для квадратного сечения (b = h)

(103)

при узких прямоугольных каналах (h>>b)

. (104)

Для охлаждаемых открытых по­верхностей определяющий размер d принимается равным длине или вы­соте охлаждаемой поверхности.

2) Критерий Рейнольдса

(105)

Критерий Рейнольдса определя­ет характер движения охлаждаю­щей среды, обладающей кинемати­ческой вязкостью v и движущейся со скоростью υ.

Кинематическая вязкость v ха­рактеризует внутреннее трение ча­стиц охлаждающей среды, то есть свой­ство последней оказывать сопротив­ление взаимному сдвигу смежных слоев частиц. Значение v имеет раз­мерность см²/сек (или м²/сек).

6.4.3 Р а с ч е т н а г р е в а о б м о т к и я к о р я и е г о в л и я н и я н а с и с т е м у. Во время работы по обмотке протекает электрический ток, а значит выделяется тепло. Это приводит как к перегреву обмоток, так и к изменению сопротивления обмотки, что в свою очередь влияет на коэффициенты передаточной функции.

Рассмотрим процесс нагрева обмоток и сравним с допустимым перегревом. Для данного класса обмоток допустимый перегрев составляет 50⁰С.

Распространение тепла, как показано выше, описывается уравнением:

Примем следующие допущения:

- начальная температура обмоток и окружающей среды равна 20⁰С;

- нагрев обмоток не приводит к сколь либо заметному повышению температуры окружающей среды.

Расчеты для уравнения теплопередачи произведем в программе Mathcad. Полученное распределение температуры показано на рисунке 13.

Рисунок 13 - Распределение температуры по сечению обмоток якоря двига-

теля

Как видим перегрев не превышает допустимое значение вплоть до установления теплового равновесия (500 секунд заведомо больше, чем время необходимое для достижения равновесия). Тепловое равновесие наступает когда тело отдает в окружающую среду столько же тепла, сколько получает за счет внутренних источников.

Далее рассмотрим влияние температуры на передаточную функцию как двигателя, так и системы.

При нагреве проводника его сопротивление изменяется в соответствии с формулой [26]:

(106)

где α – термический коэффициент сопротивления.

Сопротивление якоря присутствует в выражениях для электрической и механической постоянных времени:

;

.

Таким образом изменение температуры приведет к некоторому изменению передаточной функции двигателя, а значит и всей системы. Так как распределение тепла по сечению проводника не однородно, то также неоднородно будет и изменение сопротивления. Для дальнейшего анализа будем использовать усредненное значение сопротивления.

Передаточная функция разомкнутой системы без корректора запишется в виде:

(107)

где - коэффициент передачи датчика угла;

- передаточная функция двигателя;

- передаточная функция манипулятора.

Причем передаточная функция двигателя равна:

---

На рисунке 14 показаны переходные процессы разомкнутой системы без корректора в исходном состоянии и через 2 минуты.

h(t) – переходный процесс разомкнутой системы в исходном состоянии;

h1(t) – переходный процесс разомкнутой системы через 2 минуты.

Рисунок 14 - Переходные процессы разомкнутой системы без корректора в исходном состоянии и через 2 минуты

Как видим переходные процессы существенно отличаются, при этом очевидно, что коррекция системе необходима.

На рисунке 15 показаны переходные процессы для замкнутых систем с учетом корректора.

h(t) – переходный процесс замкнутой системы в исходном состоянии;

h2(t) – переходный процесс замкнутой системы через 2 минуты.

Рисунок 15 - Переходные процессы замкнутой системы в исходном состоянии и через 2 минуты

На рисунке 15 h(t) соответствует полученной выше передаточной функции системы.

Как видим нагрев обмоток приводит к изменению характеристик системы в частности к увеличению перерегулирования и уменьшению времени регулирования. Таким образом для того, чтобы действительная передаточная функция системы как можно точнее описывалась функцией, полученной классическим способом необходимо предусмотреть способ охлаждения двигателя. Следует также отметить, что получение более точных передаточных функций затруднительно. Для этого необходимо учесть ряд факторов, а именно:

- колебание температуры окружающей среды;

- нагревание обмоток двигателя во время пуска;

- нелинейность теплопроводности изоляции обмоток;

- изменение режимов работы двигателя.

6.5 Расчет вектора Умова – Пойнтинга

Вектор Умова – Пойнтинга показывает направление распространения энергии. Расчет проведем для электромагнитного поля; для него вектор Умова равен векторному произведению векторов напряженности электрического и магнитного полей. В данном случае можно применить формулы для прямого тока:

(108)

(109)

Таким образом модуль вектора Умова равен:

(110)

Распределение модуля вектора Умова показан на рисунке 16. Направление вектора совпадает с направлением тока в обмотке.

