Помощь студентам в учебе
Устройство поверки шаговых двигателей рулевых машинок
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
1 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.2 МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
1.3 ИНДУКТОРНЫЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
1.4 ЛЕНЕЙНЫЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
2 ОСОБЕННОСТИ ЧЕТЫРЁХФАЗНЫХ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
3 УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
3.1 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
3.2 ЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
4 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
5 ПОВЕРКА РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
5.1 ЗНАК ПОВОРОТА
5.2 УГОЛ ПОВОРОТА И ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ РОТОРА
6 ПОИСК АНАЛОГОВ
7 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
8 РАСЧЁТ, ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В СИСТЕМУ
8.1 ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
8.2 ВЫБОР КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА
8.3 ВЫБОР БЛОКА ПИТАНИЯ AC/DC КОНВЕРТОРА
8.4 ВЫБОР ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА
8.5 ВЫБОР ИНДИКАТОРА
8.6 ВЫБОР ТУМБЛЕРА
8.7 ВЫБОР РЕЗИСТОРОВ, КОНДЕНСАТОРОВ, ПОТЕНЦИОМЕТРА,
ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ
8.7.1 ВЫБОР ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ
8.7.2 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ОТНОСЯЩИХСЯ К ИНДИКАТОРУ(К5,Я6)
8.7.3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ СБРОСА(К7)
8.7.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ C1, C2 , C3, C4
8.7.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРОВ
КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА (C4, C5)
8.8 ВЫБОР БЛОКА ПИТАНИЯ И DC/DC КОНВЕРТОРА
9 РАСЧЁТ ТАЙМЕРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
10 ПОСТРОЕНИЕ БЛОК - СХЕМЫ АЛГОРИТМА РАБОТЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА
10.1 АЛГОРИТМ ОСНОВНОЙ ПРОГРАММЫ
10.2 АЛГОРИТМ ПОДПРОГРАММЫ ПРЕРЫВАНИЯ
11 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ
11.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
11.2 ПОПУЛЯРНЫЕ ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОКОН
ТРОЛЛЕРОВ
11.3 СРАВНЕНИЕ ЯЗЫКОВ СИ И ASSEMBLER
12 ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ РУЛЕВЫХ МАШИНОК
СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ В. АЛГОРИТМ ПРОГРАММЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ
ВВЕДЕНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
1 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
1.2 МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
1.3 ИНДУКТОРНЫЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
1.4 ЛЕНЕЙНЫЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
2 ОСОБЕННОСТИ ЧЕТЫРЁХФАЗНЫХ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
3 УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
3.1 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
3.2 ЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
4 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
5 ПОВЕРКА РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
5.1 ЗНАК ПОВОРОТА
5.2 УГОЛ ПОВОРОТА И ИСХОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ РОТОРА
6 ПОИСК АНАЛОГОВ
7 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
8 РАСЧЁТ, ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В СИСТЕМУ
8.1 ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
8.2 ВЫБОР КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА
8.3 ВЫБОР БЛОКА ПИТАНИЯ AC/DC КОНВЕРТОРА
8.4 ВЫБОР ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИКА
8.5 ВЫБОР ИНДИКАТОРА
8.6 ВЫБОР ТУМБЛЕРА
8.7 ВЫБОР РЕЗИСТОРОВ, КОНДЕНСАТОРОВ, ПОТЕНЦИОМЕТРА,
ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ
8.7.1 ВЫБОР ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ
8.7.2 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ОТНОСЯЩИХСЯ К ИНДИКАТОРУ(К5,Я6)
8.7.3 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ СБРОСА(К7)
8.7.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ C1, C2 , C3, C4
8.7.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНДЕНСАТОРОВ
КВАРЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА (C4, C5)
8.8 ВЫБОР БЛОКА ПИТАНИЯ И DC/DC КОНВЕРТОРА
9 РАСЧЁТ ТАЙМЕРА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
10 ПОСТРОЕНИЕ БЛОК - СХЕМЫ АЛГОРИТМА РАБОТЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО УСТРОЙСТВА
10.1 АЛГОРИТМ ОСНОВНОЙ ПРОГРАММЫ
10.2 АЛГОРИТМ ПОДПРОГРАММЫ ПРЕРЫВАНИЯ
11 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ
11.1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
11.2 ПОПУЛЯРНЫЕ ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОКОН
ТРОЛЛЕРОВ
11.3 СРАВНЕНИЕ ЯЗЫКОВ СИ И ASSEMBLER
12 ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЕРКИ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ РУЛЕВЫХ МАШИНОК
СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ В. АЛГОРИТМ ПРОГРАММЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ЛИСТИНГ ПРОГРАММЫ
Для того чтобы обеспечить качество выпускаемой продукции необходимо иметь возможность произвести поверку узлов и агрегатов изделия на всех этапах как производства так и эксплуатации. Особенно это необходимо в таких областях как авиа- и ракетостроение, то есть в тех областях, где желательно максимально исключить возможность появления брака или неисправности, так как от этого зависит человеческая жизнь.
