Дослідження сервоприводу з урахуванням нелінійності

Міністерствоосвіти і науки України
ДИПЛОМНАРОБОТА
Дослідженнясервоприводу з урахуванням нелінійності
2007 р

Вступ
Упровадження нової техніки в соціалістичненародне господарство базується на всі зростаючі механізації і автоматизаціїпроцесів управління машинами і апаратами. Особливо велике вживання автоматизаціязнаходить в сучасній авіаційній і ракетній техніці.
ЗапускРадянським Союзом перших штучних супутників Землі космічних ракет,перші в світі польоти навкруги Землі на космічному кораблі радянськихкосмонавтів Ю.А. Гагарина і Г.С. Титова показали блискучі успіхи врозвитку вітчизняної ракетної техніки, автоматики і систем управління. Системиавтоматичного управління літальними апаратами по пристрою представляютьскладну комбінацію гіроскопічних, електронних, електромеханічних, газових ігідравлічних агрегатів і приводів. Гідравлічні приводи в цих системах частішеза все виконують одночасно функції підсилювачів потужності і виконавчихмеханізмів. За допомогою гідравлічних приводів можна досягти посилення сигналівуправління по потужності в декілька тисяч раз і одержати зусилля, щорозташовуються, на органах управління (кермі, площинах та ін.) в декілька тонн.
Гідравлічним приводом називають систему агрегатіві машин, що служить для передачі механічної енергії за допомогою рідини.
Основними елементами гідравлічного приводу єперетворювачі енергії – насоси і гідродвигуни.
Насосомназивають гідравлічну машину, що перетворює механічну енергію приводногодвигуна в енергію потоку рідини. Гідродвигуном називають машину, щоперетворює енергію рідини в механічну енергію.
Гідравлічним приводом називають об'ємним (навідміну від гідродинамічного), якщо він складається з насосів і гідродвигунівоб'ємного типу. Як механізми регулювання швидкості в гідроприводах стежачихсистем, застосовують дросельні (золотникові) механізми і насоси змінноїпродуктивності.
1. Стан проблеми і постановка задач проектування
Нелінійності є в будь-якому реальному приводі, можуть істотно впливати на йогодинамічні властивості, зокрема на стійкість.
Цей вплив виявляється в наступному: привод,стійкий і має достатній запас стійкості в лінійному наближенні, може виявитисяне стійким або не володіючим тим запасом стійкості, який очікується. Такийвплив надають частіше за все «петлеві нелінійності (люфт, гістерезис), але при деяких положенняхв структурі приводу до цього ж ефекту можуть привести і однозначнінелінійності, наприклад навіть такі, як зона нечутливості [1].
В приводі можуть з'явитися принципово нові типируху, які не можуть існувати в лінійних системах і тому не можуть бути навіть якісно пояснені зпозиції лінійної моделі. До таких рухів відносяться в першу чергу автоколивання.Автоколивання можуть викликати ті ж нелінійності, які викликають зменшеннязапасу стійкості. В одноконтурних системах – це петлеві нелінійності, в неодноконтурних– однозначні.
Допустимі або недопустимі автоколивання в реальній системі – питаннядискусійне. Все залежить від їх параметрів, тобто від розмаху і частоти. Однепоза сумнівом, автоколивання не повинні порушувати вимоги по точності, отже,якщо їх і можна допустити, то тільки при таких, амплітудах, при яких викликананими помилка сумісно з вимушеною помилкою, викликаною відтворенням всіх заданихзаконів управління, не виходить за межі допустимих.
Для достатньо повної думки про динамічнівластивості проектованого приводу і його придатності для виконаннядоручених йому функцій потрібно розглянути і його. нелінійну модель. При цьомурозгляді перед інженером виникають дві основні задачі: по-перше, зрозуміти,в чому може виявлятися вплив тієї або іншої нелінійності, зрозуміти фізику діїяк окремої нелінійності, так і сукупності декількох нелінейностей і, по-друге,оцінити, кількісний вплив головних нелінейностей на стійкість і динамічнуточність досліджуваної системи.
З огляду на те, що на нелінійну систему принцип суперпозиції нерозповсюджується, строго кажучи, не можна розглядати вплив кожної нелінійностіокремо і потім підсумовувати ефекти їх дії. Тому, здавалося б, потрібнорозглядати вплив всіх нелінійностей спільно. Такий підхід пов'язаний із значнимиобчислювальними труднощами, які, правда, можуть бути подолані привикористовуванні сучасних обчислювальних машин. Важливе інше, такий підхід не маєсенсу, в усякому разі, на першому етапі проектування нелінійної системи,оскільки не дає корисної інформації про вплив кожної з нелінейностей надинамічні властивості, а отже, не може допомогти у виборі методів цілеспрямованоїдії з метою забезпечення необхідних динамічних властивостей.
Частіше всього характер впливу нелінійності не змінюється при їїдії в сукупності зіншими, тому має сенс розгляд і окремо взятих нелінейностей, і розумно вибранихкомбінацій невеликого числа нелінейностей.
Розуміння впливу нелінейностей на динамічні властивості важливе і для правильногопроектування лінійного варіанту – вибору структури, методів корекції і т. п.,оскільки системи, еквівалентні по динамічних властивостях в лінійному плані, можутьвиявитися зовсім не еквівалентними при обліку нелінейностей і при синтезі лінійноїструктури раціонально використовувати такі, у яких шкідливий вплив основних нелінейностейна динамічні властивості менше.
Нанашу думку, найзручнішим математичним апаратом для досліджування сервоприводу(СП),в даній роботі досліджується елекрогідропривод (ЕГП) розглядається задопомогою методу гармонійної лінеаризації в інтерпретації, заснованого навикористанні логарифмічних частотних характеристик нелінійної системи, що викладається нижче [1].

