Автоматическое управление в технике — это совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления. Автоматическое управление широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, неосуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья. Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во времени регулируемой (управляемой) величины — выходной величины управляемого объекта. Для осуществления цели управления, с учётом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта — управляющее воздействие. Оно предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемое поведение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатывается устройством управления. Совокупность взаимодействующих управляющего устройства и управляемого объекта образует систему автоматического управления. Система автоматического управления (САУ) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде случаев вспомогательные для САУ операции (пуск, остановка, контроль, наладка и т.д.) также могут быть автоматизированы. САУ функционирует в основном в составе производственного или какого-либо другого комплекса. История техники насчитывает много ранних примеров конструкций, обладающих всеми отличительными чертами САУ (регулирование потока зерна на мельнице с т. н. «потряском», уровня воды в паровом котле машины Ползунова, 1765, и т. д.).
Первой замкнутой САУ, получившей широкое техническое применение, была система автоматического регулирования с центробежным регулятором в паровой машине Уатта (1784).
По мере совершенствования паровых машин, турбин и двигателей внутреннего сгорания всё более широко использовались различные механические регулирующие системы и устройства, достигшие значительного развития в конце 19 — начале 20 вв.
Теория автоматического управления и автоматизация сварочных процессов
... автоматического управления 1.1 Системы автоматического управления 1.1.1 Основные понятия теории автоматического управления Основными понятиями, использующимися в теории автоматического управления и регулирования, являются: система автоматического управления (САУ), объект управления(ОУ), управляемая величина Y(t), возмущающее воздействие F(t), задающее воздействие X(t) и управляющее воздействие, ...
Новый этап в автоматическом управлении характеризуется внедрением в системы регулирования и управления электронных элементов и устройств автоматики и телемеханики. Это обусловило появление высокоточных систем слежения и наведения, телеуправления и телеизмерения, системы автоматического контроля и коррекции. 50-е гг. 20 в. Ознаменовались появлением сложных систем управления производственными процессами и промышленными комплексами на базе электронных управляющих вычислительных машин.
Первоначально перед САУ ставились задачи поддержания определённых законов изменения во времени управляемых величин. В этом классе систем различают системы автоматического регулирования (CAP), в задачу которых входит сохранение постоянными значения управляемой величины; системы программного управления, где управляемая величина изменяется по заданной программе; следящие системы, для которых программа управления заранее неизвестна. В дальнейшем цель управления стала связываться непосредственно с определёнными комплексными показателями качества, характеризующими систему (её производительность, точность воспроизведения и т. п.); к показателю качества могут предъявляться требования достижения им предельных (наибольших или наименьших) значений, для чего были разработаны адаптивные, или самоприспосабливающиеся системы.
Одним из современных направлений развития автоматики является мехатроника. Мехатроника — комбинация машиностроения, электронной техники, компьютерных разработок, теории автоматического управления (технической кибернетики), и рабочего проектирования систем, имеющая цель создать, спроектировать, и произвести полезные продукты. Термин «мехатроника» предложил японский инженер Тетзуро Мори из фирмы «Яскава» в 1969 г. Мехатроника предусматривает комплексный подход к проектированию новой продукции. Системы автоматизации должны обеспечивать надёжность управления технологическим оборудованием. Мехатроника сосредоточена на механике, электронике, вычислении, технике автоматического управления, молекулярных разработок (из нанохимии и биологии), оптических разработок, которые, объединившись, делают возможным генерацию более простых, более экономичных, надежных и универсальных систем.
Промышленный робот и металлорежущий станок с числовым программным управлением являются ярким примером мехатроник-систем; они включает аспекты электроники, механики и вычислений для выполнения повседневной работы. Стандартизация, метрология и сертификация являются инструментами обеспечения качества продукции, работ и услуг — важного аспекта многогранной коммерческой деятельности.
Настоящая курсовая работа является первой самостоятельной работой студента. Она выполняется в соответствии с заданием, причем необходимо не только использовать знания, полученные на занятиях, но и самостоятельно искать материалы в рекомендуемой литературе и в сети Интернет. Целью работы является наиболее полное раскрытие заданной темы, а задачей — использование для выполнения цели умений самостоятельно работать с литературой и выполнять типовые расчеты.
