройства и путем моделирования оценить работоспособности системы
Синтезированная система должна имеет высокую интеграцию и универсальность, обладает модернизационным запасом, стабильностью работы и высоким быстродействием.
1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ.
Разработать двухканальную микроконтроллерную систему и программный продукт, обеспечивающие реализацию оптимального по комплексному критерию закона управления:
где
В приведенных выражениях
, 
представляют собой сигналы аналоговых датчиков (имеют размерность “Вольт”). Все прочие величины являются константами.  , В |  , В |  ,В |  , В |  |  |  |  |  |  |
| 0,42 | 0,83 | 3,4 | 0,01 | 0,07 | 0,08 | 0,12 | 0,28 | 0,34 | 1,1 |
Величина
измеряется сенсорным элементом (измерительный мост), при этом дифференциальное напряжение изменяется в пределах 0,1мВ – 25мВ, а синфазное не превышает 5В.Величина
измеряется датчиком с токовым выходом (максимальный ток 20мА). Примечание. Погрешность реализации линейного закона управления не должна превышать 2,5%.2. СИНТЕЗ ФИЛЬТРА НИЖНИХ ЧАСТОТ.
Рис.2. Упрощенная принципиальная схема ограничителя спектра третьего порядка.
Необходимо рассчитать схему таким образом, чтобы граничная частота полосы пропускания ограничителя спектра
.Для реализации небольшой неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе пропускания при любой аппроксимирующей функции добротность полюса оказывается незначительной, поэтому можно использовать дополнительные параметрические условия:
; 
; 
; 
; 
.Выбираем
кОм и 
нФ, тогда 
кОм и 
нФ.Устройство реализует передаточную функцию:
,где
, 
, 
, 
, 
, 
.После подстановки значений всех коэффициентов получим:
Рис.3. Схема ФНЧ в MicroCAP 8.
Рис.4. Графики АЧХ и ФЧХ фильтра .
3. СИНТЕЗ КАНАЛА №1.
4.1. Первичный преобразователь.
Тензопреобразователь ВЮМА 4030 309.001 РЭ
Описание.
Тензопреобразователь ВЮМА предназначен для непрерывного пропорционального преобразования силы (серия С) или давления (серия Д) в электрический сигнал.
Климатическое исполнение тензопреобразователей по ГОСТ 15150 в рабочем интервале температур от -500С до 800С.
Преобразуемый параметр:
- сила от -5 до 5Н,
- давление от 0,1 до 0,6 МПа.
Электрическое питание осуществляется постоянным током 1,5±0,3 мА.
Начальное значение выходного сигнала, соответствующее нулевому значению преобразуемого параметра, не должно превышать по абсолютной величине 10 мВ.
Величина сопротивления моста должна находится в пределах 4,5±0,35 кОм.
Нелинейность выходного сигнала
в пределах номинального значения диапазона изменения преобразуемого параметра, выраженная в процентах от диапазона выходного сигнала, должна быть не более 0,15%.Перемещение конца рычага тензопреобразователей серии С , соответствующее изменению силы от нуля до верхнего предельного значения должно быть в пределах 0,25±0,003 мм.
Вариация выходного сигнала
от диапазона выходного сигнала, должна быть не более 0,1%.