1.1  Структура сервоприводу
Сервопривід– частина системи стабілізації (СС), яка призначена для посилення командногосигналу і перетворення його електричної енергії в механічне переміщення.Переміщення залежно від практичного вживання може бути обертальним абопоступальним. Таким чином, елекрогідропривод є виконавчим органом СС, щовпливає на кермо виробу. Функціональна схема сервоприводу представлена на малюнку1.1.
/>
Малюнок1.1 – Функціональна схема досліджуваної системи сервоприводу
Цясхема застосовується частіше всього на вітчизняних виробах.
ПСП –підсилювач сервоприводу;
РМ – рульова машинка (іноді рульовий агрегат для СС);
ДЗЗ – датчик зворотного зв'язку;
/>– струм управліннярульової машинки;
/>– струм зворотногозв'язку;
/>– командний струм;
/>– результуючий струм,сума струмів /> (сумарний струм);
/>– поворот вихідного валуабо переміщення штока РМ.
Інодівикористовується схема, яка представлена на мал. 1.2.
Відмінністьцієї схеми від попередньої в тому, що тут застосовується механічний зворотний зв'язок(ЗЗ). Такий ЗЗ здійснюється за допомогою важелів або за допомогою редуктора.
Рульова машинка із зворотним зв'язком утворює позиційний привод(ПП).
Така структурна схема використовується переважно наамериканських ракетах. Ми розглядатимемо вітчизняну схему. Розберемося, щопредставляють загалом елементи структурної схеми і їх передавальні функції.
1.2 Огляд літератури
Нелінійної називають систему, поведінка якої описується нелінійним рівнянням.
Всі реальні елементи, а отже, і системи, через такі явища, як сухеі в'язке тертя, насичення, нечутливість, гістерезис, пружність, адгезія та ін.,є нелінійними. Як образно виразився Я.З. Ципкін, «лінійні системи – це невеликийострівець в безбережному океані нелінійних систем»
Тому теорію лінійних систем можна розглядати тільки як більш меншточну ідеалізацію реальних систем, що не охоплює всієї різноманітності реальних систем іщо не враховує багатьох властивих їм явищ.
Нелінійні системи в порівнянні з лінійними володіють цілим рядомособливостей:
1)        на відміну від лінійних в нелінійних системах несправедливийпринцип комутативності, тобто від зміни порядку перетворення сигналу можезмінитися результат, і не виконується принцип суперпозиції, тобто вихіднийсигнал не можна розглядати як суму реакцій системи на окремі складові вхідногосигналу;
2)        форма сигналів в нелінійній системі залежить не тільки від формивхідного сигналу, але і від його величини. Крім того, характер процесів залежитьвід величини початкових умов;
3)        в нелінійних системах можливий режим автоколивань, тобто за відсутностіу вхідному сигналі гармонійної складової в системі можуть виникнути незгасаючіколивання;
4)        стійкість рівноважного стану лінійної системи визначається її структуроюі значеннями параметрів (коефіцієнтів передачі, постійних часу і т. п.).Нелінійна система може мати нескінченну безліч станів стійкої рівноваги і декількастійких режимів автоколивань. Сталий стан рівноваги або коливальний режимзалежать не тільки від структури і параметрів системи, але і від величинивхідного сигналу і початкових умов;
5)        в сталому режимі в лінійних системах частота вихідного сигналуспівпадає з частотою вхідного сигналу. В нелінійних системах вихідний сигналможе містити складові, частота яких вище або нижче за частоту вхідного сигналу,тобто гармоніки і субгармоники;
6)        частотні характеристики нелінійних систем залежать не тільки відїї структури і параметрів, але і від величини вхідного сигналу і початковихумов;
7)        частотні характеристики нелінійних систем можуть мати розриви безперервності,що приводить до перескока з одного режиму на іншій.
Ці і інші особливості показують, наскільки поведінка нелінійнихсистемрізноманітнішеза поведінку лінійних систем.
Якщо нелінійна функція допускає лінійну апроксимацію, у відхилення сигналів від їхнеобурених значень достатньо малі, з інженерної точки зору допустимо розглядатилінеаризовану систему і використовувати добре розроблений апарат теоріїлінійних систем автоматичного управління (САУ).
А якщо нелінійна функція містить злами, розриви абонеоднозначності, а також при підвищених вимогах до точності розрахунківзастосовують теорію нелінійних САУ.
Нелінійні елементи, що використовуються в САУ, надзвичайно різноманітні і можутькласифікуватися по різних ознаках.
Залежно від ступені впливу у вирішуваній задачі даної нелінійностіна поведінку САУ розрізняють істотні і неістотні нелінійності [6].
Нелінійні елементи діляться на природні, неминучеприсутні, і штучні спеціально що вводяться в системи для додання їм бажанихвластивостей, До першого типу відносяться нелінійні елементи з тертям, зазором(люфтом), гістерезисом, зоною нечутливості, насиченням до іншими явищами, щоспотворюють лінійний зв'язок між вихідними і вхідними сигналами. Вплив цих нелінійностейшкідливо, і його звичайно прагнуть зменшити. До другого типу відносятьсянелінійні керівники і коректуючі пристрої, що використовують релейні, степенні,показові, логічні та інші функції. Елемент є безінерційним (статичним), якщовін описується рівнянням алгебри або графіком (статичною характеристикою).Елемент, що описується нелінійним диференціальним, різницевий або інтегральнимрівнянням, володіє динамічною нелінійністю.
Статичні нелінійності звичайно задаються у вигляді графіків. Намалюнку 1.3 показані статичні характеристики, типові, що містять,нелінійності.
Шматково-постійними релейними характеристиками з розривами безперервності(1 – 5) володіють різного виду реле. Характеристику 1 має ідеальне реле,
2 – ідеальне трьохпозиційне реле із зоною нечутливості, 3 – трьохпозиційнереле із зоною нечутливості і з гістерезисом, 4 – двохпозиційне поляризованереле з гістерезисом, 5 – нейтральне реле із зоною нечутливості і гістерезисом.
Окрім петлевих нелінейностей із гістерезисом, тобто відставанням зміни вихідної величинивід зміни вхідної величини, існують петлеві нелінійності з випередженням,спеціально створювані для корекцій динамічних властивостей САУ.
Ступінчастою характеристикою 6 володіє дротяні потенціометри,квантователі сигналу по рівню та ін.
Безперервними шматково-лінійними характеристиками із зломами (7 –11) апроксимуються нелінійності різних підсилювачів, випрямлячів.Характеристику 7 має підсилювач з насиченням, підсилювач-обмежувач, 8 –підсилювач із зоною нечутливості або порогом спрацьовування і з насиченням, 9 –підсилювач із змінним коефіцієнтом посилення, 10 – ідеальний однополуперіоднийвипрямляч, 11 – ідеальний двухполуперіодний випрямляч. Нелінійністю типу зазор(12) володіють зубчаті передачі. Механічна передача із зазором, гістерезисом іобмеженням має характеристику 13.
Криволінійні характеристики мають двотактний магнітний підсилювач і частотнийдетектор (14), електромашинний підсилювач (15), квадратор (16).
Елементи з в'язким тертям (17) і з в'язким тертям і гістерезисом(18) володіють негативним дефектом.
Бінарна (19), синусоїдальна (20), вилоподібна (21) і іншіперіодичні характеристики властиві фазовим детекторам.
Характеристики I, 2, 6–11, 14, 16, 17, 19–21. є однозначними.Вони дозволяють однозначно визначати величину вихідного сигналу, по відомійвеличині вхідного сажала.
Характеристики 3, 4, 5, 12, 13, 15, 18 єнеоднозначними. Вихідний сигнал елементів з такими характеристиками залежить нетільки від величини вхідного сигналу в даний момент часу, але і від йогоповедінки в попередні моменти часу:
у(t)=F (x(t))                                        (1.1)
Крім того, нелінійності бувають симетричними і несиметричними,парними і непарними, гладкими і нерівними.
Дня аналітичного опису статичних нелінійностей частовикористовують шматково-лінійну і поліномінальну апроксимації.
Нелінійності, є в будь-якому реальному приводі, можуть істотно впливати на йогодинамічні властивості, зокрема на стійкість. Цей вплив виявляється в наступному:
Привод, стійкий і має достатній запас стійкості влінійному наближенні, може виявитися не стійким або не володіючим тимзапасом стійкості, який очікується. Такий вплив надають частіше за все «петлеві»нелінійності (люфт, гістерезис), але при деяких положеннях в структурі приводу доцього ж ефекту можуть привести і однозначні нелінійності, наприклад навітьтакі, як зона нечутливості [9–10].
В приводі можуть з'явитися принципово нові типируху, які не можуть існувати в лінійних системах і тому не можуть бути навіть якіснопояснені з позиції лінійної моделі. До таких рухів відносяться в першу чергуавтоколивання. Автоколивання можуть викликати ті ж нелінійності, які викликаютьзменшення запасу стійкості. В одноконтурних системах – це петлеві нелінійності, внеодноконтурних і однозначні.
Допустимі або недопустимі автоколивання в реальній системі –питання дискусійне. Все залежить від їх параметрів, тобто від розмаху ічастоти. Одне поза сумнівом автоколивання не повинні порушувати вимоги поточності, отже, якщо їх і можна допустити, то тільки при таких, амплітудах, прияких викликана ними помилка сумісно з вимушеною помилкою, викликаною відтворенням всіхзаданих законів управління, не виходить за межі допустимих.
Для достатньо повної думки про динамічні властивості проектованого приводу і його придатностідля виконання доручених йому функцій потрібно розглянути і його, нелінійнумодель. При цьому розгляді перед інженером виникають дві основні задачі:по-перше, зрозуміти, в чому може виявлятися вплив тієї або іншої нелінійності,зрозуміти фізику дії як окремої нелінійності, так і сукупності декількох нелінійностей і,по-друге, оцінити, кількісний вплив головних нелінійностей на стійкість і динамічнуточність досліджуваної системи.
З огляду на те, що на нелінійну систему принцип суперпозиції нерозповсюджується, строго кажучи, не можна розглядати вплив кожної нелінійностіокремо і потім підсумовувати ефекти їх дії. Тому, здавалося б, потрібнорозглядати вплив всіх нелінійностей спільно. Такий підхід пов'язаний із значнимиобчислювальними труднощами, які, правда, можуть бути подолані привикористовуванні сучасних обчислювальних машин. Важливе інше, такий підхід не маєсенсу, в усякому разі, на першому етапі проектування нелінійної системи,оскільки не дає корисної інформації про вплив кожної з нелінійностей надинамічні властивості, а отже, не може допомогти у виборі методів цілеспрямованоїдії з метою забезпечення необхідних динамічних властивостей.
Частіше всього характер впливу нелінійності не змінюється при їїдії в сукупності зіншими, тому має сенс розгляд і окремо взятих нелінійностей, і розумно вибранихкомбінацій невеликого числа нелінійностей.
Розуміння впливу нелінійностей на динамічні властивості важливе і для правильногопроектування лінійного варіанту – вибору структури, методів корекції і т.п., оскількисистеми, еквівалентні по динамічних властивостях в лінійному плані, можутьвиявитися зовсім не еквівалентними при обліку нелінійностей і при синтезі лінійноїструктури раціонально використовувати такі, у яких шкідливий вплив основних нелінійностейна динамічні властивості менше.
Особливістю нелінійного перетворення із зворотним зв'язком є неможливістьотримання в явному виді залежності між вхідними і вихідними сигналами.
Тому для отримання статичних характеристик перетвореного сигналу,не можуть бути безпосередньо застосовані.
Дамо короткий опис розроблених в даний часметодів дослідження нелінійних перетворень, що не вимагають завдання явноїзалежності між вхідним і вихідним сигналами.
1.  Метод безпосередньої лінеаризації.
Нелінійні функції, що входять в перетворення із зворотнімзв'язком, замінюються лінійними, для чого використовується два перших доданків їхрозкладання в ряд Тейлора. В тих випадках. коли ця операція можлива(нелінійності є аналітичними, а сигнали на їх вході – малі), задача втрачає своюспецифіку і стає задачею про лінійні перетворення випадкових функцій.
В даній роботі детально не розглядатиметься методбезпосередньої лінеаризації, оскільки передбачається, що якщо, така можлива, товона вже виконана в процесі переходу від реальної системи до її динамічноїсхеми.
2. Методи, засновані на вживанні канонічнихрозкладань випадкових сигналів.
В цих методах використовується можливістьпредставлення випадкового процесу на кінцевому інтервалі часу сумою детермінованихфункцій часу з коефіцієнтами, незалежними між собою випадковими величинами, щоє. Таке уявлення дозволяє в принципі звести початкову задачу до проблемиінтеграції нелінійних диференціальних рівнянь, що містять тільки детермінованіфункції часу.
3. Методи, засновані на представленні вихіднихсигналів у вигляді процесів Маркова (одновимірних або багатовимірних) івикористовуючі апарат диференціальних рівнянь Колмогорова для обчисленнярозподілу вірогідності цих сигналів.
Складність цього апарату, взагалі кажучи, обмежуєобласть його вживання задачами аналізу перетворень, що задаютьсядиференціальними рівняннями першого і, в деяких випадках, другого порядку, атакож що приводяться до таких шляхом введення допоміжних перетворень, наприкладгармонійної лінеаризації.
Можливість отримання методами теорії Марківськихпроцесів точних рішень, хоча і для обмеженого круга задач, привертає до нихувагу широкого круга дослідників.
Метод дослідження перетворень, що міститьшматково-лінійні функції, заснований на послідовному зшиванні (припасовуванні)рішеньдлякожної з областей фазового простору, де перетворення є лінійним. Методзастосовний для аналізу коливальних режимів, обурюваних малими випадковими діями.
Метод послідовних наближень.
Ідея методів витікає з фізичних уявлень пропроцес встановлення режиму в системі із зворотним зв'язком як ітернаційномупроцесі поступового багатократного обходу зовнішнього обурення по замкнутомуконтуру.
При цьому інтегральне рівняння, неявно задаючеперетворення із зворотним зв'язком, може розв'язуватися по схемі
/>     (1.2)
причому X0(t)=Z(t), тобто значення X(t) передбачається тим, щозапізнюється, і кожного разу береться з попереднього ітераційного циклу.
Формально, звичайно, можна розглядати цю схему як звичайнуматематичну схему послідовних наближень, не пов'язуючи її з яким-небудьфізичним змістом.
Очевидно. що вживання цієї схеми зводить задачупро замкнуту систему до задачі про розімкнену.
Наближені методи, засновані на припущенні про те,що характер закону розподілу сигналу на вході нелінійного безінерційногоперетворення відомий.
В цьому випадку розшукується лише деяка кількість числовихпараметрів, залишених невизначеними в рівнянні закону розподілу. Для цихпараметрів виходять неявні співвідношення (звичайно трацендентні рівняння), якіможуть бути дозволені, наприклад, графічно. Маючи у вигляді, що при фільтрації відбувається наближеннязакону розподілу до нормального, звичайно приймають саме такий характерзакону. Нормальний закон повністю визначається величинами середнього mX ісередньоквадратичного σX значення, а також видом кореляційної функції.
В основному методі цієї групи додаткововикористовується можливість статичної лінеаризації безінерційного нелінійногоперетворення, а отже, вводиться припущення про те, що можна у виразі длякореляційної функції сигналу X(t) на вході. Це дозволяє істотно спростити задачуі оперувати тільки параметрами mX і σX.
Використовування ідеї розкладання по маломупараметру дозволяє розширити можливості методу і враховувати малі спотвореннявиду кореляційної функції і відхилення закону розподілу від номінального.
Зважаючи на спільність і порівняльну простотуметод статичної лінеаризації представляє найбільший інтерес для розрахунковоїпрактики.
Виклад проблем, пов'язаних з дослідженнямнелінійних перетворень із зворотним зв'язком, доцільно розділити на двічастини: першу, присвячену дослідженню стаціонарних режимів, тобто режимів, прияких сигнал, діючий всередині контуру зворотного зв'язку, є стаціонарноюфункцією часу, і другу, де розглядаються нестаціонарні режими [3].
Від режиму, який реалізується в даній системі(перетворення), визначається не її структурою, а характеристиками вхіднихсигналів і значеннями параметрів системи.
При дослідженні конкретних систем звичайнодоводиться аналізувати і стаціонарні, і нестаціонарні режими.
Вельми важливими практичним питанням є з'ясуванняумов переходу від одного режиму до іншого при зміні параметрів сигналу системи.
Ці умови у ряді випадків визначають так звануперешкодостійкість системи, тобто можливість втрати стійкості через наявністьвипадкових перешкод.
Методи дослідження і розрахунку нелінійних стежачих систем, що розглядаютьсянижче, базуються на гармонійній лінеаризації динамічних властивостей нелінійнихелементів [9].
Досліджуванийелекрогідропривод розглядатимемо за допомогою методу гармонійної лінеаризаціїдинамічних властивостей нелінійних елементів.
Метод гармонійної лінеаризації заснований на заміні нелінійногоелемента еквівалентним (по деяких властивостях) лінійним. Умовоюеквівалентності служить збіг вихідних коливань лінійної ланки з першою гармонікою вихідних коливаньнелінійного, коли на їх вхід подається однаковий гармонійний сигнал x=Asinωt.
Якщо характеристика нелінійного елемента однозначна і симетрична щодо початкукоординат, то еквівалентний лінійний елемент може описуватися рівнянням y=q(А) x.
де х – вхідна координата; у – вихідна координата; q(А) – коэффициентгармонійної лінеаризації.
У разі неоднозначних (петлевих) нелінейностей перша гармоніка вихідного сигналу зсунутапо фазі щодо вхідного сигналу: цією ж здатністю винен володіти йэквівалентний лінійний елемент, тому при лінеаризації використовується лінійнийелемент, властивості якого визначаються рівнянням
/>.                                                                    (1.3)
Передавальна функція в даному випадку виражається

/>,                                                            (1.4)
частотна характеристика (s=jω):
/>.                          (1.5)
Вибір коефіцієнтів і повинен забезпечити рівність між вихідними коливаннямиеквівалентного лінійного і першою гармонікою реального нелінійного елемента.
В щебільш загальному випадку коефіцієнти гармонійної лінеаризації можуть залежати івід частоти:/>, а частотнахарактеристика нелінійного елемента прийме вигляд:
/>.                                                 (1.6)
По фізичному значенню /> визначає відношенняамплітуди і зсув по фазі для першої гармоніки вихідних коливань нелінійногоелемента. Тому її часто називають еквівалентним комплексним коефіцієнтомпосилення нелінійного елемента.
Величини/>і />залежать від властивостейнелінійного елемента, і для всіх типових нелінійностей їх значення є влітературі. Часто вони містять постійні множники, що враховують коефіцієнтпосилення, передавальне відношення і т. п., значення яких входять впередавальну функцію лінійної системи, що використовується на першому етапіпроектування при розгляді лінійної моделі. Раціонально ввести поняття типовоїнелінійної ланки, по аналогії з поняттям типових лінійних ланок. (В літературізустрічаються визначення «приведена нелінійність», «нормована нелінійність» длятого ж поняття, яке тут позначається як «нелінійна ланка».)
Коефіцієнти гармонійної лінеаризації типовихнелінійних ланок не містять множників, незалежних від амплітуди, і їхвластивості залежать тільки від властивостей нелінійності і амплітуди сигналу[1].

2.Аналіз і синтез досліджуваної системи управління сервоприводу з урахуваннямвпливу нелінійних ділянок
2.1 Аналіз технічного завдання на систему управління
В технічному завданні (ТЗ) систематизовані:
—  постановка задач проектування систем управління;
—  початкові дані (первинні характеристики) для об'єкту управління ійого початкова математична модель;
—  опис вигляду для проектує мої системи управління;
—  умови експлуатації устаткування системи управління (СУ);
—  вимоги до якості управління;
—  характеристики енергоживлення устаткування.
ТЗ є основним документом в процесі проектування системи, містить всі початковідані і вимоги до проектованої системи. Відповідно до пунктів 4.1–4.2 ТЗформується вербальна модель об'єкту управління (ОУ) сервоприводу, виконана понормальній гідродинамічній схемі з гідродинамічними органами управління, що єплощинами, що відхиляються. На малюнку 2.1 представлена принципова схематипової електрогідравлічної рульової машинки [7], що є гідравлічним підсилювачем золотниковоготипу, керованим пропорційним електромагнітним елементом 7.
Основними елементами гідропідсилювача є: два золотники 4 і 5,робочий циліндр 17 з поршнем 18, кривошипно-шатунний механізм 14,15. Вихідний валкривошипно-шатунного механізму 13 кінематично пов'язаний з управляючим органом літальногоапарату.
Робочий тиск в порожнинах циліндра створюєтьсяшестерним насосом 1, електродвигуном 10, що приводиться в рух. Пропорційнийелектромагнітний елемент 7 має якір. 8. Якір електромагніту кінематичнопов'язаний із золотником за допомогою коромисла 3, сполученого з корпусом черезплоску пружину 2 і тягу 5, Конструктивно електрогідравлічна РМ виконана увигляді литого корпусу, що служить одночасно резервуаром з робочою рідиною(маслом), в якому розташовані практично всі перераховані елементи.
Автономність РМ забезпечується за рахунок вбудованого вкорпус спеціального шестерного гідронасоса 1 для створення тиску робочої рідини вканалах гідросистеми.
Задані в ТЗ умови експлуатації устаткування СУ – це набір параметрівдля проектування або вибору вимірювальних, обчислювальних засобів і виконавчихпристроїв, розміщуваних на електрогідравлічному приводі. Відповідно до приведенихв ТЗ вимог до якості процесу управління можливо однозначно визначити структуруі параметри законів управління контурів системи, що забезпечують стійкість іякість процесів, а також виконати аналіз впливу відхилення параметрів об'єкту ірегулятора на вказані показники по заданих запасах стійкості.
Вказані в ТЗ вигляд рухи дозволяють одержати уявлення про опорну траєкторію ОУ, щовикористовується в процесі формування лінійною моделлю, а також служать основоюдля вивчення робочої моделі ОУ у вигляді системи лінійних диференціальнихрівнянь, передавальних функцій [15].
2.2 Математична модель об'єкту управління
2.2.1Підсилювач сервоприводу
Підсилювачсервоприводу (ПСП) – це підсилювач потужності. На вхід підсилювача подаються струмипорядка мікроампера, а на виході одержують до десятків або сотень міліамперів, аіноді навіть дещо ампер.
ПСП є достатньо малоінерційною ланкою. В самих «жорстких»випадках його передавальна функція приймає вигляд:

/>                             (2.1)
Частішеза все має малу величину. Передавальну функцію ПСП приблизно можна записатияк:
/>.                                      (2.2)
Де /> – коефіцієнтпосилення підсилювача по потужності.
2.2.2Рульова машинка
Рульовамашинка (РМ) – перетворить енергію, що поступає з ПСП, в механічне переміщення.Особливістю РМ є те, що вона представляє собою інтегруючу ланку, тобто приподачі на вхід сигналу, на виході одержуємо швидкість переміщення (кутову швидкість).
Рульова машина в системах управління літального апарату (СУЛА)самостійно звичайно не застосовується, а входить до складу замкнутого контурусервоприводу і своїми динамічними і статичними параметрами визначає якістьроботи сервоприводу.
Для повороту рульового органу рульова машинаприводу повинна розвинути момент, більший моменту, що навантажує вихідний вал РМ.До таких моментів можна віднести:
М інерц. – інерційний;
М демпф – демпфуючий;
М шарн. – шарнірний;
М а1 – момент асиметрії, визначуванийнеспівпаданням ліній дії сили тяги rδ і осі підвісу;
М а2 – момент асиметрії, визначуванийнеспівпаданням сили інерції з віссю підвісу;
М тер – момент від сил сухого тертя.
Таким чином, рушійний момент (МРУШ) врівноважуєтьсямоментами навантажень:
/>       (2.3)
Зважаючи на складність пристрою машини математичне представлення динамічних процесів в ній достатньоскладне. Тому представимо РМ у вигляді двох роздільних динамічних ланок:електромеханічного перетворювача (ЕП) і гідропідсилювача (ГП) в кожному з якихє свій рухомий елемент (якір і поршень).
Тоді передавальна функція РМ може бути представлена у вигляді передавальнихфункцій двох послідовно сполучених ланок:
/>                                 (2.4)
Передавальну функцію /> електромеханічногоперетворювача можна одержати з рівнянні руху якоря:
/>                 (2.5)
Рівняння (2.5) в стандартній операторній формі матиме вигляд:
/>                                  (2.6)
де
IЯ – приведений момент інерції якоря;
B – коефіцієнт електромагнітного демпфування ідемпфуючих властивостей середовища, в якому переміщається якір;
С – жорсткість пружного елемента якоря;
IУ – управляючий струм якоря(вхідна дія);
αЯ – кут повороту якоря(вихідний параметр ланки);
K – коефіцієнт пропорційності, що характеризуєзалежність між струмом управління і електромагнітним моментом, що розвивається.
З рівняння (2.6) можна одержати передавальнуфункцію для електромеханічного перетворювача (ЕП):
/>                         (2.7)
де />– статичнийкоефіцієнт передачі ЕП;
ТЯ– постійна часу, рівна />;
ξ – ступінь заспокоєння якоря, рівна />.
Для отримання рівняння динаміки гідропідсилювача (ГП) і йогопередавальної функції можна скористатися рівнянням Бернулі, що встановлюєзв'язок між переміщенням золотників і зусиллям тиску рідини, що розвивається,на поршень, і записати рівняння руху поршня залежно від переміщення золотника(якоря, який механічно пов'язаний із золотниками):
/> (2.8)
де
m – маса поршня;
у – координата переміщення поршня (вихіднавеличина);
αЯ – кутове переміщенняякоря ЕП (вхідна величина);
k1 – приведений коефіцієнтдемпфування;
k2 – приведений коефіцієнт пружності,що враховує зусилля від шарнірного моменту;
k3 – коефіцієнтпропорційності між кутовим переміщенням якоря і зусиллям, створюваним різницеютиску на торцях силового поршня.
Позначивши в рівнянні (2.8) через /> передавальнечисло від поршня до вихідного валу рульової машини, а через δ – кутповороту вихідного валу, одержимо:
/>                          (2.9)
З рівняння (2.9) можна одержати передавальну функцію підсилювача сервоприводу:
/> (2.10)
де
/> – статичний коефіцієнтпередачі підсилювача сервоприводу;
TПСП – постійна часу ПСП,рівна />;
ξ – ступінь загасання, рівна /> або />.
Враховуючи високу вихідну потужність, що розвивається на валу РМ,відсутність шарнірного моменту в ненавантаженому стані РМ і крихту власних пружних властивостей вконструкції підсилювача сервоприводу, його передавальну функцію можна представитиу вигляді:

/> (2.11)
де
/> – коефіцієнт посиленняпідсилювача по потужності;
ТП – постійна часу ПСП.
Об'єднуючи передавальну функцію двох ланок WЕП(s) і WПСП(s), згідно (2.7) і(2.11), одержимо передавальну функцію РМ.
Залежновід коренів виразу, дана передавальна функція може бути коливальною ланкою або жнадається як дві інерційні ланки.
Більш коректним (точним) для передавальної функції РМ євираз:
/>/>.           (2.12)
Приобліку коливання пального в баках, корпусу ракети і т.д., необхідно враховувати ібільш високоякісні члени передавальної функції. В цьому випадку РМ можеописуватися диференціальними рівняннями 14–15 порядку. Постійні часу, />,/>,/>,/>, залежить від їх природи.
Управляючий вузол (УВ) – є пропорційний електромеханічнийперетворювач, звичайне могутнє поляризоване реле. Зусилля якоря поляризованогореле достатні для переміщення золотників в гідросистемі РМ. Силовий вузол (СВ)– звичайно складається з робочого (силового) циліндра з поршнем, що приводитьсяв рух гідрожидкістю, поступаючої під тиском від вузла живлення (ВЖ).
Основними вимогами, що пред'являються до рульової машинки, є:досягнення якнайменшої кількості коливальних ланок, досягнення якнайменшого значенняпостійних часу і вибір власної частоти. Власна частота РМ не повинна співпадатиз частотою інших ланок виробу.

2.2.3 Датчик зворотного зв'язку
Звичайнояк датчик зворотного зв'язку застосовуються, або індукційних датчики (ІД) або потенціометричні.Якщо датчик ЗЗ потенціометр, то в ЗЗ стоїть тільки масштабний опір. Від ньогосигнал ЗЗ подається на суматор ПСП. Якщо датчик індукційний, то необхідно матифазочутливий випрямляч (ФЧВ), а далі знову ставиться масштабний опір.
Перший датчик простіше, легко, але має два експлуатаційнінедоліки:
– ковзаючий контакт
– східчаста характеристики
щообмежує його вживання.
Індукційнийдатчик більш надійних, а отже не вимагає частих перевірок.
Передавальна функція ланцюга зворотного зв'язку має вигляд:
/>,                                              (2.13)
2.3Аналіз частотних характеристик досліджуваного об'єкту
Дляматематичного опису об'єкту управління і системи в цілому спочатку побудуємоструктурну схему досліджуваної системи управління сервоприводу без урахування нелінійності(мал. 2.3). Функціональна схема системи управління будувалася на підставіфункціональної схеми системи (мал. 1.1).
Привиборі параметрів сервоприводу оптимізації підлягає круговий коефіцієнт підсилення(добротність контура сервоприводу):
/>.                                   (2.14)

Спочаткувизначається, а потім з урахуванням відомого коефіцієнта перерозподіляються значення />і />, щобвиконувалося дана рівність.
Звичайно/>прагнуть зробити якомогабільше, оскільки при цьому зменшуються постійні часу, зменшується запізнюванняконтура сервоприводу, поліпшується чутливість всіх елементів і розкидпараметрів, тобто в цілому поліпшується динаміка сервоприводу. Збільшенню /> перешкоджає обмежена потужність,а також те, що при певному значенні /> контурстане нестійким.
Запишемо передавальну функцію сервоприводу (СП) в розімкненомустані:
/>;     (2.15)
Цястійка ланка, оскільки в знаменнику вираз:
/>
даєнегативні корені, а корінь s=0 – нульовий полюс, можна обійти справа. ПобудуємоАФЧХ.
Замплітудно-фазочастотної характеристики (АФЧХ), яка представлена на малюнку 2.4видно, що круговий коефіцієнт не може бути як завгодно великим, оскільки прицьому ми одержимо обхват крапки (1, j 0), а значить нестійкість сервоприводу(критерій Найквіста).
При проходженні характеристики через крапку (1, j0) набудемокритичне значення кругового коефіцієнта. Таким чином, при K>KКР обхвату цієї крапкине буде (система стійка).
Приоптимізації кругового коефіцієнта необхідно, щоб розкиди параметрів не привелидо нестійкості системи. Звичайно розкиди параметрів повинні мати нульовематематичне очікування (М) і підлеглі нормальному закону розподілу. Розкидикругового коефіцієнта визначаються розкидами кожного з коефіцієнтів: />. Якщо ці розкидинекорельовані, мають М=0 і підлеглі нормальному закону розподілу, то достатньознайти розкиди кругового коефіцієнта. Ми вважатимемо, що коефіцієнти маютьвипадкові значення.
/> – математичні очікування(номінальні значення). В технічних умовах на елементи указуються розкиди на />. Кожне іззначень не перевищує 3σ з вірогідністю ≈ 0,997.Трудомісткості полягають в тому, що розкиди звичайно в% від номінальнихзначеннях, але це можна перевести в одиниці вимірювання, наприклад: задано ∆R– відхилення (розкид) якого-небудь параметра.
/>                                      (2.16)
де /> – середньоквадратичневідхилення.
Зтеорії вірогідності дисперсія кругового коефіцієнта визначиться як:
/>                                 (2.17)
Поцій формулі можна визначити σK в%, а потім перевести водиниці вимірювання самого параметра.
/>                                             (2.18)

де 3σК=∆K.
Тут одне невідоме – K, яке визначаємо, знаючи σКі KКР. Крім тогоповинні бути задані вимоги до запасу стійкості замкнутого контура.
Використовуючи ці положення, можна обчислити круговий коефіцієнт.
2.3.1 Вибір кругового коефіцієнта
Задано:
1) критичне значення кругового коефіцієнта – KКР (його завждиможна визначити, побудувавши годограф);
2)розкиди /> (з технічних умов);
3) вірогідність стійкої роботи сервоприводу – PСП.
Визначити: номінальне значення кругового коефіцієнта(добротність) – K0
1.  Визначаємо ∆K.
/> [%],
2.  Розкид параметрів визначає
/>
3.  Значення PСП (Ф(і)) в таблицях інтеграла вірогідностівідповідає відносна величина U (або n), рівна:.
Внашому випадку x – це круговий коефіцієнт K, виступаючий як випадкова величина.
ВеличинаU показує, скількиразів вміщається σ в ∆K.
Таблиця інтеграла вірогідності має вигляд: див. табл. 2 вдодатку Б.
4.  З графіка інтеграла вірогідності, малюнок 2.5 маємо:
/>,

де />.
Тому /> або /> – вираз для визначення номінальногозначення кругового коефіцієнта сервоприводу.
/>
2.3.2Нелінійності сервоприводу
Основна нелінійність сервоприводу (ОНСП) – це нелінійністьрульової машинки, нелінійність статичних характеристик.
/>Статичні характеристикирульової машинки:
1)        />швидкісна;
2)        />моментальна.
/>Швидкісна характеристикарульової машинки – це залежність кутової швидкості вихідного сигналурульової машинки від вхідного сигналу.
/>                                               (2.19)
де
— навхід РМ подається струм/>,
— на виході РМ – кутова швидкість.
Моментна залежність моменту, що розвивається вихідним штоком,від вхідного сигналу, яка представлена на малюнку 2.6а.
Зона нечутливості є обов'язково; вона обумовлена особливістюконструкцій РМ і нечутливістю реле на вході.
НасиченняMmax обумовленообмеженням потужності. Моментної характеристикою безпосередньо невикористовується.
Зонанечутливості обумовлена тими ж причинами. Що і для розглянутої моментноїхарактеристики. І ще тим, що і РМ завжди необхідно подолати якесь навантаження,якийсь момент M1. Треба подати команду />; до цьоговихідний шток нерухомий, швидкість рівна нулю. Зона нечутливості «плаває» залежновід моменту. Це вносить невизначеність при проектуванні.
Зона нечутливості складається як би з двох частин. Вонаобумовлена:
1.  Конструкцією РМ.
2.  Моментом, прикладеним до вихідного штока РМ.
Щобзменшити момент, прикладений до вихідного штока РМ, прагнуть зробити крутішемоментальну характеристику (ближче до релейної).
Всіці нелінійності необхідно враховувати при проектуванні сервоприводу.
Побудовачастотних характеристик для даного об'єкту проводитиметься в середовищі MATLAB/Simulink.
На вказаному графіку видно що, що пік амплітуди рівний А=1.6°,стале значення амплітуди, рівний А=1.2°и час перехідного процесу tПП=0.25c,який задовольняє вимогам ТЗ. Величина перерегулювання складає приблизно δ=0.6від сталого значення амплітуди і задовольняє вимогам ТЗ.
Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ нескоректованої системи задопомогою команд MATLAB, а також ЛАЧХ і ЛФЧХ скоректованої системи.
Запасстійкості по амплітуді рівний 40.5 дБ, по фазі -375 град. Зв'язана частота ωС=233рад/с. Запас стійкості системи не достатні, щоб система залишаласястійкою при варіаціях параметрів, приводу і інших функціональних пристроїв в допустимихмежах.

3.Експериментальначастина
Задачею експериментальної частини є, одержати навикидослідження статичної і динамічних характеристик електрогідравлічної рульовоїмашинки (ЕГРМ), з використанням реальної установки (в аудиторії 402 радіо корпусу). Як об'єктуправління використовували електрогідравлічний рульовий привод, який представлений намалюнку 3.1.
/>
Малюнок3.1 – Електрогідравлічнарульова машинка
На вихідному валу ЕГРМ встановлений рухомий електричний контакт,якийстикаєтьсяз сектором нерухомого контакту, має певний тарований (заданий)центральний кут />. Послідовно в ланцюгконтактів включається годинник для визначення тривалості замкнутого стануконтактів при обертанні вихідного валу ЕГРМ. Для подачі управляючого сигналувикористовували джерело командних сигналів. Включення стенду здійснюєтьсявключенням тумблерів.
а)перемикач /> встановити в положення2, перемикачі/>, />/> і/> в положення 1. Перемикачі /> і /> використовуються длявідстежування зміни сигналів в контрольних точках системи і живлення;
_б) рухомий контакт ЕГРМ встановити в положеннярозімкненого стану по відношенню до нерухомого контакту, шляхом повороту вихідноговалуЕГРМ;
в) ручкою регулятора задаючого пристрою (ЗП)встановити по вольтметру /> необхідне значенняуправляючої напруги (знак сигналу залежить від повороту ЗУ управо або вліво повідношенню до середнього положення ЗП);
г) включити тумблери /> і (подаєтьсяживлення на годинник);
д) включити тумблер, після чого вихідний штокЕГРМ після певного часу займе нове украй положення;
е) після зупинки штока ЕГРМ вимкнути тумблер /> живленняелектродвигуна і записати свідчення годинника в таблиці 3.1–3.3. Перемкнутиперемикач /> (/>) в положення 2 і попершому (другому) променю осцилографа визначити напругу на виході СМ, післячого встановити перемикач /> (/>) в положення 3 і попершому (другому) променю осцилографа визначити вихідний сигнал на воді ПМ. Всісвідчення занести в таблиці 3.1–3.3;
ж) здійснити установку годинника в нульовеположення відповідною кнопкою скидання годинника;
з) змінити знак на управляючої дії ЗП напротилежний і повторити пп. е-ж.
и) з певним інтервалом зміни управляючої діїповторити пп. в-к.
к) визначити значення кутових швидкостейобертання валу ЕГРМ, як відношення кута повороту вихідного штока до проміжку часузамкнутого стану контактів:

/>,                                                  (3.1)
де />– фіксоване значеннякута; /> – інтервал часу за якийшток ЕГРМ при і-том управлінні здійснює поворот на фіксований кут/>. К ПМ = 3.
Таблиця 3.1 Характеристики ЕГРМ в першому положенні перемикача№ Uзад, В Uсум, В Uпп, В
/>, рад/с 1 2 0,5 1,11 1,5 0,075 3 1 2,31 3 0,152 4 1,5 3,5 4,5 0,3 5 2 4,9 6 0,4 6 2,5 6,27 7,5 0,455 7 3 7,47 9 0,465 8 3,5 8,67 10,5 0,48 9 4 9,9 12 0,471 10 4,5 11,13 13,5 0,477 11 4,95 11,57 14,85 0,48 12 -0,5 -1,55 -1,5 0,009 13 -1 -2,75 -3 0,063 14 -1,5 -4,04 -4,5 0,153 15 -2 -5,3 -6 0,27 16 -2,5 -6,77 -7,5 0,35 17 -3 -7,9 -9 0,41 18 -3,5 -9,2 -10,5 0,45

Таблиця 3.2 Характеристики ЕГРМ в другому положенні перемикача
UЗ, В
UСМ, В Uпп, В Δt, с
δi, рад/с 0,5 0,7 2,1 10,95 0,096 1 1,7 5,1 6,12 0,17 2 5,3 15,9 3,03 0,34 3 7,7 23,1 2,25 0,46 4 9,8 29,4 2,34 0,447 5 10,1 30,3 2,26 0,463 -0,75 -2,2 -6,6 26,94 0,04 -1 -3 -9 10,5 0,1 -2 -4,1 -12,3 3,12 0,33 -3 -9 -27 2,05 0,51 -4 -10 -30 2,25 0,465 -5 -10,1 -30,3 2,19 0,48
Таблиця 3.3 Характеристики ЕГРМ в третьому положенні перемикача
UЗ, В
UСМ, В Uпп, В Δt, с
δi, рад/с 0,5 0,9 2,7 9,76 0,107 1 1,6 4,8 6,25 0,167 2 5,5 16,5 2,99 0,35
Намалюнку 3.2 представлена статична характеристика суматора і розрахований коефіцієнт передачі суматора.
/>
Малюнок3.2 – Статична характеристикасуматора

Длятрьох різних положень перемикача коефіцієнт відповідно рівні:
/>
Лінійнаматематична модель суматора має наступний вигляд:
/>                       (3.2)
Нелінійна математична модель має вигляд:
/>
/>
Коефіцієнтпередачі підсилювачапотужності />
Намалюнку представлена швидкісна характеристика ЕГРМ і розрахований коефіцієнт передачі ЕГРМ, який рівний0,02.
Получена передавальна функція має вигляд:
/>.
3.1 Отриманнячастотних характеристик
Суть експериментального методу отримання частотної характеристикибудь-якої динамічної ланки полягає в дослідженні його реакції на дію гармонійного сигналу вигляду: />. Для виконанняексперименту необхідно виконати наступне:
а)встановити перемикач /> в положення 3, щовідповідає підключенню виходу ГНЧ до входу СМ;
б)встановити перемикач /> в положення 1, щовідповідає підключенню сигналу з виходу генератора до першого променяосцилографа, а перемикач /> – в положення4, що відповідає підключенню сигналу з виходу потенціометра зворотного зв'язкуЕГРМ до другого променя осцилографа;
в) за допомогою будівельних ручок, що знаходятьсяне передній панелі ГНЧ, встановити частоту сигналу 0,02 Гц, а амплітуду сигналупідібрати так, щоб вона не потрапляла в зони не лінійності швидкісноїхарактеристики ЕГРМ;
г) включити ГНЧ;
д)включити тумблер/>, при цьому вихідний штокЕГРМ повинен почати скоювати коливальні рухи певної амплітуди з частотою,рівній частоті вхідного сигналу. Оскільки до складу ЕГРМ входить інерційналанка з великою постійною часу, то матиме місце фазовий зсув між вхідними івихідними сигналами;
е) по осцилографу визначити амплітуду вихідногосигналу, зсув фаз між сигналами і одержані результати занести в таблицю 3.4;
ж) змінити частоту вхідного сигналу на 0,02 Гц іповторити п. е.
Таблиця3.4 Частотні характеристики ЕГРМ
/>рад/с A
/>, град 0,126 0,5268 136,33 0,25 0,4587 65,66 0,5 0,32 29,38 1 0,1724 10,83 2,01 0,087 4,39

Намалюнках 3.3 -3.4 представлені АЧХ і ФЧХ ЕГРМ
/>
Малюнок 3.3 – АЧХ ЕГРМ
/>
Малюнок 3.4 – ФЧХ ЕГРМ

4.Конструкторська частина
4.1Проектування спеціалізованого обчислювача
Вданій частині роботи буде проведений процес проектування спеціалізованого обчислювача.
В системі автоматичного позиціонування, що розробляється вданій роботі, регулятор буде виконаний на основі цифрового мікроконтролера,який повинен буде реалізовувати вибраний раніше закон управління. Дляреалізації пропорційної і диференціальної складових потрібна інформація проположення керма управління. Пропонується функціональна схема, представлена намалюнку 4.1.
/>
Малюнок4.1 – Функціональна схема цифрового регулятора
ЗП –задаючий пристрій;
АК – аналоговий комутатор;
ПВХ – пристрій виборкихраніння;
АЦП – аналого-цифровий перетворювач;
МК – мікроконтролер;
ЦАП – цифро-аналоговий перетворювач;
ШІМ – широтно-імпульсний регулятор;
ШУ – шина управління.

4.2Перетворювач алгоритмів управління для реалізаціїв спецобчислювачі
4.2.1Аналіз алгоритмів управління
Вхідноюінформацією для обчислювача є сигнали формувача задаючого сигналу ішифратора приросту. Обидва сигнали є 8-розрядним паралельним цифровим кодом.
Оскільки всі вхідні параметри алгоритму поступаютьбезпосередньо з датчика і задаючого пристрою, то попередня обробка не потрібна.Принципи перевірки достовірності інформації з датчика не регламентуються ізастосуються не будуть.
4.2.2Розрахунок масштабуючих коефіцієнтів
Значеннякоду поступаючого з датчика, реєструючого переміщення, є 8-розрядним цифровимкодом, який характеризує величину лінійного переміщення керма управління.Згідно пункту 1, де була розроблена структурна схема системи позиціонуваннякерма управління, значення сигналу зворотного зв'язку повинне бути зменшено в1000 разів, відповідно виходячи з цього, цифровий 8-розрядний код поступаючий зшифратора приросту повинен бути помножений на коефіцієнт зворотного зв'язку:
/>.
Данаоперація буде виконана безпосередньо за допомогою мікроконтролера, при виконанніалгоритму реалізації заданих арифметичних операцій.
4.2.3 Оцінка реалізованої періоду дискретності
Заданийперіод дискретності складає />. Стандартна тактовачастота мікроконтролера МК51 />, щовикористовується, отже, період імпульсів для таймера МК51 складе />. Максимальний інтервалчасу реалізовуваний таймером />.Оскільки />, то даний період дискретностіможе бути реалізований тільки апаратними засобами МК51 (таймер в 16-бітовійконфігурації рахункового регістра).
4.2.4Оцінка реалізації обчислювача на особливі ситуації
Особливимиситуаціями в системі, що розробляється, є сигнали переривань. Джерела перериваньі пов'язані з ними події дані в таблице. 4.1
Таблиця4.1 Джерело переривань і пов'язані з ними події даноПодія Сигнал Дія Обробка Додаткові умови
Завершення періоду /> Переривання від таймера Перезапис стартового числа і перехід на початок функціонального алгоритму В спеціальній процедурі Вищий пріоритет Прийом байта з буфера паралельного порту Переривання від паралельного порту Читання коду (1 байт) з буфера паралельного порту В спеціальній процедурі
4.2.5Структура повного алгоритму роботи системи
Повнийалгоритм функціонування обчислювача за рішенням задачі управління складається зтаких етапів:
1.        Прийом коду із значенням управляючого сигналу (по сигналуготовності, який обробляється через канал переривання).
2.        Прийом коду із значенням сигналу з датчика положення />.
3.        Реалізація обчислень (узгодження вхідних сигналів, реалізаціязакону управління).
4.        Очікування завершення періоду, реалізоване через очікуваннясигналу переривання від таймера.
5.        Перезапуск таймера (запис стартового числа) і перехід до пункту 1.

4.3Побудова функціональної схеми спецобчислювача
Спецобчислювачпризначений для перетворення і обробки інформації тією, що подається здатчиків. На вхід спецобчислювача подається аналоговий сигнал в діапазоні 0…+5В,а на виході одержуємо аналоговий сигнал в діапазоні 0…+10В. Функціональнасхема спецобчислювача представлена на малюнку 4.2. Для здійснення керованоїпередачі аналогової інформації в АЦП застосований 8-розрядний аналоговий комутаторз дешифратором, який комутує вихід з 0 і 1 з 8 аналогових входів. В нашому випадкувсю решту входів заземлимо, окрім останнього, який залишимо для виходу зпідсилювача потужності. Номер даного входу визначається двійковим номером,заданим на управляючих входах. Інформація про двійковий номер поступає безпосередньо відмікроконтролера. Для перетворення 8-розрядного дискретного коду в аналоговийзастосовний 10-розрядний ЦАП, для цього на два розряди ЦАП подамо землю.З цього виходить, що в обчислювач повинні входити: мікроконтролер (МК), АЦП,ЦАП, пристрій виборкихраніння (УВХ), аналоговий комутатор (АК).
/>
Малюнок 4.2 – Функціональна схема спецобчислювача
4.3.1 Формування алгоритму роботи спецобчислювача
Спецбчислювач на базі мікроконтролера виконує наступні операції:
– отримання і обробка інформації з підсилювача, датчиказворотного зв'язку по положенню і датчика кутової швидкості;
- реалізація закону управління;
- видача аналогового сигналу на електрогідравлічний перетворювач.
На малюнку 4.3 представлений спрощенийалгоритм роботи обчислювача по отриманню, перетворенню і передачі даних.Алгоритм представлений у вигляді блок-схеми.
На основізапропонованого алгоритму роботи складена програма роботи управляючого обчислювача,побудованого на основі мікроконтролера AT89S8252 фірми Atmel.
Розробленапрограма вводиться в керований обчислювач за допомогою LPT-порту ПК і каналупрограматора, який здійснює прошивку резидентної пам'яті програм мікроконтролера.
4.4 Розробка структури ПО і оцінка необхідних ресурсів
Програмне забезпечення для вирішення даної задачі складатиметьсяіз структурних елементів, характеристика яких представлена в таблиці 4.2.
Таблиця 4.2 Характеристика структурних елементів ПО№ Назва і функціональне призначення Передбачуваний об'єм коду, байт Передбачуваний об'єм даних, байт Макс. час виконання, мс Вимоги по розміщенню в пам'яті 1 Початковий пуск і ініціалізація (стік, таймери, переривання) 50
Регістри РСФ, стік в РПД
(16 байт) 0.1 Після таблиці векторів переходу 2 Функціональний алгоритм ПД-регулювання 100
РПД
(до 30) 10 довільне 3 Процедури уведення-виведення і управління ЦАП
150
кожна
РПД
(до 10 байт)
1
кожна довільне 4 Арифметичні процедури для 2-байтових чисел («+»,» – «,»*») До 30 байт («+»,» – «) і до 100 («*»)
Банк Рон
(8 байт) 0.05 і 0.2 довільне 5
Таймірованіє (період />) 20 РСФ 0.02 довільне
Під процедурами введення(висновку) маються на увазі дії поуправлінню каналом введення(висновку), по перетворенню числа. Загальнадіаграма завантаження обчислювача в межах базового періоду роботи /> представлена намалюнку 4.4.
/>
Малюнок 4.4 – Діаграма завантаження обчислювача
На схемі цифрами позначені:
1.           Установка адреси роботи.
2.        Дозвіл роботи аналогового комутатора.
3.        Дозвіл роботи УВХ і АЦП.
4.        Час перетворення.
5.        Читання даних.
6.        Заборона роботи АЦП і аналогового комутатора.
7.        Установка адреси на аналоговий комутатор.
8.        Дозвіл роботи аналогового комутатора.
9.        Дозвіл роботи УВХ і АЦП.
10.     Час перетворення.
11.     Читання даних.
12.     Визначення значення управляючої дії.
13.     Вибір закону управління на Порт 2.
Максимальний час на виповнення алгоритму в межах базового періоду складає (напідставі таблицы 4.2):