Поэтому обеспечение качества в значительной степени зависит от успешного решения вопросов, связанных с точностью измерения заданных параметров и режимов работы изделия.
Для управления подвижными частями элеронов, звеньев конечностей робота, применяются специальные устройства, которые называются рулевые машинки.
Рисунок 1. Пример рулевой машинки.
Рулевая машинка - это специфический термин, закреплённый за исполнительными механизмами в авиа- и ракетостроении в эпоху «железного занавеса». Рулевая машинка собственно это электродвигатель, заключённый в один корпус с редуктором и управляющей электроникой.
220400.062.2016.063. 00 П3 Лист
3
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2. Устройство рулевой машинки.
Рулевая машинка имеет широкое распространение в авиа и ракетостроении, и являются агрегатом, непосредственно воздействующим на рули управления. От их правильного функционирования зависит правильность траектории движения различных аппаратов: самолётов, ракет, судов, машин и т. д.
Для различных областей применения изготавливают различные рулевые машинки. Обычно их различают по размеру и типу исполнения.
В зависимости от задач, для решения которых используются рулевые машинки, используются их различное исполнение. Самые распространённые машинки - «стандартные» и «микро».
Также рулевые машинки различаются по типу исполнения электронной начинки. Бывают аналоговые и цифровые рулевые машинки. Но обычно применяют цифровые машинки из-за более высокой точности их управления.
В связи с важностью точной и безотказной работы рулевых машинок, а так же их проверке на готовом изделии, существует необходимость, убедится в
220400.062.2016.063. 00 П3 Лист
4
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
правильной отработке управляющего сигнала, поступающего на двигатель. При этом будет проверена не только правильность отработки управляющего сигнала, и собственно и исправность двигателя.
В одних из последних передовых разработках рулевых машинок внедрены шаговые двигатели. Причиной этого стало, то что шаговый двигатель управляется дискретным сигналом, что хорошо сочетающимся с дискретной природой сигналов цифровых устройств. Возможность использования в электронных схемах управления шаговыми двигателями типовых элементов цифровой вычислительной техники, стало ещё одной причиной внедрения. Также стоит отметить, что системы с шаговыми двигателями более просты и надёжны, чем аналогичные системы с двигателями непрерывного действия.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка устройства поверки шаговых двигателей рулевых машинок. При разработке устройства предпочтение отдано схеме, основанной на микроконтроллере, в виду сравнительно меньших стоимостных затрат, широты возможностей использования микроконтроллера, более компактной реализации.
Задачами выпускной квалификационной работы являются:
1. Разработка структурно-функциональной схемы системы.
2. Разработку схемы электрической принципиальной.
3. Расчёт элементов входящих в электрическую схему.
4. Подбор элементной базы исходя из проведённых расчётов.
5. Разработку алгоритмов функционирования системы.
6. Произвести подбор языка программирования.
7. Разработку программного обеспечения устройства.
8. Провести заключение о проведённой разработке устройства.
Поэтому обеспечение качества в значительной степени зависит от успешного решения вопросов, связанных с точностью измерения заданных параметров и режимов работы изделия.
Для управления подвижными частями элеронов, звеньев конечностей робота, применяются специальные устройства, которые называются рулевые машинки.
Рисунок 1. Пример рулевой машинки.
Рулевая машинка - это специфический термин, закреплённый за исполнительными механизмами в авиа- и ракетостроении в эпоху «железного занавеса». Рулевая машинка собственно это электродвигатель, заключённый в один корпус с редуктором и управляющей электроникой.
220400.062.2016.063. 00 П3 Лист
3
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
Рисунок 2. Устройство рулевой машинки.
Рулевая машинка имеет широкое распространение в авиа и ракетостроении, и являются агрегатом, непосредственно воздействующим на рули управления. От их правильного функционирования зависит правильность траектории движения различных аппаратов: самолётов, ракет, судов, машин и т. д.
Для различных областей применения изготавливают различные рулевые машинки. Обычно их различают по размеру и типу исполнения.
В зависимости от задач, для решения которых используются рулевые машинки, используются их различное исполнение. Самые распространённые машинки - «стандартные» и «микро».
Также рулевые машинки различаются по типу исполнения электронной начинки. Бывают аналоговые и цифровые рулевые машинки. Но обычно применяют цифровые машинки из-за более высокой точности их управления.
В связи с важностью точной и безотказной работы рулевых машинок, а так же их проверке на готовом изделии, существует необходимость, убедится в
220400.062.2016.063. 00 П3 Лист
4
Изм. Лист № докум. Подпись Дата
правильной отработке управляющего сигнала, поступающего на двигатель. При этом будет проверена не только правильность отработки управляющего сигнала, и собственно и исправность двигателя.
