• Категория: Радиоэлектроника
  • Вид работы: Дипломная работа
  • Год защиты: 2022
  • Оригинальность: 70 %

Содержание

Введение 6
1. Анализ технического задания 7
1.2 Разработка структурной схемы устройства управления бесколлекторным двигателем 8
2. Исследование актуальности 10
2.1 Определение классификационного индекса 10
2.2 Отчет о патентном поиске 11
2.3 Анализ обработанной информации 15
2.4 Итоговая таблица технических результатов изобретений 21
3. Разработка системы управления приводом робота 23
3.1 Расчет параметров привода 23
3.2 Разработка модели привода 24
3.2.1 Разработка модели привода по передаточной функции 24
3.2.2 Разработка модели привода с помощью средств Simulink 33
4. Разработка схемы электрической принципиальной устройства управления 37
4.1 Расчет элементов 38
4.2 Выбор элементов 39
4.3 Разработка печатной платы устройства управления 40
4.3.1 Расчет ширины печатных дорожек 41
4.3.2 Сборочный чертеж устройства управления 43
5. Разработка системы управления 44
5.1 Разработка схемы алгоритма программы управления 44
5.2 Разработка программы управления 45
Заключение 46
Список литературы 47
Приложение А (Конструкторская документация) 48
Приложение Б (Текст программы) 49
Приложение В (Руководство оператора) 51
Приложение Г (Руководство программиста) 52
Приложение Д (CD-диск «Выпускная квалификационная работа») 53

Введение

Мобильные робототехнические системы в настоящие время применяются в самых разных отраслях: от сельского хозяйства до исследования космических объектов с помощью автономных систем. С развитием технологий в области навигации и их удешевлением появляются все более технологичные роботы, использующие различные электромеханические преобразователи со всевозможными комбинациями движителей.
Наиболее распространенным видом класса колесных роботов до недавнего момента были роботы на четырех колесах. Для их передвижения достаточно решить задачу навигации и реализовать алгоритм управления. Двухколесные роботы более сложны в плане управления, так как помимо основных задач управления, необходимо также реализовать удержание равновесия робота в пространстве, для чего используются различные гироскопические устройства.
Использование двух колес в качестве движителя позволяет уменьшить размер робота и упростить его конструкцию, делая возможным его использование в условиях ограниченного пространства. Так как оба колеса являются ведомыми и находятся на одной оси, робот способен поворачивать или разворачиваться на месте.

1. Анализ технического задания

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка привода двухколесного робота с дифференциальным приводом для управления движением мобильным роботом с дифференциальным приводом.
Для достижения цели выпускной квалификационной работы были поставлены следующие задачи:
- разработка системы управления приводом робота;
- разработка математической модели электрического привода робота;
- разработка схемы электрической принципиальной устройства управления приводом робота;
- разработка печатной платы устройства управления приводом робота;
- разработка алгоритма и кода управляющей программы.
Для разработки мехатронной системы необходимо выбрать:
- электронный усилитель мощности;
- датчик положения;
- микроконтроллер с достаточной производительностью.
Для того, чтобы исключить электрическую связь между силовой частью и цепью управления, необходимо использовать гальваническую развязку. Возможные технические решения:
- индуктивная (трансформаторная) гальваническая развязка;
- оптическая развязка посредством оптрона (оптопары) или оптореле;
- емкостная гальваноразвязка;
- электромеханическая развязка.
К управляющей цепи относится микроконтроллер, датчик положения и преобразователи напряжения, необходимые для их питания, а к силовой цепи относятся транзисторы.
Управление вентильным двигателем происходит в импульсном режиме работы, в связи с чем возникает проблема высоких токов, так как включения кратковременные, то система периодически будет работать на уровне максимальных токов, следовательно, нам необходимо обезопасить всю систему, поэтому все элементы мы будем брать с запасом по току во избежание перегрева и вследствие короткого замыкания.
В качестве электронного усилителя мощности выберем транзисторные ключи на основе МОП-транзисторов, они служат для стабильного управления электромагнитом.
В качестве датчика положения выберем абсолютный энкодер, позволяющий точно измерить абсолютное положение ротора, необходимое для реализации векторного управления. Для нормализации управляющих сигналов будет использовать датчик на эффекте Холла.

Заключение

Данная квалификационная работа выполнена на тему «Разработка привода мобильного робота на базе бесколлекторного двигателя постоянного тока».
В ходе выполнения работы было проведено исследование актуальности разработки данного проекта, разработана система управления приводом робота, ее математическая модель. Получены удовлетворительные результаты моделирования в соответствии с техническим заданием.
Были проведены расчеты для необходимых элементов, которые требовались для изготовления устройства управления. Также была разработана схема электрическая принципиальная микропроцессорного устройства управления, печатная плата и сборочный чертеж микропроцессорного устройства управления, к ним были представлены перечень элементов и документация.
В работе представлена конструкторская документация, разработанная в ходе выполнения выпускной квалификационной работы, которая в свою очередь включает в себя:
 схему электрическую принципиальную устройства управления ИГТУ.421232.001 Э3 и перечень элементов к схеме электрической принципиальной;
 печатную плату устройства управления ИГТУ.758725.001;
 сборочный чертеж устройства управления ИГТУ.421232.001 СБ и спецификацию устройства управления.
Также в работе приведена программа управления на языке Си и схема алгоритма к ней, математическая модель привода.
В дальнейшем параметры разработанной системы могут быть скорректированы при проведении физического моделирования или при использовании более точных средств автоматического проектирования.


Список литературы

1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. – М.: Профессия - 2004. – 747 с.
2. Емельянов А. А., Бесклеткин В. В., Устинов А. П., Патерило А. С., Пестеров Д. И., Юнусов Т. Ш., Габзалилов Э. Ф. Моделирование электропривода на базе бесконтактного двигателя постоянного тока в пакете SimPowerSystems // Молодой ученый. — 2016. — №18. — С. 10-16.
3. Ключев В.И. Теория электропривода. Учебное пособие для вузов. Изд 2 – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 704с.
4. Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1990. - 416 с.
5. Теория автоматического управления: Учебник для вузов: В 2 ч./ Под ред. А.А. Воронова. - М.: Высшая школа, 1986. - Ч.1 - 367с. Ч.2 - 504с.
6. Теория автоматического управления. Учебн./В.Н. Брюханов, М.Г. Косов и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Высш. шк., 2000. – 268 с.
7. Терехов В.М. Непрерывные и цифровые системы управления скоростью и положением электроприводов – М.: Изд-во МЭИ, 1996. - 99с.

Приложение А (Конструкторская документация)

В ходе выпускной квалификационной работы была разработана конструкторская документация:
1) ИГТУ.421232.001 Э3 – Схема электрическая принципиальная микропроцессорного устройства управления БДПТ
2) ИГТУ.421232.001 – Перечень элементов к схеме электрической принципиальной;
3) ИГТУ.758725.001 ПП – Чертеж печатной платы микропроцессорного устройства управления БДПТ;
4) ИГТУ.421232.001 CБ – Сборочный чертеж микропроцессорного устройства управления БДПТ;
5) ИГТУ.421232.001 – Спецификация микропроцессорного устройства управления БДПТ;

Приложение Б (Текст программы)
На рисунке Б.1 представлен текст программы устройства управления.


Свяжитесь с нами в один клик:

Нажмите на иконку и вы будете переправлены на страницу связи с нашими специалистами.