1. Технология формирования систем автоматического управления
1.1 Принцип действия пневматического датчика
пневматический датчик стандартный сертификационный
Приборы, методы и способы измерения давления
... по образцовым средствам измерений соответствующей точности. Помимо классификации по основным методам измерений давлений и видам давления, средства измерений давления классифицируют по: принципу действия, функциональному назначению, диапазону и точности измерений. 5. Класс точности приборов Обобщенной характеристикой средств измерения является ...
В основе пневматического метода измерения размеров лежит зависимость расхода воздуха через контролируемое отверстие или зазор между торцом измерительного сопла и поверхностью контролируемой детали от величины этого зазора или площади поперечного сечения отверстия.
По способу измерения расхода воздуха все пневматические измерительные устройства делятся на устройства, в которых измеряется изменение давления , и устройства, измеряющие изменение скорости воздушного потока. Большинство пневматических измерительных устройств принадлежит к первой группе.
Давление воздуха, подводимого к пневматической измерительной системе, должно быть постоянным, тогда расход воздуха будет зависеть только от изменения измеряемой величины.
Если против измерительного сопла расположена поверхность контролируемой детали, то площадью проходного сечения будет площадь кольцевого зазора между торцом измерительного сопла и поверхностью контролируемой детали, где d 2 — внутренний диаметр измерительного сопла; z — измерительный зазор — зазор между торцом измерительного сопла и контролируемой деталью, величина которого определяет отклонение действительного размера l детали.
Крутизна (тангенс угла, наклона) кривой, т. е. производная от функции j 1 (z) по z, является передаточным отношением устройства которое характеризует изменение измерительного давления h при изменении измерительного зазора на определенную величину.
Обычно для работы пневматических измерительных устройств используется часть характеристики, близкая к прямолинейной с максимальной крутизной. Тогда отрезок по оси абсцисс определяет предел измерения системы. Предел измерения и крутизна прямолинейного участка характеристики пневматического измерительного устройства с измерением давления зависят в основном от диаметров входных и измерительных сопел и в меньшей степени от рабочего давления Н. С увеличением диаметра входного сопла d 1 при d2 = const и Н = const предел измерения увеличивается и передаточное отношение падает. Таким образом, предел измерения и передаточное отношение пневматического измерительного устройства c измерением давления могут изменяться в широких пределах сменой сопел.
Максимальный зазор, при котором теоретически сохраняется, зависимость h от z, определяется неравенством следовательно, z max = 0,25 d2 .
Пневматические дифференциальные сильфонные датчики конструкции БВ (мод. 235) серийно выпускаются заводом “Калибр” рис. III.13).
Чувствительным элементом этих датчиков являются сильфоны.
Внутренние торцы сильфонов заделаны в воздухораспределителе 7 датчика, жестко закрепленном в его корпусе 14, внешние образуют подвижную систему датчика, будучи связаны тягами 12, заделанными в пластинах 13, которые подвешены к корпусу 14 на плоских пружинах 11. Очищенный воздух стабилизированного давления Н подается по каналу 21 к входным соплам 5 и вступает далее в сильфоны 1 и 8. При работе по дифференциальной схеме к обоим каналам 10 и 2 присоединяется измерительная оснастка, с помощью которой определяются отклонения контролируемых размеров.
Чувствительные элементы или датчики
... датчики могут быть классифицированы следующим образом: датчики сопротивления, датчики индуктивности, датчики емкости, датчики напряжения, датчики тока, датчики фазы, датчики частоты, датчики числа импульсов, датчики длительности импульса, датчики давления (пневматические ... измерительного устройства, вырабатывающего на выходе напряжение, зависящее от угла рассогласования роторов сельсин-датчика ...
При работе по схеме с противодавлением канал 2 заглушается и к сильфону 1 подключается узел противодавления 4, измерительная оснастка — к каналу 10 и сильфону 8. Разность рвений в сильфонах 1 и 8 приводит к перемещению их внешних торцов и всей подвижной системы. На тяге 12 крепится поводок 15, связанный с рычажно-зубчатой передачей 16, 20 и стрелкой 17 показывающего устройства. Волосок 19 устраняет мертвый ход в зубчатой передаче. С подвижной системой датчика связаны пластины 6 с
электрическими подвижными контактами. Неподвижные регулируемые контакты 3 закреплены в корпусе 14. При достижении предельных размеров детали подвижная система датчика замыкает соответствующую пару контактов. Отсчет действительных размеров производится по шкале 18 датчика. Ход сильфонов ограничен упорами 9. В этом датчике установлено шесть контактов; число делений шкалы ±40, рабочее давление (1ё 2) 10 5 н/м2 .
Цена деления зависит от настройки датчика и может изменяться от 0,0002 до 0,002 мм; предельная погрешность прибора ± 10 мм вод. ст. В самобалансирующемся пневмоэлектроконтактном мембранном датчике применена дифференциальная самобалансирующаяся пневматическая система нулевого перепада.
Система представляет собой самобалансирующийся уравновешенный пневматический мост, работающий следующим образом: очищенный и стабилизированный по давлению воздух поступает к входным соплам 13 и 14 системы и далее в измерительную 15 и компенсационную 11 камеры, которые разделены мембраной 12. На мембране закреплена коническая игла 10, которая во время перемещения изменяет площадь проходного сечения компенсационного сопла 9. Измерительное сопло 2 связано с измерительной камерой 15. При данном измерительном зазоре z мембрана 12 занимает такое положение, при котором расход через измерительное сопло 2 системы равен расходу через зазор между конической иглой 10 и соплом 9. В этом случае давления в камерах 15 и 11 равны.
Колебание размера детали 1 вызывает изменение измерительного зазора z и давления в измерительной камере 15. При этом равенство давлений в камерах нарушается и мембрана 12 вместе с конической иглой 10 начинает перемещаться в направлении равнодействующей до тех пор, пока давление в компенсационной камере не станет равным величине давления в измерительной камере. Величина перемещения мембраны и конической иглы пропорциональна величине изменения размера контролируемой детали (измерительного зазора z), оно измеряется с помощью индикатора 6 часового типа, измерительный стержень 7 которого опирается через промежуточный штифт 3 на коническую иглу. Штифт 3 несет контактную пластину 4, на которой расположены подвижные контакты 8 датчика. В верхней крышке датчика закреплены настроечные винты 5 с регулируемыми контактами.
Чувствительность самобалансирующейся системы при заданном диаметре измерительного сопла и равных диаметрах входных сопел зависит только от угла конуса иглы 10 и не зависит от величины зазора.
Системы, основанные на принципе самобалансирующегося моста, имеют более высокую точность, чем устройства с чувствительными упругими элементами (трубки Бурдона, сильфоны и др.), так как явления упругого последействия и гистерезиса этих элементов вносят дополнительные погрешности в результаты измерений. Передаточное отношение системы может меняться в широких пределах путем изменения угла конуса иглы компенсационного клапана. Время срабатывания (инерционность) приборов, основанных на принципе самобалансирующегося моста, значительно меньше, чем других приборов с измерением давления благодаря возможности работы на больших измерительных зазорах и малому объему камеры. Из-за нулевого перепада давлений и мостовой схемы нестабильность рабочего давления оказывает незначительное влияние на погрешность прибора. Неравномерность распределения зазоров при двухсопловой измерительной оснастке (калибр — пробка и др.) в меньшей мере сказывается на погрешности измерений, чем в других дифференциальных пневматических устройствах.
Измерение кровяного давления
... одного из известных методов измерения артериального давления (АД). Так у людей молодого возраста при нормальной величине АД линейная скорость течения крови по артериям не превышает 0,3 ... присоединения инфекционных осложнений. Используют несколько типов датчиков-преобразователей. В резистивном преобразователе изгибающаяся под действием силы давления диафрагма изменяет натяжение тонких проволочек, ...
1.2 Назначение и область применения пневматического датчика
Механико-пневматический датчик кромки FM 30 горизонтальное и вертикальное положение щупа.
Рисунок 1. Схема установки пневматического датчика кромки.
Механика пневматического датчика кромки передает положение кромки сукон и сеток на выдвижной поршневой клапан (FM 30) или на роторно-поршневой клапан (SK78).
В зависимости от положения сукон и сеток соответствующий клапан открывает, пропорционально к положению листа щупа, подачу воздуха в соответствующую камеру цилиндра исполнительного устройства. Одновременно происходит разрежение камеры противолежащего цилиндра. Клапаны в соответствующей нейтральной позиции полностью закрыты. Расход воздуха имеет место лишь при установочном движении.
Область применения: в сеточной, прессовой и сушильной части.
Технология формирования систем автоматического управления
1.3 Конструкция пневматического датчика
Рисунок 2. Схема дифференциального сильфонного датчика БВ.
При работе по схеме с противодавлением канал 2 заглушается и к сильфону 1 подключается узел противодавления 4, измерительная оснастка — к каналу 10 и сильфону 8. Разность рвений в сильфонах 1 и 8 приводит к перемещению их внешних торцов и всей подвижной системы. На тяге 12 крепится поводок 15, связанный с рычажно-зубчатой передачей 16, 20 и стрелкой 17 показывающего устройства. Волосок 19 устраняет мертвый ход в зубчатой передаче. С подвижной системой датчика связаны пластины 6 с электрическими подвижными контактами. Неподвижные регулируемые контакты 3 закреплены в корпусе 14. При достижении предельных размеров детали подвижная система датчика замыкает соответствующую пару контактов. Отсчет действительных размеров производится по шкале 18 датчика. Ход сильфонов ограничен упорами 9. В этом датчике установлено шесть контактов; число делений шкалы ±40, рабочее давление (1 ё 2) 105 н/м2.
Цена деления зависит от настройки датчика и может изменяться от 0,0002 до 0,002 мм; предельная погрешность прибора ± 10 мм вод.
Представленное устройство создания пневматического давления обеспечивает точную установку требуемого давления при создании вакуума и низкого избыточного давления, исключается любой перекос штока насоса, что повышает надежность работы насоса и устройства в целом и является удобным в пользовании.
Рисунок 3.1. Изображено устройство создания пневматического давления, содержащее корпус, на котором размещены поршневой насос с рычажными рукоятками, вид сбоку;
- Рисунок 3.2 изображено сечение А-А первого рисунка;
- Рисунок 3.3. Изображение сечения Б-Б первого рисунка;
- Рисунок 3.4. Изображение сечения В-В первого рисунка;
Работа устройства создания пневматического давления осуществляется в следующих режимах:
Валовой внутренний продукт, его измерение, структура и распределение (2)
... является ВВП России 2007- 2009гг. Предметом изучения - ВВП его измерение, структура и распределение в РФ. При написании курсовой были использованы следующие методы: аналитический, ... – чистый национальный продукт. 1.2 Методы расчета валового внутреннего продукта Валовый внутренний продукт может быть исчислен следующими тремя методами: как сумма валовой добавленной стоимости (производственный ...
- режим создания вакуума;
- режим создания низкого избыточного давления до 0,1 МПа.
- режим создания высокого избыточного давления.
1. Устройство создания пневматического давления, содержащее корпус, на котором размещены поршневой насос с рычажными рукоятками, взаимодействующими с ползуном, установленным на штоке насоса, камера плавной регулировки и клапан сброса давления, соединенные с нагнетательной полостью насоса, два выходных штуцера, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной камерой плавной регулировки и дополнительным клапаном сброса давления, соединенными с вакуумной полостью насоса с помощью соединительной трубки с уплотнительными кольцами, а один из выходных штуцеров расположен на крышке данной камеры.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено запорным клапаном, перекрывающим рабочую полость дополнительной камеры плавной регулировки от вакуумной полости насоса.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено направляющей, закрепленной на корпусе насоса и имеющей цилиндрическое отверстие, расположенное сносно штока насоса, а ползун выполнен в виде цилиндра, установленного в данное отверстие по скользящей посадке.
2. Методы осуществления стандартных и сертификационных испытаний
2.1 Точность и погрешность измерений. Условия измерений или влияющий н результат фактор
Основными характеристиками измерений являются: принцип измерений, метод измерений, погрешность, точность, правильность и достоверность.
Принцип измерений — физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерений. Например, измерение массы тела при помощи взвешивания с использованием силы тяжести, пропорциональной массе, измерение температуры с использованием термоэлектрического эффекта.
Метод измерений — совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Средствами измерений являются используемые технические средства, имеющие нормированные метрологические свойства.
Погрешность измерений — разность между полученным при измерении X’ и истинным Q значениями измеряемой величины:
? = XI — Q.
Погрешность вызывается несовершенством методов и средств измерений, непостоянством условий наблюдения, а также недостаточным опытом наблюдателя или особенностями его органов чувств.
Точность измерений — это характеристика измерений, отражающая близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Правильность измерения определяется как качество измерения, отражающее близость к нулю систематических погрешностей результатов (т. е. таких погрешностей, которые остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины).
Правильность измерений зависит, в частности, от того, насколько действительный размер единицы, в которой выполнено измерение, отличается от ее истинного размера (по определению), т. е. от того, в какой степени были правильны (верны) средства измерений, использованные для данного вида измерений.
Истинные значения физических величин — это значения, идеальным образом отражающие свойства данного объекта как в количественном, так и в качественном отношении. Они не зависят от средств нашего познания и являются абсолютной истиной.
Результаты измерений, напротив, являются продуктами нашего познания. Представляя собой приближенные оценки значений величин, найденные путем измерения, они зависят не только от них, но еще и от метода измерения, от технических средств, с помощью которых проводятся измерения, и от свойств органов чувств наблюдателя, осуществляющего измерения.
Разница ? между результатами измерения X’ и истинным значением Q измеряемой величины называется погрешностью измерения:
? = XI — Q.
Но поскольку истинное значение Q измеряемой величины неизвестно, то неизвестны и погрешности измерения, поэтому для получения хотя бы приближенных сведений о них приходится в формулу вместо истинного значения подставлять так называемое действительное значение.
Под действительным значением физической величины мы будем понимать ее значение, найденное экспериментально и настолько приближающееся к истинному, что для данной цели оно может быть использовано вместо него.
Причинами возникновения погрешностей являются: несовершенство методов измерений, технических средств, применяемых при измерениях, и
органов чувств наблюдателя. В отдельную группу следует объединить причины, связанные с влиянием условий проведения измерений. Последние проявляются двояко. С одной стороны, все физические величины, играющие какую-либо роль при проведении измерений, в той или иной степени зависят друг от друга. Поэтому с изменением внешних условий изменяются истинные значения измеряемых величин.
Описанные причины возникновения погрешностей определяются совокупностью большого числа факторов, которые можно объединить в две основные группы.
1. Факторы, проявляющиеся весьма нерегулярно и столь же неожиданно исчезающие или проявляющиеся с интенсивностью, которую трудно предвидеть. К ним относятся, например, перекосы элементов приборов в их направляющих, нерегулярные изменения моментов трения в опорах, малые флюктуации влияющих величин, изменения внимания операторов и др.
Составляющая суммарной погрешности измерения, включающая данные факторы, называется случайной погрешностью измерения. Ее основная особенность в том, что она случайно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.
При создании измерительной аппаратуры и организации процесса измерения в целом интенсивность проявления большинства факторов данной группы удается свести к общему уровню, так что все они влияют более или менее одинаково на формирование случайной погрешности. Однако некоторые из них, например внезапное падение напряжения в сети электропитания, могут проявиться неожиданно сильно, в результате чего погрешность примет размеры, явно выходящие за границы, обусловленные ходом эксперимента в целом. Такие погрешности в составе случайной погрешности называются грубыми. К ним тесно примыкают промахи — погрешности, зависящие от наблюдателя и связанные с неправильным обращением со средствами измерений, неверным отсчетом показаний или ошибками при записи результатов.
2. Факторы, постоянные или закономерно изменяющиеся в процессе измерительного эксперимента, например плавные изменения влияющих величин или погрешности применяемых при измерениях образцовых мер. Составляющие погрешности, определяемые действием факторов этой группы, называются систематическими погрешностями измерения.
Их отличительная особенность в том, что они остаются постоянными или закономерно изменяются при повторных измерениях одной и той же величины. До тех пор, пока систематические погрешности больше случайных, их зачастую можно вычислить или исключить из результатов измерений надлежащей постановкой опыта.
Таким образом, мы имеем два типа погрешностей измерения:
- случайные (в том числе грубые погрешности и промахи), изменяющиеся случайным образом при повторных измерениях одной и той же величины;
- систематические погрешности, остающиеся постоянными или закономерно изменяющиеся при повторных измерениях.
В процессе измерения оба вида погрешностей проявляются одновременно, и погрешность измерения можно представить в виде суммы случайной и систематической погрешностей:
Случайные погрешности изменяются по величине и знаку и имеют место при каждом последующем измерении. Они происходят от совместного проявления большого числа причин, каждой из которых в отдельности можно было бы пренебречь. Случайные погрешности не устраняются.
По ним производится оценка точности как самих измерительных приборов, так и методов измерения, где ?C — средний арифметический размер
измерений, где d — истинный размер, полученный измерением более точным инструментом; di — размер, полученный в результате измерения.
Случайные погрешности обладают следующими свойствами:
- малые по величине погрешности встречаются чаще, чем большие;
- отрицательные и положительные погрешности, равные по величине, встречаются одинаково часто;
- среднее арифметическое из случайных погрешностей с увеличением числа их стремится к нулю;
- для каждого измерительного инструмента и прибора существует свой предел, за которым погрешности практически не встречаются.
Случайные погрешности принято оценивать либо квадратическим ее значением у, либо предельным ?lim. Суммарная средняя квадратическая погрешность у? единичных измерений подсчитывается. Средняя квадратическая погрешность является основной исходной при подсчете других погрешностей.
Случайная средняя квадратическая погрешность единичных измерений определяется. Точность инструментов и приборов для линейных измерений принято характеризовать предельной погрешностью. При сравнительно большом числе измерений n > 20, принято считать, что случайная составляющая погрешности измерений не превышает по абсолютной величине , т. е.
При небольшом числе измерений 3 ? n < 20 наиболее обосновано пользоваться таблицей Стьюдента — Фишера, в которой даны квантели t0 зависящие от числа степеней свободы к = n — 1 и заданной вероятности Р. Для производственных измерений рекомендуется Р = 0,95; для исследовательских целей рекомендуется Р = 0,98 и Р = 0,99.
Исходя из выбранного числа измерений n и принятой вероятности Р находят по таблице Стьюдента-Фишера коэффициент t0 (приложение) и подсчитывают предельную случайную погрешность измерений.
Систематические погрешности принято классифицировать в зависимости от причин их возникновения и по характеру их проявления при измерениях.
1. Погрешности метода, или теоретические погрешности, проистекающие от ошибочности или недостаточной разработки принятой теории метода измерений в целом или от допущенных упрощений при проведении измерений.
2. Инструментальные погрешности, зависящие от погрешностей применяемых средств измерений. Среди инструментальных погрешностей в отдельную группу выделяются погрешности схемы, не связанные с неточностью изготовления средств измерения и обязанные своим происхождением самой структурной схеме средств измерений. Исследование инструментальных погрешностей является предметом специальной дисциплины — теории точности измерительных устройств.
3. Погрешности, обусловленные неправильной установкой и взаимным расположением средств измерения, являющихся частью единого комплекса, несогласованностью их характеристик, влиянием внешних температурных, гравитационных, радиационных и других полей, нестабильностью источников питания, несогласованностью входных и выходных параметров электрических цепей приборов и так далее.
4. Личные погрешности, обусловленные индивидуальными особенностями наблюдателя. Такого рода погрешности вызываются, например, запаздыванием или опережением при регистрации сигнала, неправильным отсчетом десятых долей деления шкалы, асимметрией, возникающей при установке штриха посередине между двумя рисками.
Методы борьбы с систематическими погрешностями заключаются в их обнаружении и последующем исключении путем полной или частичной компенсации. Если систематические погрешности исключены не полностью или совсем не исключены, но известны пределы их допускаемых значений (например, предел допускаемой погрешности прибора), то они должны учитываться в суммарной погрешности результата измерений как случайные. В этом случае они квадратично суммируются со случайной составляющей где ?Д — неучтенные систематические погрешности, перемещенные в разряд случайных.
3. Теоретические основы контроля и анализа функционирования систем автоматического управления
3.1 Оценка запасов работоспособности аппаратуры автоматики при различных законах распределения нагрузки
На практике не всегда представляется возможным описать нагрузку с помощью, нормального закона распределения, хотя eгo удельный вес в теории запасов прочности, как и в любой статистической теории, достаточно велик (по оценкам не менее 75%).