Рисунок 16 - Распределение модуля вектора Умова

Таким образом мы видим, что основная часть энергии протекает на удалении порядка 20 см от проводов. Это означает, что поле взаимодействует как с полями других проводов, так и с полем статора. Кроме того поле искажают металлические детали двигателя. Следствием чего очевидно является потеря части энергии. Следует отметить, что расположение обмоток обусловлено в первую очередь необходимостью преобразовать электрическую энергию в механическую. Таким образом оптимизация расположения проводников сильно ограничена и является задачей, требующей учета большого количества разнообразных факторов.

---

7 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОВЕДЕНИЯ НИР

Современный этап автоматизации производственных процессов характеризуется внедрением промышленных роботов и манипуляторов, предназначенных для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве, и оснащенных рабочим органом. Манипуляторы находят широкое применение в машиностроении (для обслуживания станков с ЧПУ, конвейеров), в металлургии (для обслуживания печей, прессов), в атомной промышленности, а также для исследования водных глубин.

Выбор соответствующего типа электропривода зависит от технологического процесса и от объема и характера производства. Непременным условием, определяющим выбор типа электропривода, является технико-экономическая эффективность его. Это особо относится к дорогостоящему оборудованию.

Расчет характеристик следящего привода позволяет сократить и даже исключить потребность в дорогостоящих натурных и лабораторных исследованиях. При математическом моделировании не представляет труда испытать исследуемый объект в идеальных условиях, или наоборот, в экстремальных режимах, которые для реальных объектов требуют больших затрат или связаны с риском.

Данная дипломная работа носит научно-исследовательский поисковый характер, так как направлена на анализ результатов расчетов системы автоматического управления с целью установления необходимости, возможности и целесообразности использования корректирующих устройств в системе автоматического управления.

Целью дипломной работы является получение конкретных теоретических результатов, используемых в опытно-конструкторских разработках при создании новых систем управления электроприводом робототехнических систем.

Основными показателями научно-исследовательских работ (НИР) являются: трудоемкость, плановая себестоимость, договорная цена выполнения НИР, эффективность проведения НИР.

7.1 Маркетинговые исследования

Цель разработки данной автоматической системы управления сводится к тому, чтобы показать, что при автоматическом управлении данной системы повышается производительность продукции и снижается трудоемкость, снижается затрата материалов. Также повышение технического уровня производства предусматривает оздоровление условий труда.

Данное решение первоначально предназначено для инженерно-технических работников, проводящих разработки в этом направлении.

Системы автоматического управления создаются для того, чтобы автоматически, без непосредственного участия человека поддерживать необходимый режим работы различных обслуживаемых этими автоматами объектов. Представленная разработка в дипломном проекте представляет собой математическую модель системы автоматического управления электроприводом робототехнической системы. Результаты проведенных расчетов предоставят возможность оценить правильность выбора элементов системы, ввести корректирующее устройство для увеличения точности регулирования системы.

---

Главной отличительной особенностью данных исследований является их направленность и четко определенная специализация, применение ЭВМ и соответствующего программного обеспечения.

Вероятность существования организаций, занимающихся деятельностью подобного профиля очень мала. Стоимость, создания математической модели будет значительно ниже, чем у возможных конкурентов. Это достигается за счет специализации работников и отсутствия необходимости перепрофилирования для решения поставленной задачи.

На базе маркетинговых исследований, следует предположить, что основным видом продаж будет договорной.

Для продвижения на рынок будет широко применяться реклама в средствах массовой информации. Планируется широкое участие в форумах, выставках и на конференциях по данной тематике, выпуск рекламных каталогов. Эти мероприятия направлены на пропаганду нового продукта моделирования, завоевание известности и авторитета, на привлечение покупателей в лице крупнейших предприятий отрасли.

7.2 Определение трудоемкости выполнения расчета характеристик следящего привода

Для определения трудоемкости выполнения НИР составляется перечень всех основных этапов и видов работ, которые должны быть выполнены в ходе проведения данной НИР. Большое значение в процессе анализа имеет параллельное соединение выполняемых работ, так как это позволяет существенно сократить общую длительность проведения НИР. По каждому виду работ определяется квалификационный уровень исполнителей.

Трудоемкость выполнения НИР определяется по сумме трудоемкости этапов и видов работ, оцениваемых экспертным путем в человеко-днях, и носит вероятностный характер, так как зависит от множества трудно учитываемых факторов. Степень неопределенности выполнения работы за ожидаемое время характеризует дисперсия.

Ожидаемые значения трудоемкости t_i и ее дисперсии D_i определяются по формулам:

где a_i – минимально возможная трудоемкость отдельного вида работы;

m_i – наиболее вероятная трудоемкость отдельного вида работы;

b_i – максимально возможная трудоемкость отдельного вида работы.

