Разработка локальной системы управления волновым насосом для аппарата "Искусственное сердце"
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?орпус TQFP.
Рабочие напряжения:
4.5 - 5.5В.
Градации по быстродействию:
0 - 16 МГц.
Передаточную функцию МП принимаем равной единице: WМП(p)=1. Поскольку мы используем встроенный в микроконтроллер АЦП, также учтем его передаточный коэффициент. Для этого рассмотрим его характеристики:
-разрядное разрешение;
интегральная нелинейность, мл. разр. 0.5;
абсолютная погрешность, мл. разр. 2;
время преобразования, мкс. 65 - 260;
частота преобразования при максимальном разрешении, с-1до 15 тыс.;
диапазон входного напряжения АЦП, В 0... VCC.
Из данных параметров нас интересует диапазон входного напряжения и разрядность. Питание микроконтроллера будет осуществляться источником напряжения на 5В. Значит, диапазон входного напряжения равен 0-5В. Поскольку АЦП 10-и разрядный, значит, при 5 вольтах на входе будем иметь на выходе код 210=1024. Таким образом, получим коэффициент передачи АЦП: kацп=1024/5=204.8. Получим передаточную функцию АЦП: WАЦП(p)=204.8.(2.2)
.2 Выбор ЦАП
В данной системе ЦАП предназначен для преобразования управляющего сигнала с микропроцессора и его подачи на электромагниты. Так как в микропроцессор встроен 10-разрядный АЦП, значит, нам нужен 10-разрядный ЦАП. Выберем AD5331 - 10-разрядный ЦАП с параллельным интерфейсом, питанием от +2.5 до +5.5 В и потреблением 115 мкА.
Основные характеристики:
энергопотребление при 3 В питания, мкА 115;
энергопотребление при 5 В питания, мкА 140;
режим пониженного потребления при 5В, нА 200;
питание от источника напряжением, В +2.5В - +5.5В;
выходной диапазон напряжений, В0-Vпит.
ЦАП будем питать от источника постоянного тока Uпит=5В, тогда выходной диапазон напряжений будет: 0-5В.
-разрядный ЦАП имеет на входе n= 210 состояний, следовательно, цена единицы младшего разряда равна:
Коэффициент передачи ЦАП равен:
Получим передаточную функцию ЦАП получим:
.3 Волновой насос
Волновой насос с магнитожидкостным сенсором представлен на рисунке 3. На патрубок 1 устанавливается 5 секций электромагнитных обмоток 2, на которые подаются управляющие напряжения U1 - U5. МЖС 3 представляет собой упругую оболочку из каучука, которая заполнена магнитной жидкостью. При подаче управляющего напряжения на одну из секций (например, на первую U1) у МЖС образуется гребень 1. Подавая последовательно управляющие напряжения на секции обмоток гребень 1 будет перемещаться из положения 1 в положение 3.
Рисунок 3 - Волновой насос с магнитожидкостным сенсором
В данной курсовой работе мы рассматриваем управление только одной обмоткой. Т. о. на входе волнового насоса будет управляющее напряжение U1, а на выходе изменение расхода Q.
Разобьем волновой насос на отдельные блоки:
электромагнитная обмотка, которая преобразует напряжение U1 в силу f действующую на МЖС;
преобразователь объемной силы вокруг управляющих обмоток в перемещение L - МЖС;
прочная часть, которая преобразует перемещение L МЖС в расход Q.
Структурная схема волнового насоса представлена на рисунке 4.
ЭМ - электромагнитная обмотка; МЖС - магнитожидкостный сенсор; ПЧ - проточная часть.
Рисунок 4 - Структурная схема волнового насоса
Найдем передаточную функцию электромагнитной обмотки.
Конструкция ЭМ представляет собой цилиндрическую катушку, многослойную, имеющую длину, существенно меньшую по сравнению с диаметром. Значение максимальной индукции В на оси в центре катушки со средним радиусом r находится из выражения:
где - магнитная индукция, Тл;
- магнитная проницаемость вакуума, Гн/м;
- магнитная проницаемость среды, Гн/м;
- количество витков;
- ток в катушке, А;
r - средний радиус катушки, м.
Магнитная индукция и напряженность Н связаны формулой:
Подставим () в ():
Найдем ток I по закону Ома и подставим в ():
где - напряжение на катушке, В;
- сопротивление катушки, Ом.
Сопротивление катушки определяется выражением:
где - удельное электрическое сопротивление меди, Ом мм2/м;
- средняя длинна витка катушки, м;
- площадь сечения провода, м2.
Средняя длина витка катушки находится по формуле:
где - средний диаметр катушки, м.
Диаметр проточной части насоса принимаем равным 0.04 м тогда примем равным 0,06 м.
Площадь сечения провода найдем по формуле:
Подставим () в и получим:
Подставим () и () в (), и получим:
Таким образом, получена зависимость напряженности поля от напряжения, причем она линейная, а значит, мы можем получить коэффициент преобразования электромагнитной катушки:
Средний радиус r= , тогда формула () примет вид:
Сила действующая на МЖС находится по формуле:
где Гн/м - магнитная постоянная;
- максимальная намагниченность насыщения МЖ, А/м.
Используя формулы и получим:
Примем диаметр провода равным 0,5 мм, максимальную намагниченность насыщения МЖ 50 кА/м, удельное электрическое сопротивление меди Ом мм2/м, тогда получим:
Постоянную времени электромагнита примем Т=0.04. Таким образом, получим передаточную функцию для электромагнита:
Второй блок является основн