Разработка принципиальной электрической схемы корректирующего устройства

Разработка структурной схемы корректирующего устройства

 

За основу корректирующего устройства примем структурную схему изображенную на рисунке 1.3 В качестве демодулятора ШИМ-сигнала ИЧФД используем схему, приведенную на рисунке 3.1.

 

Рисунок 3.1 - Структурная схема демодулятора

 

здесь ГВЧ - генератор высокой частоты вырабатывающий однополярные прямоугольные импульсы с постоянной скважностью;

СЧ - асинхронный счетчик импульсов, фиксирующий число импульсов поступающих с генератором высокой частоты;

РЕГ 1, РЕГ 2 - параллельные регистры, хранящие значения периода дискретизации Т_оп и длительности импульсов .

Генератор высокой частоты вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы стабильной частоты с постоянной скважностью, равной 2. Эти импульсы подсчитываются счетчиком СЧ. Сброс счетчика осуществляется по переднему фронту выходного сигнала ИЧФД γ. С выхода счетчика двоичный код поступает на входы параллельных регистров РЕГ 1 и РЕГ 2.

Регистр РЕГ1 по переднему фронту сигнала γ переписывает значение периода дискретизации с входа на выход.

Регистр РЕГ 2 по заднему фронту сигнала γ переписывает двоичное значение длительности импульса на вход. Применение параллельных регистров обусловлено требованиями к быстродействию системы, а при параллельной передаче информация о периоде дискретизации Т_оп и значение фазового рассогласования будет получена за один такт.

В качестве блока коррекции используем ЭВМ, в которой выполняется расчет корректирующего сигнала по заданному закону. Структурная схема блока коррекции приведена на рисунке 3.2.

 

Рисунок 3.2 - Структурная схема блока коррекции

 

Для уменьшения погрешности, цифровую часть корректирующего устройства выполняем шестнадцатиразрядной.

Проектирование основных узлов корректирующего устройства

 

Генератор высокой частоты

В качестве генератора высокой частоты используем однокристальный генератор импульсов марки MAX038CPD [14].

Принципиальная схема генератора приведена на рисунке 3.3.

 

Рисунок 3.3 - Принципиальная схема генератора высокой частоты

 

Для получения шестнадцатиразрядного кода на выходе счетчика необходимо, чтобы на один такт квантования Т_оп приходилось 65536 импульсов. При величине опорной частоты =1 кГц., выходная частота генератора должна быть 65, 536 мГц. Частота генератора зависит от величин емкости  и сопротивления  [14] и определяется как

 

 (3.1)

 

Для получения максимальной частоты необходимо, величину емкости принять минимальной, а величину сопротивления определить из выражения (3.1)

 

. (3.2)

 

Принимая  (Ф), по выражению (3.2):

 

 (Ом).

Счетчик импульсов

Схема счетчика импульсов приведена на рисунке 3.4.

Здесь счетчик состоит из четырех четырехразрядных счетчиков К155ИЕ7, соединенных через входы расширения емкости. Для сброса счетчика по переднему фронту сигнала γ служат инвертирующие сумматоры DD7.1-DD8.2 и D-триггер. По переднему фронту сигнала γ на выходе триггера DD2, и соответственно на сбрасывающем входе счетчика, появляется логическая единица. Счетчик обнуляется, а на выходе сумматора DD9.1 появляется логическая единица. Сигнал с выхода сумматора поступает на сбрасывающий вход D-триггера. На выходе триггера устанавливается логический нуль, и счетчик начинает считать импульсы. Таким образом, счетчик обнуляется каждый раз по переднему фронту сигнала γ, то есть период равен Т_оп. Элементы DD3, DD6 - К531ЛЕ7, DD10 - К155ЛН2. Триггер DD2 - К155ТМ2 [12, 13].

 

Рисунок 3.4 - Принципиальная схема счетчика импульсов

Регистры РЕГ1 и РЕГ2

Принципиальная схема регистров РЕГ1 иРЕГ2 приведена на рисунке 3.5 и 3.6 соответственно.

 

Рисунок 3.5 - Принципиальная схема регистра РЕГ1

 

Рисунок 3.6 - Принципиальная схема регистра РЕГ2

 

На рисунке 3.5 элементы DD3-DD4 восьмиразрядные параллельные регистры SN74LS574N [15]. Запись производится по переднему фронту сигнала γ, подаваемого на входы С.

В схему регистра РЕГ2 дополнительно введены инверторы DD7.1 и DD9.1 - К155ЛЕ1. Благодаря этому запись в регистры производится по заднему фронту сигнала γ.

Таким образом на выходе регистра РЕГ1 будет двоичное значение периода дискретизации Т_оп, а на выходе РЕГ2 - длительность импульса τ.

Вычислительное устройство

В качестве вычислительного устройства используем микроконтроллер AVR ATMega 64, представляющий собой с RISC архитектурой. Принципиальная схема приведена на рисунке 3.7.

Микроконтроллер работает от встроенного тактового генератора на частоте 8 мГц. Программа для прошивки микроконтроллера на языке С приведена в Приложении А. Компиляция программы производится с помощью приложения " Code Vision" [16].