/>,
де />
(/> – час виконанняфункціонального алгоритму).
Тоді />.
Оскільки />
Необхідний об'єм пам'яті програм (ПЗП) складає:
/>байт.
Об'єму ПЗП достатньо для виконання алгоритму, оскільки об'єм РППскладає 4096 байт.
4.5Розробка принципової схеми обчислювача
4.5.1Вибір елементарної бази
Годинозадаючийланцюг.
Годинозадаючий ланцюг необхідний длязавдання тактових імпульсів мікроконтролеру для його синхронізації. На малюнку4.5 представленапринципова схема час задаючого контура, створеного на основі кварцовогорезонатора з частотою 22.1184 Мгц, включеного по схемі з середньою крапкою.
Кварцовийрезонатор, що підключається до зовнішніх висновків XTAL1 і XTAL2 мікроконтролера,управляє роботою внутрішнього генератора, який формує внутрішні сигналисинхронізації.
На основі сигналів синхронізації пристрій управліннямікроконтролера формує машинний цикл фіксованої тривалості, яка дорівнює 12періодам резонатора. Вибір зупинений саме на такій схемі з таким кварцовимрезонатором унаслідок того, що у взаємодії з мікроконтролером AT89S8252 цейланцюг генерує крок роботи МК рівний 0.5 мкс. Такий крок роботи програмповністю влаштовує, оскільки дозволить легко вкласти алгоритм роботимікроконтролера в 5 мс.
Для проектованогоуправляючого обчислювача був вибраний мікроконтролер AT89S8252 фірми Atmel. На малюнку 4.6представлено графічне позначення мікроконтролера AT89S8252 фірми Atmel.
Вибірцього мікроконтролера обумовлений наступним:
-    гранично низька вартість;
-    наявність 8 кбайтів FLASH-ПЗП програм з можливістю внутрішньосистемногоперепрограмування через SPI (serial programming interface) канал;
-    можливість роботи на низьких тактових частотах (аж до нуля Гц), щоважливе в системах реального часу.
Основніхарактеристики наступні:
-    три рівні захисту програм;
-    256 байтів внутрішньої оперативної пам'яті;
-    три 16-бітові таймери/лічильники;
-    32 програмовані лінії уведення-виведення;
-    дев'ять джерел переривань;
-    програмований послідовний інтерфейс;
-    master/slave SPI послідовний інтерфейс;
-    режим зниженого енергоспоживання (живлення +5 В);
-    переривання при подачі напруги;
-    програмований сторожовий таймер;
-    два регістри – покажчика даних;
-    прапор відключення живлення.
Мікроконтролервипускається в DIP корпусі, що дозволяє як встановлювати контроллер на контактниймайданчик, так і упаювати його в схему.
Шиннийформувач застосовується для збільшення потужності вхідних і вихідних (запетлеваних)сигналів мікроконтролера до 20 мА. Як шинний формувач в представленому пристроївикористовується мікросхема КР1533АП6, графічне позначення якої представленона малюнку 4.7.
/>
Малюнок 4.7 – Шинний формувач
Мікросхемає восьмирозрядним двонаправленим приймачем-передавачем з двома станами навиході і без інверсії вхідної інформації. Режим роботи визначається комбінацієюсигналів на двох входах управління – />і />. При низькомурівні напруги на вході управління третім /> станомнапряму передачі визначається логічним рівнем на вході />, а при високому рівнінапруги на вході /> виходи мікросхемипереводяться у високоімпедансний стан (таблиця 4.3).
Таблиця4.3 Таблицяістинності шинного формувача
/>
/> Операція H X Третій стан L H D1®D2 L L D2®D1
Для забезпеченняроботи щодо низкоомного або велике навантаження місткості виходи мікросхемимають підвищену потужність в порівнянні із стандартними.COM-порт
Намалюнку 4.8 представлений зовнішній вигляд роз'єму COM-порту (mother) на шлейфіпередачі даних, з вказівкою номерів ніжок.
/>
Малюнок 4.8 – Зовнішній вигляд роз'єму COM-порту
Використовуванняцього порту ПК як і пристрої узгодження рівнів необхідно при розробці каналупередачі даних на ПК. COM-порт – це послідовний порт ПК, через який можливапередача даних по протоколу RS-232 на підключений ПК.
Втаблиці 4.4 представлені відповідні номери ніжок мікроконтролера і COM-порту з поясненням їхпризначення, необхідні для наладки даного каналу зв'язку.
Таблиця 4.4 Принцип сполучення МК і ПКМікроконтролер COM-порт Призначення 10 7 RXD_MK і TXD_PK 11 4 TXD_MK і RXD_PK 20 8 GND LPT-порт
Намалюнку 4.9 представлений зовнішній вигляд роз'єму LPT-порту (father) на шлейфіпрограматора, з вказівкою номерів ніжок.
/>
Малюнок 4.9 – Зовнішній вигляд роз'єму LPT-порту
LPT-порт– цепаралельний 25-піновий порт ПК. Вживання цього порту ПК пов'язано з наладкоюканалу програматора. Канал програматора здійснює прошивку резидентної пам'яті программікроконтролера AT895S8252.
В таблиці 3.4 представлені відповідні номери ніжокмікроконтролера і LPT-порту з поясненням їх призначення.
Таблиця 3.4 Таблиця опису шлейфу програматораМікроконтролера LPT-порт Призначення (SPI) 6 7 Mosi 7 10 Miso 8 8 Sck 9 6 Rst 20 18, 25 Gnd 4.6 Створенняпринципової схеми управляючого спецобчислювача
Після вибору ірозрахунку функціональних блоків пристрою можна переходити до створенняпринципової схеми управляючого обчислювача.
Принциповасхема є з'єднанням вибраних функціональних блоків по функціональній схемі, зурахуванням всіх правил з'єднання. Принципова електрична схема розробленогопристрою представлена в додатку А.

5. Дослідницька частина
5.1Вибір круговогокоефіцієнту нелінійного сервоприводу
Внелінійних системах звичайно присутні автоколивання. Як основний критерій привиборі кругового коефіцієнта використовують вимоги відсутності автоколивань внелінійній системі. Щоб досліджувати систему на автоколивання, треба її розімкнутитак, щоб виділити нелінійність.
Всю розімкнену систему замінюємо двома ланками: лінійної інелінійної частинами (мал. 5.2)
/>
Малюнок5.2 – Ланки: лінійна і нелінійна частина
Використовуютьметод гармонійної лінеаризації. Запишемо умову наявності автоколивань в системі: />, звідси /> (умова наявностіавтоколивань в системі).
Перейдемо до умови відсутності автоколивань. Ця умова запишеться/>, отже /> – умова відсутностіавтоколивань. Це означає, що годограф WЛ(s) і годограф /> не перетинаються, тоді,автоколивання в системі відсутні. Вигляд /> різний,залежно від того, яка нелінійність переважає. Якщо немає петлі, то нелінійністьоднозначна (мал. 5.3).

/>
Малюнок5.3 – Годограф безпетлі
Темінімальне значення кругового коефіцієнта посилення сервоприводу, при якомувиконується умова існування автоколивань в системі, назвемо критичним.
Чому мінімальне?
Перетин годографів може бути найрізноманітнішим. Завжди всистемі буде два граничні цикли. Один стійкий, інший нестійкий. Але коефіцієнтне буде критичним.
Найменший коефіцієнт, який виходить тільки при торканні ібуде мінімальним і критичним. Оскільки, якщо його зменшити, то будуть відсутніавтоколивання.
Розглянемо деякий окремий випадок.
Розмикаємо систему на вході нелінійної ланки (мал. 5.4)
/>
Малюнок5.4 – Розімкнена система на вході нелінійної ланки

де />.
Передавальна функція лінійної частини системи:
/>                            (5.1)
передавальнафункція нелінійної частини системи WН – це коефіцієнт гармонійної лінеаризації вметоді гармонійної лінеаризації. В загальному випадку WН складається зречовинної і уявної комплексної складових.
В даному випадку WН(s) – це дійсне число.
Взагальному випадку: />.
Вданому випадку: />; />.
Для K=1, WН(s) виглядає таким чином (малюнок 5.5)
/>
Малюнок5.5 – Дійсне число WН для K=1
Величинаq для однозначноїнелінійності залежить тільки від амплітуди А.
Оскільки K=1, то нелінійність виглядає таким чином (малюнок5.6)
Покиамплітуда А не перевищує зону нечутливості b, тобто до А=b, система розімкнена і A=0.

