Проектирование локальной системы глубоководного манипулятора бурения донной поверхности для взятия проб грунта, страница 2

Бурение поверхностного слоя осуществляется при номинальной частоте вращения  исполнительного механизма в качестве которого выступает двигатель постоянного тока. При увеличении твёрдости грунта происходит увеличение нагрузки на выходном валу (сверло), что приводит к уменьшению скорости вращения сверла, электрическая энергия не идёт на совершение механической работы, а  превращается  тепло, нагревая  обмотку якоря, КПД двигателя и системы в целом сильно снижается, поэтому существует необходимость увеличить скорость вращения сверла для прохождения твёрдых пород грунта.

1.2 Состав ЛСАУ

В состав ЛСАУ входят следующие основные устройства:

- микропроцессорная система (МПС);

- усилитель напряжения;

- двигатель постоянного тока (Дв);

- редуктор (Р); 

- датчик обратной связи (Д);

- сверло, как объект управления (ОУ).

Функциональная схема СЛАУ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема ЛСАУ

1.3  Технические требования к проектируемой ЛСАУ

Технические характеристики системы:

максимальная глубина погружения h_max=5000 м;

скорость вращения в нагрузке Ω_Н = 22 с^-1;

ускорение в нагрузке   ε_Н =2,1 с^-2;

скорость ускорения в нагрузке g_H =1,8 с^-3;

момент инерции нагрузки J_Н = 6,3 кгּм²;

вращающий момент в нагрузке M_Н = 8 Нּм;

точность управления δ_гар = 1 с^-1;

масса глубоководного аппарата в полном снаряжении m_апп=200 кг;

масса проектируемой ЛСУ не более 80 кг;

температура от -8⁰С до +40⁰С;

время регулирования t_P=0,5 c;

перерегулирование σ=25%.

1.4 Условия эксплуатации ЛСАУ

Высокое давление, освёщенность равна нулю, удалённость аппарата от внешних источников питания, температура окружающей среды от 0 до -5⁰С.

2 Выбор элементной базы

2.1 Выбор микропроцессорной системы

Для регулирования частоты вращения выходного вала исполнительного механизма (ИМ) выбирается  микропроцессорная систему на базе серии К1813.

Выбор микропроцессорного комплекта (МПК) серии  К1813 обусловлен следующими причинами:

- наличие встроенных в микропроцессор К1813ВЕ1 аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей;

- наличие развитой архитектуры;

- наличие развитой системы команд;

- возможность увеличения разрядности микропроцессора;

- работа с 8 разрядными данными, и возможность работы с двойными словами при работе с парами регистров общего назначения (РОН)

- наличие 6  восьми разрядных  РОН, которые могут использоваться как регистровые пары;

- высокая надёжность и эксплуатационные характеристики.

Однокристальный цифровой процессор обработки аналоговых сигналов  К1813ВЕ1 представляет собой перепрограммируемую СБИС  процессора цифровой обработки непрерывных сигналов в реальном масштабе времени совмещающую на одном кристалле аналоговые системы ввода и вывода информации с цифровым блоком обработки, системной постоянной и оперативной памяти, и предназначен для использования в системах связи, промышленной автоматике, акустики, геофизике. СБИС имеет четыре входных и восемь выходных аналоговых каналов с разрешающей способностью 0,5 (восемь двоичных разрядов и знак). Обработка цифровых кодов ведётся  на 25 разрядном цифровом АЛУ что обеспечивает необходимую точность.

В состав микропроцессорного комплекта (МПК) входят электрически -  программируемая ПЗУ со стиранием информации ультрафиолетом и объёмом в 19224 бит;  двух портовое ОЗУ объёмом в 4025 бит; масштабирующее устройство; 25 разрядное АЛУ; устройство управления (УУ); блок синхронизации; восьми разрядный счётчик команд; входной четырёх канальный аналоговый мультиплексор; входной управляемый усилитель; коммутатор аналоговых сигналов; входной восьми канальный аналоговый демультиплексор, цифроаналоговый преобразователь [8].

Передаточная функция выбранной МПС  равна единице т.е. W_МПС(s)=1.

2.2 Выбор двигателя

Для выбора двигателя приведём их классификацию в приложении А1.