Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки (стр. 1 из 4)
Министерство образования Российской Федерации
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР вычислительных средств
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
“Основы автоматики и системы автоматического управления ”
на тему:
Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки
Выполнил ______Пантюхин Б.Ю.
студент группы 0410
Проверил __ _____Виноградов Ю.Л.
доцент кафедры САПР ВС
Рязань 2002
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра САПР вычислительных средств
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
по дисциплине " Основы теории управления ”
студенту Пантюхину Б.Ю. _________________________группы 0410_
Тема______________________________________________
__________________________________________________
Срок представления работы к защите: ______________2002 г.
Исходные данные для выполнения работы:________________
Руководитель работы ________
Задание выдано ______________ 2002 г.
Задание принято к исполнению ___________
Содержание
1. Задание
2. Введение
3. Передаточные функции звеньев
4. Структурная схема САР
5. Синтез САР
6. Моделирование САР
7. Библиографический список
Задание
Синтез системы автоматического регулирования радиального перемещения каретки (САРРП)
Исходные данные для проектирования:
Ω0 =1000 об/мин.;
коэффициент передачи датчика положения kдп = 0,01 В/мкм.
Остальные параметры системы приведены в табл. 1.
Таблица 1
| Вариант | Uном ,В | Iя ном ,А | rя ,Ом | r вых, Ом | J ,Н м с2 | Tя ,с | m, г | μ ,г/с | q ,мкм | Mном |
| 53 | 10 | 1,5 | 2 | 0 | 2 | 10-4 | 33 | 2 | 1,5 | 5 |
САРРП должна обеспечивать точность хmax= 10 мкм при входных воздействиях gmax = 500 мкм на частоте w =0,3 с-1 при заданном показателе колебательности M = 1, 5.
Введение
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 λ, излучаемого полупроводниковым лазером. Для используемых в настоящее время лазеров это составляет 109 - 1011 бит на диск. На рис.1 показаны основные оптические элементы считывающей головки.
Диск
O
ЗD
Л
Рис.1. Базовая оптика.
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:
– Вращения диска (САРВ);
– Тангенциального слежения (САРТ);
– Радиального слежения за дорожкой (САРД);
– Радиального перемещения каретки (САРРП);
– Вертикального слежения за фокусировкой (САРФ).
Передаточные функции звеньев
слежение перемещение каретка
Системы радиального слежения за дорожкой обычно имеют малый диапазон смещения пятна. Для считывающей головки это, как правило, электромеханические ограничения, обусловленные свойствами подвески и привода. Они обуславливают диапазон радиального смещения в несколько миллиметров. Поэтому для считывания всего поля записи применяется подвижная каретка, на которой располагается оптический блок с САРД и САРФ. Если требуется быстрый доступ к далеко расположенным (относительного текущего положения) кадрам записи, требуется быстрое перемещение каретки, так называемый перескок.
Каретка должна двигаться по направляющим таким образом, чтобы она могла свободно перемещаться только в одном направлении, причём, как правило, САРФ находится в активном состоянии. Поэтому небольшие перемещения в вертикальном положении, вызванные радиальным движением каретки, не должны нарушать работу САРФ. В частности, например, отклонение перемещения каретки от плоскости диска не должно быть больше +0,5°. Эти не особенно жесткие требования могут удовлетворяться несколькими системами направляющих устройств. Часто используются устройства, в которых каретка движется по двум параллельным стержням (направляющим) с подшипниками скольжения.
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: