Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Жунисбеков Б.Ш

Карагандинский государственный технический

Университет, г. Караганда, Казахстан

РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОГО КОМПЛЕКСА ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ ЛКУ-5

Лабораторный комплекс ЛКУ-5 представляет собой набор реальных объектов управления: электродвигателя, потенциометра, тахогенератора, нагревательного элемент теплового объекта, электролампы оптического объекта. Лабораторная установка может использоваться для моделирования следующих типов звеньев: теплового инерционного звена, динамического звена второго порядка, электропривода с двигателем постоянного тока в режимах позиционирования и управления скоростью. В режиме позиционирования выходным сигналом ЛКУ-5 является сигнал, снимаемый с потенциометра подключенного двигателю. В этом режиме двигатель имеет ограниченное число оборотов вращения в каждую сторону, это связанно с ограничением движения накладываемым потенциометром. В режиме управления скоростью выходным сигналом является сигнал, снимаемый с тахогенератора, подключенного к двигателю. В режиме теплового инерционного звена, входной сигнал подается на лампу накаливания, с которой передается на фотодиод, откуда попадает на выход ЛКУ-5. Засветку фотодиода можно изменять, используя регулятор засветки, поднимающий и опускающий шторку перед фотодиодом.

Работа в качестве модели теплового инерционного звена. Лампа ELI загорается при поступлении сигнала на вход ЛКУ. Засветку фотодиода можно изменять, используя регулятор засветки, поднимающий и опускающий шторку перед фотодиодом. Вращая ручку компенсатора, можно скомпенсировать начальный или темновой фототок засветки (в соответствии с заданием на лабораторную работу). Модель теплового инерционного звена (квадратик ТМ) реализована электрически. Режимы работы лабораторного комплекса ЛКУ-5 отображены на таблице 1.

Таблица 1

Режим работы	Положение органов управления
	SA1	SA2	Компенсатор	Регулятор засветки	Регулятор усилия	Фиксатор
Тепловое инерционное звено.	1	1	+	+	X	X
Модель динамического звена второго порядка.	0	1	X	X	X	X
Электропривод с двигателем постоянного тока:
- режим позиционирования	0	0	X	X	+	+
- режим управления скоростью	1	0	X	X	+	-

Примечание: “х” - не используется“+” - используется; 1 - верхнее положение;

“-” - выключен;0 - нижнее положение.

В соответствии с требованиями к составу микропроцессорной системы, была разработана структурная схема МСЛКУ-5. На рисунке 1 изображена разработанная структурная схема МСЛКУ-5.

Рисунок 1 - Структурная схема МСЛКУ-5

Микропроцессорная система для лабораторной установки ЛКУ-5 состоит из персонального компьютера A1, USB-UART преобразователя A3, цифро-аналогового преобразователя A5, усилителя A7, объектов управления ЛКУ-5 A8, осциллографа A6 и 2х блока питания A2,A4 по 12В. Из персонального компьютера А1 закодированные коды ЦАП поступают через USB-UART преобразователь A3 в блок цифро-аналогового преобразователя А5, где декодируются и преобразуются в выходное напряжение в диапазоне +-5В. Дальше это выходное напряжение усиливается усилителем А7 до +-20В и подается на вход ЛКУ-5 блок А8. После этого осциллографом A6 снимается выходной сигнал с ЛКУ-5. Каждый 12 битный код ЦАП передается последовательно 2 байтами. Первый байт содержит нижний 6 бит кода, второй верхний 6 бит кода. Для указания номера байта служит 8 бит. Если 8 бит равен 1 значит это первый байт, если 0 значит 2 байт.

В соответствии со структурной схемой, были созданы принципиальные схемы цифро-аналогового преобразователя и усилителя. Принципиальная схема цифро-аналогового преобразователя приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Принципиальная схема цифро-аналогового преобразователя.

Принципиальная схема цифро-аналогового преобразователя состоит из микроконтроллера Atmega8-16PU DD1, подключенного к нему кварцевого резонатора на 16 МГц Q1, оптопарной сборки PC847, стабилизатора напряжения DA3 78L05, и ЦАП DA2 AD7243. Также были подобраны токоограничивающие резисторы в соответствии с требованиями к ЦАП.

Принципиальная схема усилителя, которая является частью общей схемы микропроцессорной системы МСЛКУ-5, указана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Принципиальная схема усилителя

Принципиальная схема усилителя состоит из микросхемы операционных усилителей BA10358, в которую входят два операционных усилителя и два выходных канала (OUT1,OUT2). Каждый выходной канал состоит из одного операционного усилителя и двух каскадов транзисторов. Каждый каскад имеет равные по модулю коэффициенты усиления, но разные по знаку. Для получения данных коэффициентов усиления служат резисторы R2, R10 и R1, R11.

Было разработано программное обеспечение к МСЛКУ-5. Программа для микроконтроллера была создана на языке Си с помощью компилятора winavr. Программа для персонального компьютера была написана на языке PHP. На рисунке 4 указан интерфейс программного обеспечения для МСЛКУ-5, написанной на языке PHP.

Рисунок 4 – Интерфейс программного обеспечения для МСЛКУ-5

Данная микропроцессорная система служит для генерации сигналов подаваемых на ЛКУ-5, а также для снятия сигналов с выхода ЛКУ-5.

МСЛКУ-5 будет использоваться студентами специальности «Приборостроения», для проведения экспериментов, изучения принципов работы электродвигателей, тахогенератора, а также различного рода звеньев входящих в ЛКУ-5.