Экспертные оценки и расчетные величины сведем в таблицу 1.

Для определения трудоемкости выполнения научно-исследовательской работы составим перечень основных этапов и видов работ, который приведен в таблице 2.

Таблица 1 – Перечень основных этапов и видов работ

Этап проведения НИР	Код работ		Вид работ	Должность исполнителя
	i	j
1	2	3	4	5
Разработка технического задания	0	1	Составление технического задания на НИР	старший научный сотрудник
	1	2	Утверждение технического задания на НИР	старший научный сотрудник
Выбор направления исследований	2	3	Сбор и изучение научно-технической литературы, нормативно-технической документации, проведение патентных исследований	младший научный сотрудник
	2	4	Составление аналитического обзора состояния вопросов по теме	младший научный сотрудник
	2	5	Определение возможных направлений решения задач, поставленных в техническом задании	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	2	6	Поиск методов решения поставленной задачи	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	2	7	Выбор метода решения поставленной задачи	старший научный сотрудник
	2	8	Разработка общей методики проведения исследования	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	2	9	Составление промежуточного отчета	младший научный сотрудник
Теоретические исследования	3	10	Изучение конструкции привода	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
1	2	3	4 Продолжение таблицы 1	5
	3	11	Изучение уравнений, описывающих процессы в приводе	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	3	12	Обоснование допущений	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	3	13	Изучение и анализ физических процессов, происходящих в приводе	младший научный сотрудник
	3	14	Математическое описание процессов в приводе	младший научный сотрудник
	3	15	Расчет статических характеристик привода	младший научный сотрудник
	3	16	Расчет динамических характеристик привода	младший научный сотрудник
	3	17	Расчет привода как системы с распределенными параметрами	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	3	18	Векторно – энергетический расчет	младший научный сотрудник
	3	19	Составление промежуточного отчета	младший научный сотрудник
Обобщение и оценка резу-льтатов исследований	4	20	Оценка полноты решения поставленной задачи	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	4	21	Анализ результатов расчета	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	4	22	Выводы по полученным результатам	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	4	23	Оформление пояснительной записки	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник
	4	24	Оформление чертежей	младший научный сотрудник
1	2	3	4 Продолжение таблицы 1	5
	4	25	Оценка результатов выполнения НИР в целом	старший научный сотрудник, младший научный сотрудник

---

Таблица 2 - Оценка трудоемкости отдельных видов работ

Вид работ	Оценка трудоемкости, дн.			Расчетные величины
	ai	mi	bi	ti	Di
1	2	3	4	5	6
Составление технического задания на НИР	2	3	4	3	0,1
Утверждение технического задания на НИР	1	2	3	2	0,1
Сбор и изучение научно-технической литературы, нормативно-технической документации, проведение патентных исследований	4	6	8	6	0,4
Составление аналитического обзора состояния вопросов по теме	6	8	10	8	0,4
Определение возможных направлений решения задач, поставленных в техническом задании	2	4	6	4	0,4
Поиск методов решения поставленной задачи	2	4	6	4	0,4
Выбор метода решения поставленной задачи	1	2	3	2	0,1
Разработка общей методики проведения исследования	2	4	6	4	0,4
С оставление промежуточного отчета	1	2	3	2	0,1
Изучение конструкции привода	2	4	6	4	0,4
Изучение уравнений, описывающих процессы в приводе	4	6	8	6	0,4
Обоснование допущений	4	6	8	6	0,4
Изучение и анализ физических процессов, происходящих в приводе	2	4	6	4	0,4
Математическое описание процессов в приводе	3	5	7	5	0,4
Расчет статических характеристик привода	4	5	6	5	0,1
Расчет динамических характеристик привода	1	2	3	2	0,1
1 Продолжение таблицы 2	2	3	4	5	6
Расчет привода как системы с распределенными параметрами	2	4	6	4	0,4
Векторно – энергетический расчет	6	8	10	8	0,4
Составление промежуточного отчета	8	10	12	10	0,4
Оценка полноты решения поставленной задачи	1	2	3	2	0,1
Анализ результатов расчета	2	4	6	4	0,4
Выводы по полученным результатам	1	2	3	2	0,1
Оформление пояснительной записки	3	5	7	5	0,4
Оформление чертежей	3	5	7	5	0,4
Оценка результатов выполнения НИР в целом	2	4	6	4	0,4

7.3 Построение сетевого графика выполнения НИР

---

Смотрите также файлы

• заключение.doc

• liter.doc

• РЕФЕРАТ.doc

• Содержание.doc

• Рамки для слайдов задолбался.doc