Проектирование цифровой системы автоматического управления платформой солнечной батареи
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
>Для реализации поворота исполнительных органов установки в заданном диапазоне вращения применены концевые датчики, расположенные попарно на каждом валу (рис.20). Вал (1), доходя до границы диапазона вращения, заставляет столкнуться один из упоров (2) с рычагом (3), вследствие чего рычаг переключает один из концевых датчиков (4).
Рис.20. Механизм ограничения сектора наведения для горизонтальной оси.
Было проведено проектирование конструкции (рис.21) солнечной установки [3]. При проектировании преимущественно использовались стандартные детали. Была проведена оценка напряженно-деформированного состояния основных деталей конструкции.
фотоэлектрический микроконтроллер двигатель драйвер
Рис.21. 3D - модель солнечной установки
Вместо солнечной батареи (фотоэлектрического элемента) можно установить также солнечный коллектор для сбора тепловой энергии Солнца, или параболический концентратор, в фокусе отражателя которого на кронштейне будет закреплён двигатель Стирлинга.
3. Функциональная схема устройства
Датчики интенсивности солнечного излучения, представляющие из себя фоторезисторы, установленные на подвижной платформе, измеряют текущий уровень освещённости и передают данные о нём на микроконтроллер. Находящаяся в микроконтроллере программа производит расчёт разности в показаниях отдельных пар датчиков, отвечающих за горизонтальное и вертикальное вращение, и сравнение результатов с задающим воздействием, после чего полученная ошибка в виде управляющего воздействия поступает на базу силового транзистора. Переходя в открытый режим, транзистор открывает путь току через мотор-редуктор, приводящий в движение исполнительный орган [5] - подвижный диск или подвижную платформу. Подвижная часть, в свою очередь, поворачивает на определённый угол солнечную батарею, обеспечивая, таким образом, её ориентацию по положению солнца.
Рис.22. Функциональная схема системы
Концевые датчики передают сигнал на микроконтроллер при достижении подвижной частью одного из двух конечных положений. С помощью них обеспечивается возможность поворота в диапазоне от 0? до 90? для подвижной платформы и от 0? до 270? для подвижного диска.
Рис.23. Представление функциональной схемы в виде блок-схемы
На функциональной схеме (рис.23) приняты следующие обозначения:
POWER - выключатель питания установки;
МК - микроконтроллер, включающий АЦП и ШИМ на кристалле. Микроконтроллер обеспечивает реализацию необходимых законов управления приводами, а также управляет индикацией и обрабатывает информацию, поступающую с датчиков.
START - кнопка включения установки. При включённом состоянии осуществляется подача питания на приводы и датчики, начинается обработка данных с аналоговых входов микроконтроллера, ЖКИ переходит в режим отображения угла поворота выходного вала привода горизонтального вращения.
STOP - кнопка выключения установки.
AD 1, AD 2, AD 3, AD 4, AD 5 - аналоговые датчики уровня освещенности. После нажатия на кнопку START на них подается питание, и данные с этих датчиков попадают на входы АЦП микроконтроллера.
DD 1, DD 2, DD 3, DD 4 - цифровые датчики конечного положения исполнительных звеньев. После нажатия на кнопку START на них подается питание, и данные с этих датчиков попадают на входы АЦП микроконтроллера.
DD 5 - цифровой датчик, регистрирующий угол поворота подвижного диска - инкрементальный энкодер. После включения кнопки START данные с него начинают отображаться на жидкокристаллическом дисплее.
ЖКИ - жидкокристаллический дисплей с встроенным контроллером, после включения кнопки START отображает значения измеряемой величины (угол поворота вала привода вертикального вращения).
ДД 1, ДД 2 - драйверы двигателей, осуществляют силовую развязку цифровой системы управления и электродвигателя.
Д 1, Д 2 - электродвигатели постоянного тока.
4. Структурная схема устройства
На рис.24 приведена структурная схема системы автоматического управления одним из приводов, в нашем случае - приводом вертикального вращения.
Рис. 24. Структурная схема управления приводом вертикального вращения, где
ус (p) - передаточная функция усилителя;
Wдвигателя (p) - передаточная функция двигателя;
Wредуктора (p) - передаточная функция редуктора;
Wос (p) - передаточная функция обратной связи;
Wвозм возд(p) - передаточная функция возмущающего воздействия;
4.1 Выбор электродвигателя
Выбор электродвигателя будем осуществлять на основании энергетического расчета. Для определения мощности и момента на валу двигателя были найдены моменты инерции частей конструкции, расчёт которых, в свою очередь, опирается на оценку напряженно-деформированного состояния и расчету на прочность каждой из них, выполненному в среде твердотельного моделирования SolidWorks.
В качестве двигателя для реализации вертикального вращения устройства был взят двигатель RE 50 50 мм, Graphite Brushes, 200 Watt из каталога фирмы Maxon. Основные параметры двигателя приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные параметры двигателя
Наименование параметраОбозначениеЗначениеИндуктивность якоряLя0.0000937 ГнМомент инерции, приведённый к валуJ58,4*10-6 Н•м2Номинальный ток якоряi я ном9.15 АНоминальное напряжениеUном24 ВКоличество оборотовN5780 об/минНоминальный моментМном0.354 Н•мСопротивление в цепи якоряrя0.113 Ом
.2 Определение передаточных функций
<