 

Рисунок 3.6 - Принципиальная схема вычислительного устройства

 

Принципиальная электрическая схема корректирующего устройства приведена на рисунке 3.7

Генератор высокой частоты DD1 вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы стабильной частоты с постоянной скважностью, равной 2. Эти импульсы подсчитываются счетчиками DD3-DD6. Сброс счетчиков осуществляется по переднему фронту выходного сигнала ИЧФД γ. Инвертирующие сумматоры DD7.1-DD7.2, DD8.1-DD8.2 и D-триггер DD2 предназначены для сброса счетчиков по переднему фронту сигнала γ. С выхода счетчиков двоичный код поступает на входы параллельных регистров DD10-DD13. Регистры DD10, DD11 по переднему фронту сигнала γ передают двоичное значение периода дискретизации на выход микроконтроллера DD14. Регистры DD12, DD13 по заднему фронту сигнала γ передают двоичное значение длительности импульса τ на выход микроконтроллера DD14. Микроконтроллер DD14 осуществляет вычисление корректирующего сигнала по прерыванию по входам, т.е. только при изменении сигнала на входах PA0- PA7, PB0- PB7, PC0- PC7, PD0- PD7. С выходов PE0- PE7, PF0- PF7 DD13 двоичное значение сигнала управления поступает на вход системы управления БДПТ. Спецификация элементов принципиальной схемы приведена в Приложении Б

 

Рисунок 3.7 - Принципиальная электрическая схема корректирующего устройства

Экономический расчет

 

Затраты на проектирование цифрового регулятора для электропривода с фазовой синхронизацией определяются по формуле:

 

, (1.1)

 

где С_{осн, зп} - основная заработная плата персонала, руб.;

С_{доп, зп} - дополнительная заработная плата персонала, руб.;

С_{ф, о} - фондовые отчисления, руб.;

С_по - затраты на приобретение программного обеспечения, руб.;

С_вт - затраты на содержание и эксплуатацию вычислительной техники, руб.;

С_н - накладные расходы, руб.

Основная заработная плата рассчитывается как:

 

, (1.2)

 

где Т_разраб - время необходимое для разработки регулятора, ч;

З - основная заработная плата персонала за один час, руб. /ч.

Для разработки цифрового регулятора необходимо Т_разраб=150 ч. Исполнителем является инженер. Оклад инженера третьей категории составляет 800 руб. в месяц. При условии, что продолжительность рабочего дня равна 8 ч, а в месяце 22 рабочих дня, основная заработная плата за 1 ч составит:

 

руб. /ч.

 

Основная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки в соответствии с выражением (1.2) составит:

 

руб.

 

Дополнительная заработная плата рассчитывается в процентах от основной заработной платы и составляет 12%. Дополнительная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки составит:

 

руб.

 

Фондовые отчисления берутся в размере 36, 6% от суммы основной и дополнительной заработной платы. Фондовые отчисления за весь период разработки и реализации модели составят:

 

руб.

 

Затраты на приобретение программного обеспечения берутся как стоимость программного обеспечения. Стоимость полного пакета MatLab 7, в которой производится проектирование, 52500 руб. Следовательно затраты на приобретение программного обеспечения составят:

 

С_по=52500 руб.

 

Затраты на содержание и эксплуатацию вычислительного комплекса определяются следующим образом:

 

, (1.3)

 

где с_м-ч - стоимость машино-часа, руб. /ч.

Стоимость машино-часа:

 

, (1.4)

 

где С_{эл, эн} - стоимость потребляемой в год электроэнергии, руб.;

А - амортизация в год, руб.;

С_рем - затраты на ремонт в год, руб.;

Т_вт - действительный фонд времени работы вычислительной техники, ч.

Стоимость потребляемой в год электроэнергии:

 

, (1.5)

 

где р - мощность, потребляемая из сети одной ЭВМ, кВт;

Т_ном - номинальный фонд времени работы ЭВМ в год, ч;

с_э - стоимость 1 кВт/ч электрической энергии, руб. / (кВт∙ ч).

Мощность, потребляемая из сети одной ЭВМ, р=0, 25 кВт. Стоимость 1 кВт∙ ч электрической энергии с_э=1, 2 руб. / (кВт∙ ч). При условии, что продолжительность рабочего дня равна 8 ч, а в месяце 22 рабочих дня, номинальный фонд времени работы ЭВМ равен:

 

T_ном=8∙ 22∙ 12=2112 ч.

 

За год отчисления на электрическую энергию составят:

 

руб.

 

Амортизация вычислительной техники считается как 25% от ее балансовой стоимости. Стоимость ЭВМ, необходимой для работы - 15000 руб. Амортизация вычислительной техники за год составит:

 

руб.

 

Затраты на ремонт в год считаются как 4% от стоимости ЭВМ и составляют:

 

руб.

 

Действительный фонд времени работы ЭВМ в год рассчитывается как:

 

, (1.6)

где Т_ном - номинальный годовой фонд времени работы ЭВМ, ч; Т_проф - годовые затраты времени на профилактические работы (принимаются 10% от Т_ном), ч. Действительный фонд времени работы ЭВМ по выражению (1.6):

 

ч.

 

Стоимость машино-часа по выражению (1.4):

 

руб. /ч.

 

Затраты на содержание и эксплуатацию ЭВМ по выражению (1.3):

 

руб.

 

Накладные расходы рассчитываются как 30% от основной заработной платы и составляют:

 

руб.

 

Смета затрат на разработку и моделирование приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Сводная смета затрат.

№ п/п	Наименование статьи расхода	Цена за единицу, руб.	Кол-во	Стоимость, руб.
1	Основная заработная плата персонала.	-	-	681
2	Дополнительная заработная плата персонала.	-	12%	81, 72
3	Фондовые отчисления.	-	36, 6%	279, 16
4	Программное обеспечение.	52500	1	52500
5	Содержание и эксплуатация вычислительной техники.	393	1	393
6	Накладные расходы.	-	30%	204, 3
ИТОГО:				54139, 18

 

Охрана труда

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: