Моделирование датчика ускорения

обработки. Эти характеристики оказывают значительное влияние на производительность процесса.

Для успешного решения поставленной задачи -организации системы контроля параметров АЭО необходимо выбрать отдельные составляющие системы измерения на основе анализа и сопоставления как можно более широкого спектра существующих и доступных аналогов.

Для реализации системы необходимы следующие составляющие элементы: регулятор (микроЭВМ/микропроцессорный контроллер); первичные измерительные преобразователи (датчики давления, температуры); средства отображения и регистрации информации.

Применение усиления сигнала с датчика вызвано необходимостью синхронизации датчика с контроллером. Нами была предложена схема микроконтроллера на микросхеме фирмы ATMEL - ATMEGA 168-20. Микроконтроллер позволит подключить, при применении усилителей, датчики давления и температуры, и передать данные на ПК через интерфейс USB.

Для подключения датчика давления используется цифровой усилитель на микросхеме AD 8555 - многофункциональная программируемая аналоговая схема высокой степени интеграции с диапазоном коэффициента усиления 70-1023, а для подключения резистивного датчика температуры стандартных решений нет.

Для преобразования изменений сопротивления датчика температуры в изменение напряжения в цепи мы предлагаем использовать мостовую схему измерения «Мост Уитстона» (см. рисунок), использующую индикатор нулевого баланса для сравнения двух напряжений, которая также может быть использована для измерения всех видов электрических величин, включая сопротивление [2].

Состояние баланса моста полностью зависит от отношений Ra/Rb и R1/R2, и оно не зависит от напряжения питания. Для измерения сопротивлений с помощью моста Уитстона на место резисторов Ra или Rb устанавливается неизвестное сопротивление, в то время как остальные три резистора являются прецизионными и их номинал известен.

Схема преобразователя

Установлена зависимость сопротивления резистора датчика температуры от температуры резистора 2,6 Ж - 261 ~ которая позволила определить, что при сопротивлении датчика в 100 Ом его температура составляет приблизительно 0 °С, а при сопротивлении датчика в 138,3 Ом его температура будет приблизительно равна 100 °С. Знак «приблизительно» учитывает погрешности при определении сопротивлений в датчиках и сопротивлении в соединительных проводах.

Применение предложенной схемы позволит реализовать микропроцессорный контроль параметров АЭО.

Библиографические ссылки

1. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо-нингование деталей летательных аппаратов: теория, исследования, практика : монография ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.

2. Айфичер, Э. С., Джервис Б. У. Цифровая обработка сигналов: практический подход. 2-е изд. М. : Вильямс, 2004. - 992 стр., с ил.

© Ворожейкин В. А., Будьков В. А., Сысоева Л. П., 2013

УДК 621.865.8

Н. Е. Ершова, В. В. Сапичев, В. С. Михайлов Научный руководитель - Н. Л. Ручкина Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДАТЧИКА УСКОРЕНИЯ

На основании построенной математической модели ров датчика на его динамические характеристики.

Информационная система любого технологического оборудования, будь то металлорежущий станок, промышленный робот или мехатронный модуль, предназначена для получения и обработки информации как о состоянии самого оборудования (взаимное положение, скорости и ускорения подвижных звень-

рассматривается влияние конструктивных парамет-

ев, возникающие при их взаимном перемещении), так и внешней среды (температура, давление и т. п.).

Для получения указанных параметров в состав информационной системы входит соответствующий набор датчиков, который используется для организации обратной связи и генерации корректирующих

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

сигналов системой управления оборудованием для обеспечения необходимого качества движения выходного звена.

Целью исследования является конструирование датчика ускорения манипулятора с заданными динамическими характеристиками.

При измерении линейного ускорения перемещающихся звеньев манипуляторов используются датчики ускорения (акселерометры). Датчик конструируется таким образом, чтобы при появлении ускорения возникающая сила инерции перемещала инерционную массу, подвешенную на пружине, а чувствительный элемент измерял величину этого перемещения.

При проведении измерений датчик устанавливается на подвижное звено манипулятора. Расчетная схема проведения измерения ускорения приведена на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема измерения ускорения

На подвижном звене 1, которое перемещается в направляющих качения 2 относительно основания 3, установлен датчик. Измерение ускорения происходит за счет того, что положения «У» инерционной массы М относительно корпуса 1 пропорционально

ускорению этого корпуса. Движение инерционной массы определяется жесткостью пружины к и коэффициентом сопротивления Ь.

Построим математическую модель датчика [1]. Сумма сил, действующих на инерционную массу М, равна сумме силы инерции, силы упругости и силы сопротивления

Выполнив алгебраические преобразования и преобразования Лапласа, получим

М 1« + Ь  *  Гй =-«**

где 5 - оператор Лапласа.

Передаточная функция системы

Для оценки реакции датчика на единичное ступенчатое воздействие проведено моделирование в среде LabVIEW с использованием модуля Control Design [2]. Лицевая панель виртуального прибора приведена

на рис. 2.

i к

Если выбрать значения — = Li*, — = 3 0 , то

Tri Ire

время переходного процесса датчика ускорения составит 1,6 секунды. Для уменьшения времени переходного процесса необходимо увеличить жесткость пружины и коэффициент трения, или уменьшить массу М.

Полученную модель можно использовать для оценки динамических характеристик датчиков при их конструировании.

Рис. 2. Лицевая панель виртуального прибора

Библиографические ссылки

1. Дорф Р.. Бишоп Р. Современные системы управления / пер. с англ. Б. И. Копылова. М. : Лаборатория базовых знаний, 2004. 832 с. : ил.

2. Жуков К. Г. Модельное проектирование встраиваемых систем в LabVIEW. М. : ДМК Пресс, 2011. 688 с.

© Ершова Н. Е., Сапичев В. В., Михайлов В. С., 2013

УДК 621.9.06.001

Ю. С. Завершинская, Ю. И. Тягусева Научный руководитель - Л. В. Зверинцева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТА ИЗ ПОЛИУРЕТАНА

В качестве инструмента при полировании внутренних поверхностей волноводов применяют полировальник, изготовленный из полиуретана с нанесенными алмазными зернами. Прямоугольные волноводы имеют различные размеры от 11*5,5 до 58*25... 61*10. Требуется изготовление инструмента, повторяющего профиль волновода для каждого размера. Для определения размеров инструмента требуется знать механические свойства.

Процесс полирования предполагает, что эластичный инструмент в виде стержня, повторяющего профиль сечения волновода и покрытый алмазными зернами, в процессе работы будет находиться в напряженно-деформированном состоянии. Для управления процессом полирования необходимо определить деформацию инструмента и его взаимодействие с поверхностью волновода под действием силы, при которой обеспечивается перемещение и давление на обрабатываемую поверхность.

Полиуретаны относятся к классу вязкоупругих сред. Это означает, что их механические свойства характеризуются сочетанием показателей, типичных как для упругих тел, так и для вязких жидкостей.

Эластичность полимеров проверяется на приборе Джонсона путем вдавливания шарика диаметром 1/8 дюйма под нагрузкой 1 кг в течение 15 с. Давление р по плоскости контакта при внедрении сферы в упругую плоскую поверхность распределяется по закону Герца [1]:

з р а—2

р =- —а -х , С1)

2 па

где Р - общая нагрузка на сферу; а - площадка деформирования; х - расстояние от центра до площадки деформирования.

Максимальное давление 3Р/(2ла3) наблюдается в центре круга, а минимальное - на краю. Распределение давления по поверхности контакта имеет форму полуокружности. Упругое перемещение И в произвольной точке площадки деформирования определяется по формуле

И =

3 Р

2 а

Л ,,,2

1 —

2а2

-1

2

т Е

где т - величина, обратная коэффициенту Пуассона; Е - модуль упругости материала.

Различают четыре степени эластичности в зависимости от глубины лунки: высокую (0,15-0,18мм); среднюю (0,12-0,15 мм); малую (0,08-0,12 мм); жесткую (0,06-0,08 мкм) [1].

Эластичность инструмента из полиуретана проверяли на приборе МИП 10 ГОСТ 17085-77 путем вдавливания шарика диаметром 5 мм под нагрузкой 5 кг течение 15 с.

Давление р по плоскости контакта, определенное по формуле (1) составляет

р = 0,8445 Н/мм2 = 0,8445 Па.

Упругое перемещение И в произвольной точке площадки деформирования, определенное по формуле

И =12,2097/Е.

Глубину лунки определяли после воздействия с помощью микроскопа МПБ - 2 с ценой деления 0,05 мм, увеличение 24 х. В пересчете на нагрузку один килограмм и воздействие шарика диаметром 3,175 мм глубина лунки составляет 0,6... 0,07 мм, что соответствует жесткой степени эластичности.

Зная среднее значение глубины лунки 0,065 мм, определим из (3) модуль упругости эластичного инструмента: Е = 1,884 МПа.

На твердомере ТИР 100 измерили твердость эластичного инструмента на 5 образцах в трех точках, она составила 91.92 усл. единицы по Шору А.

На эластичную основу инструмента наносили алмазный порошок АСМ40/60 по разработанной технологии [2].

Абразивная способность порошка характеризуется слоем металла, снятого с образца в единицу времени. Эксплуатационные свойства инструмента определяются их режущими способностями и износостойкостью.

Показатель износостойкости для шлифовальной шкурки контролируют на приборе КЗШ конструкции ВНИИАШа истиранием шкурки о шкурку в течение 2 мин при нагрузке 49Н. Режущая способность проверяется на приборах МИ-2 и СПШ-1. Метод основан на определении массы снятого материала образцом шлифовальной шкурки.

В связи с отсутствием специального оборудования исследования проведены на модернизированном полировальном станке. На планшайбу станка наклеи-