В одних из последних передовых разработках рулевых машинок внедрены шаговые двигатели. Причиной этого стало, то что шаговый двигатель управляется дискретным сигналом, что хорошо сочетающимся с дискретной природой сигналов цифровых устройств. Возможность использования в электронных схемах управления шаговыми двигателями типовых элементов цифровой вычислительной техники, стало ещё одной причиной внедрения. Также стоит отметить, что системы с шаговыми двигателями более просты и надёжны, чем аналогичные системы с двигателями непрерывного действия.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка устройства поверки шаговых двигателей рулевых машинок. При разработке устройства предпочтение отдано схеме, основанной на микроконтроллере, в виду сравнительно меньших стоимостных затрат, широты возможностей использования микроконтроллера, более компактной реализации.
Задачами выпускной квалификационной работы являются:
1. Разработка структурно-функциональной схемы системы.
2. Разработку схемы электрической принципиальной.
3. Расчёт элементов входящих в электрическую схему.
4. Подбор элементной базы исходя из проведённых расчётов.
5. Разработку алгоритмов функционирования системы.
6. Произвести подбор языка программирования.
7. Разработку программного обеспечения устройства.
8. Провести заключение о проведённой разработке устройства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В современном обществе метрология как наука и область практической деятельности играют большую роль. Это связано с тем, что практически нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы не использовались результаты измерений, они являются неотъемлемой частью большинства трудовых процессов.
На основе измерений получают информацию о состоянии производственных, экономических и социальных процессов. Измерительная информация служит основой для принятия решений о качестве. И только достоверность и соответствующая точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений на всех уровнях.
Получение недостоверной информации приводит к неверным решениям, снижению качества продукции. Поэтому приобретение, либо создание своего оборудования, обеспечивающего заданные уровни качества измерений, является важной задачей предприятия.
В дипломном проекте было разработано микроконтроллерное устройство для поверки шаговых двигателей рулевых машинок. Устройство поверки обеспечивает заданную точность измерений за счет выбора кварцевого резонатора, задающего тактирование всего устройства, обеспечивающего точность времени на несколько порядков выше, чем может быть погрешность измерений, и с оптимальным соотношением качества и цены.
В дипломном проекте представлена разработанная принципиальная электрическая схема устройства и составлен необходимый перечень элементов, входящих в схему.
Так же в проекте провелась работа над программой для микроконтроллера. По написанным алгоритмам основной программы, подпрограммы прерываний, подпрограммы записи данных в индикатор, подпрограммы определения окончания выполнения внутренних операций в индикаторе, была создана программа на языке Си для микроконтроллера. Так же была проведена ее отладка в среде программирования MPlab. Итогом дипломного проектирования является листинг данной программы.
Применение микроконтроллера PIC16F877 позволило создать компактное, эргономичное устройство с минимальными массогабаритными и экономическими показателями, более подходящее для поверки в условия предприятия.
В современном обществе метрология как наука и область практической деятельности играют большую роль. Это связано с тем, что практически нет ни одной сферы человеческой деятельности, где бы не использовались результаты измерений, они являются неотъемлемой частью большинства трудовых процессов.
На основе измерений получают информацию о состоянии производственных, экономических и социальных процессов. Измерительная информация служит основой для принятия решений о качестве. И только достоверность и соответствующая точность результатов измерений обеспечивает правильность принимаемых решений на всех уровнях.
Получение недостоверной информации приводит к неверным решениям, снижению качества продукции. Поэтому приобретение, либо создание своего оборудования, обеспечивающего заданные уровни качества измерений, является важной задачей предприятия.
В дипломном проекте было разработано микроконтроллерное устройство для поверки шаговых двигателей рулевых машинок. Устройство поверки обеспечивает заданную точность измерений за счет выбора кварцевого резонатора, задающего тактирование всего устройства, обеспечивающего точность времени на несколько порядков выше, чем может быть погрешность измерений, и с оптимальным соотношением качества и цены.
В дипломном проекте представлена разработанная принципиальная электрическая схема устройства и составлен необходимый перечень элементов, входящих в схему.
Так же в проекте провелась работа над программой для микроконтроллера. По написанным алгоритмам основной программы, подпрограммы прерываний, подпрограммы записи данных в индикатор, подпрограммы определения окончания выполнения внутренних операций в индикаторе, была создана программа на языке Си для микроконтроллера. Так же была проведена ее отладка в среде программирования MPlab. Итогом дипломного проектирования является листинг данной программы.
Применение микроконтроллера PIC16F877 позволило создать компактное, эргономичное устройство с минимальными массогабаритными и экономическими показателями, более подходящее для поверки в условия предприятия.