Часто уходы параметров аппаратуры автоматики подчиняются другим законам, которые характеризуют эксцесс и асимметрию уходов параметров относительно своих номинальных значений. Поведение параметров многих технических устройств и комплектующих элементов при воздействии различных нагрузок подчинено законам Вейбулла и гамма-распределению. К, тому же гамма-распределение наряду с нормальным законом распределения является предельным и в ряде случаев универсальным законом распределения, в частности, при композиции нагрузки и прочности, подчиняющихся экспоненциальному распределению. Рассмотрим более детально использование в расчетах других законов распределения.
При отсутствии информации вид закона может быть установлен анализом условий работы аппаратуры и физической сути происходящих процессов.
Распределение Вейбулла
Если случайная положительная величина нагрузки подчиняется распределению Вейбулла, то ее плотность вероятности определяется по формуле:
- где х„— переменная нагрузки; а и b — положительные постоянные.
Генеральные средние и стандартные отклонения определяются по формулам:
Параметры Кb и Сb в свою очередь определяются из следующих соотношений:
где Г — гамма-функция (подробнее о параметрах распределения).
В процессе проведения опытных статистических оценок предельное распределение любой функции выборочного среднего или выборочных центральных моментов, как правило, может быть представлено асимптотически-нормальным при неограниченном увеличении объема выборки безотносительно к виду закона распределения генеральной совокупности.
Используя это условие, можно определить запасы работоспособности аппаратуры по аналогии с ранее рассмотренным случаем нормального распределения нагрузки посредством применения табулированных нормированных нормальных значений функции распределения.
Рассмотрим второй вариант распределения нагрузки и прочности, т. е. когда нагрузка, распределенная по закону Вейбулла, находится между двумя фиксированными пределами прочности (допусками).
В этом случае, если считать распределение нагрузки асимптотически приближающимся к нормальному при достаточно большом числе опытов, имеет место следующее выражение для оценки вероятности того, что данная нагрузка х не превзойдет допустимые пределы прочности (верхний А, и нижний А„):
Полученная оценка характеризует запасы работоспособности при двусторонних допусках и в конечном итоге является функцией не только заданных пределов, но и специфичных для распределения Вейбулла, параметров а и b. Параметры а и b будут определены из следующих соотношений:
Для нахождения этих параметров используем метод приравнивания моментов, т. е. приравнивание определенных, соотношений в формуле эквивалентным значениям выборочных средних и среднестатистических характеристик, учитывая нормальный вид полученной функции. Для этой цели могут быть использованы формулы определения средних и среднестатистических отклонений нагрузки.
4. Расчетная часть. Контроль работоспособности функционального элемента автоматики
4.1 Метрологическая оценка прямого однократного измерения по паспортным данным используемого СИ
Метрологическая оценка прямого однократного измерения по паспортным данным используемого средства измерения (СИ) проводится с целью определения абсолютной, относительной и допускаемой погрешности измерения.
Оценка производится по типовой методике.
В составе курсовой работы согласно заданию выполняется метрологическая оценка прямого однократного измерения.
Задание
Для аналогового вольтметра согласно заданному варианту (таблица1.1) определить пределы допустимой абсолютной, относительной, приведённой погрешностей и сделать запись результатов измерений. Исходные данные и результаты решения свести в таблицу 1.3.
Решение
1 Занести в таблицу 1.3 исходные данные (класс точности, диапазон измерений, показание прибора)
2 Выяснить форму обозначения класса точности.
Класс точности 1,5 указан просто числом из ряда предпочтительных чисел согласно ГОСТ 8.401-80. Этим способом обозначают классы точности вольтметров как однопредельных приборов с равномерной шкалой (или степенной шкалой с показателем степени не более двух).
Таким образом р = 1,5
3 Определить величину абсолютной погрешности
±Д = р * Хп / 100 = 1,5 * 0,78 / 100 = ± 0,0117 В
4 Определить величину допускаемой погрешности
± г = р % = ± 1,5 %
5 Определить пределы допускаемой относительной погрешности
± д = р * Хп / Х = 1,5 * 0,78 / 1 = ± 1,17%
Таблица 1.2 Исходные данные и результаты решения по варианту 8.
|
Наименование прибора |
Класс точности р |
Диапазон измерений Х |
Показание прибора Х п |
Пределы допускаемой погрешности |
Результат Измерения Х п ±Д |
|||
|
абсолютной Д |
Относительной г |
Приведённой д |
||||||
|
Аналоговый вольтметр |
2,5 |
0/10 В |
7,36 |
0,184 В |
0% |
2,5% |
7,36+ 0,184В |
|
4.2 Расчет коэффициента преобразования
Расчет коэффициента преобразования
Коэффициент преобразования (коэффициент передачи) это отношение выходной величины к входной — статический К (или приращения выходной величины к приращению входной — динамический К 1 ).
В большинстве случаев
К = К 1 = соnst.
Задание
Определить статический коэффициент преобразования усилителем мощности согласно заданному варианту.
Решение
1 Определить коэффициент усиления усилителя в системе автоматического управления.
К = у / х = 12 0,1 = 120
Ответ
|
Вариант |
Выходной сигнал y |
Входной сигнал х |
К = у / х |
|
|
8 |
12 |
0,1 |
120 |
|
4.3 Определение порога чувствительности
Чувствительность тензодатчика — это его свойство воспринимать входной сигнал определённого уровня. Входным сигналом тензодатчика является изменение сопротивления тензодатчика в результате деформации проволочек его сетки. При малых деформациях растяжения проволочек изменение сопротивления даже после усиления выходного сигнала может не быть заметно, а с ростом деформации приборы могут зафиксировать изменение сопротивления. В этот момент преодолевается так называемый порог чувствительности прибора.
Чувствительность датчика определяется по формуле
S Д = 1 + 2м + m,
где м = 0,4 — максимальное значение для металлов;
- m > 0 — относительная чувствительность, зависит от материала проволоки (см. таблицу 1).
Таблица 1
|
Материал |
Относительная чувствительность m |
|
|
Константан (медь, никель) |
2 |
|
|
Нихром (никель, хром) |
2 |
|
|
Железоалюминиевый сплав |
2,8 |
|
|
Манганин (медь, марганец, никель) |
0,5 |
|
|
Хромель (никель, железо, хром) |
2,5 |
|
Следует иметь в виду, что на сопротивление датчика оказывает влияние и температура окружающей среды.
Задание
Определить чувствительность датчика S Д . Исходные данные по вариантам.
Решение
1 Определить порог чувствительности тензодатчика
S Д = 1 + 2м + m = 1 + 2 0,4 + 2,8 = 4,6
|
Вариант |
Относительная чувствительность m (Железоалюминиевый сплав) |
S Д = 1 + 2м + m |
|
|
8 |
2,8 |
4,6 |
|
Заключение
Задание на курсовую работу на тему Пневматический датчик выполнено полностью.
В первом разделе работы представлено описание пневматического датчика, принципа его действия и конструктивного исполнения, определены условия его работы, назначение и область применения, диапазон измерения физических величин. Описаны разновидности датчиков данного типа, приведена их краткая классификация.
В разделе 2 Методы осуществления стандартных и сертификационных испытаний описана Эффективность работ по стандартизации, основные направления развития стандартизации в РФ.
В разделе 3 Теоретические основы контроля и анализа функционирования систем автоматического управления описано Применение ЭВМ для оценки работоспособности устройств автоматики.
В разделе 4 Расчетная часть. Контроль работоспособности функционального элемента автоматики приведено типовое решение таких задач, как метрологическая оценка прямого однократного измерения, расчет коэффициента преобразования и определение порога чувствительности пневматического датчика.
В целом работа ориентирована на освоение профессиональных компетенций ПК 1.1, ПК 1.2, ПК 1.3.
Список использованных источников
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/pnevmaticheskie-datchiki/
1 Шишмарёв В.Ю. Типовые элементы систем автоматического управления: Учебник для сред.проф. образования / Владимир Юрьевич Шишмарёв. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 304 с.
2 http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/446-induktivnye-datchiki.html
3 Разумный В.М., Толченов О.В. Оценка работоспособности устройств автоматики. Издательство «Энергия», 1977 г — 121 с.
4
5 http://ru.wikipedia.org/wiki/
6
7