/>
Малюнок5.6 – Нелінійністьдля K=1
Побудуємогодограф для WЛ(s) і />(малюнок 5.7)
/>
Малюнок5.7 – Годограф для WЛ(s) і />
де />.
Розглянемо передавальну функцію лінійної частини системи длябудь-якої лінійної передавальної функції можна записати:

/>                                                (5.2)
Такийзапис справедливий, якщо передавальна функція не має нульових полюсів.
А і В-це поліноми від ω.
А – парний ступінь ω; В-непарний ступінь ω.
Крапка 1 на годографі характерна тим, що фазовий зсувчисельника рівний фазовому зсуву знаменника передавальної функції.
СумарнаФЧХ такої ланки рівна фазовій характеристиці чисельника мінус фазовахарактеристика знаменника; значить фазовий зсув рівний нулю:/>, звідси /> при />. Визначимо модульпередавальної функції лінійної частини системи.
/>
А0– модуль передавальної функції на частоті />:.
Знайдемозначення частоти />.
/>;
/>;

/>;
/>; />.
Зодержаних співвідношень визначаємо значення кругового коефіцієнта нелінійного сервоприводу.
/>;/>.
Системубільш високого порядку можна апроксимувати системою більш низького порядку длячастот в околиці />.
5.2 Розрахунок сервоприводу з нелінійною ланкою
а). Нелінійна ланка задана так (малюнок 5.8)
/>
Малюнок5.8 – Нелінійна ланка

Характеристиканелінійної ланки:
b=3 ма; c=18 ма; K=1/>;
б). Лінійна частина:
/>;
Зумови технічного завдання дано:
/>; />; />; />; />;
/>; />; />;/>;
/>; />
де РСЕР – середній розподіл Гауса
Розрахунок:
1)  Визначимо qm.
Значеннякоефіцієнта qдля даного виду нелінійності визначається виразом:
/>        (5.3)
де а – амплітудавхідного сигналу;
/>.
Дананелінійність має />. Для визначення qmзадаємося різними значеннями амплітуди вхідного сигналу, враховуючи, щоa>>b2 і прораховуємо на обчислювальній машині (ОМ) значеннякоефіцієнта q(а) з кроком.
Результати обчислення заносимо в таблицю 1 в додатку Б.
2). Визначимо KКР (використовуючи A0):
/>
/>
Визначимоз умови: />
/>
Зробимозаміну: />

/>
/>
KКР визначається при />. При підстановців дійсну частину /> одержимо A0.В цьому випадку K=KКР.
/>
Використовуючицей результат, запишемо />:,звідси критичний круговий коефіцієнт сервоприводу рівний:
/>
Значенняqm узято з таблиці 2додатку Б.
3). Визначення номінального значення добротності сервоприводуі коефіцієнта зворотного зв'язку:
а) />
б) σвизначаємо з виразу:
/>
в)номінальне значення добротності визначиться:

/>
г) значення коефіцієнта ЗЗ знайдемо із співвідношення:
/>/>
5.3Облік впливу інерційності сервоприводу на стійкість руху
Приймаємо допущення:
1.  Нелінійності неістотні.
2.  Лінійну частину сервоприводу спростимо до 2-го порядку.
Вважатимемо,що ТП=0.
Для лінійного сервоприводу 2-го порядку в розімкненому стані:
/>                         (5.4)
Запишемопередавальну функцію сервоприводу:
/>                       (5.5)
де/>.

Підкерованістю розуміють здатність змінювати параметри свого руху при відхиленніуправляючих органів. Керованість напряму пов'язана із стійкість.
Під стійкістю розуміється здатність об'єкту управлінняповертатися на задану траєкторію після дії на нього обурення.
Динамічними показниками керованості в тимчасовій областівважаються параметри перехідного процесу при східчастому відхиленніуправляючих органів час перехідного процесу і величина перерегулювання, вчастотній області – власна частота короткоперіодичного руху (ω0) івідносний коефіцієнт загасання (ξ).
Для перевірки вибраних алгоритмів управління виконаємо моделюваннясистеми з використанням системи моделювання Matlab/Simulink для побудови частотниххарактеристик. Досліджувана схема моделювання сервоприводу з урахуваннямнелінійності приведена на малюнку 5.9.
/>
Малюнок5.9 – Досліджувана схема сервоприводу з урахуванням нелінійності
Намалюнку 5.10 представлений перехідною процес досліджуваної системи сервоприводу з урахуваннямнелінійності при КЗЗ> 0.0024=0.024

/>
Малюнок 5.10 – Перехідної процес досліджуваної системи сервоприводуз урахуванням нелінійності при КЗЗ > 0.0024=0.024
З одержаного перехідного процесу видно, що пік амплітуди рівний А=2.5°, немаєсталого значення амплітуди і час перехідного процесу дуже великий, т.ч. присутніавтоколивання, отже система нестійка, це не задовольняє вимогам ТЗ. Величинаперерегулювання складає приблизно δ=1.5% від сталого значення амплітуди і теж незадовольняє вимогам ТЗ.
Намалюнку 5.11 представлений перехідною процес досліджуваної системи сервоприводу з урахуваннямнелінійності при КЗЗ=0.0024.
/>
Малюнок 5.11 – Перехідної процес досліджуваної системи сервоприводуз урахуванням нелінійності при КЗЗ = 0.0024

На вказаному графіку видно що, що пік амплітуди рівний А=1.39°,сталезначенняамплітуди, рівний А=1°и час перехідного процесу tПП=0,35c, який задовольняєвимогам ТЗ. Величина перерегулювання складає приблизно δ=0.39% відсталого значення амплітуди і задовольняє вимогам ТЗ. Отже можна зробити висновок,що КЗЗ розрахований правильно, система стійка.
Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ нескоректованої системи(мал. 5.12) за допомогою команд MATLAB/Simulink, а також ЛАЧХ і ЛФЧХскоректованої системи.
На малюнку 5.12. приведені ЛАЧХ нескоректованоїсистеми і варіант ЛАЧХ скоректованої системи. Верхній графік відображаєхарактеристики розімкненої нескоректованої системи (ЛАЧХ, що розташовується);нижній графік – розімкненої скоректованої системи (бажана ЛАЧХ), також намалюнку приведена фазочастотна характеристика.
/>
Малюнок 5.12 – ЛАЧХ і ЛФЧХ замкнутої скоректованої системи
Визначимо запас стійкості розімкненої системи по амплітуді і запасстійкості по фазі. Запаси відображені на малюнку 5.13.

/>
Малюнок5.13 – ЛАЧХ і ЛФЧХ розімкненої скоректованої системи
Запас стійкості по амплітуді рівний 40.6 дБ, по фазі -375 град.Зв'язана частота ωЗ=202 рад/с. Запас стійкості системидостатні, щоб система залишалася стійкою при варіаціях параметрів, приводу іінших функціональних пристроїв в допустимих межах.
Побудуємо годограф Найквіста незмінної частини досліджуваноїсистеми сервоприводу з урахуванням нелінійності в середовищі MATLAB. Результат обчислення АФЧХ приведений на малюнку 5.14.
Аналіз годографа частотної характеристики незмінної частинисистеми показує, що годограф перетинає речовинну вісь в крапці (60; jO). Виходячи зкритерію стійкості Найквіста, можемо укласти, що замкнута досліджувана система будестійкою, якщо точка перетину годографом речовинної осі буде ліво крапки (-1;j0), тобто коли.
На даному етапі проектування виконується перевірка відповідностіпоказників якості управління скоректованої, досліджуваної системи сервоприводу з урахуваннямнелінійності по вимогах технічного завдання (ТЗ). Якщо всі показники якостіскоректованої системи задовольняють вимогам ТЗ, то знайдений алгоритмроботи системи приймається до реалізації. Якщо якийсь із показників якостіуправління скоректованої системи не відповідає вимогам ТЗ, то необхідно повернутися доетапу синтезу алгоритму управління і відповідним чином змінити форму бажаноїЛАЧХ розімкненої системи [13].
Оцінка якості проводиться по перехідних характеристиках замкнутоїсистеми і по частотних характеристиках розімкненої і замкнутої системи.
Сталі помилки оцінюємо по перехідниххарактеристиках при t >∞. З малюнка 5.15 виходить, що εстале=0%.
Сталу швидкісну помилку оцінюємо по реалізації скоректованоїсистеми на швидкісне задаюче дію при t >∞. З малюнка 5.15 виходить, щоεшв ≈ 0,93%.
6.Економічна частина
6.1Комплексний план теми НДР
6.1.1 Опис об'єкту
Досліджуванийвиріб є електрогідроприводом (рульова машинка) з урахуванням нелінійності.
Метою науково-дослідницької роботи є дослідження впливу зоннелінійності на показники якості сервоприводу.
Результатом дослідження є визначення критичної добротності сервоприводупри заданих нелінійних ділянках. Визначення допустимої амплітуди сигналу призаданих нелінейностях, для підприємств які досліджують даний електрогідропривод.
Електрогідравлічна рульова машинка (РМ), яка представлена врозрізі на малюнку 5.1 і входить до складу універсального лабораторного стендудослідження сервоприводов (УЛСДС), входять в комплект автомата стабілізації іпризначається для повороту газоцівкового керма під впливом командного струму,що поступає з підсилювача-перетворювача.
Рульова машинка складається з наступних основних частин: корпусу,вузлауправління,шестерного насоса, електродвигуна, кривошипно-шатунного механізму, запобіжних іповітряних клапанів.
Корпус.Всі механізми рульової машинки зв'язані між собою в загальному корпусі,відлитому з алюмінієвого сплаву. Частина корпусу, в якій розміщенийкривошипно-шатунный механізм з поршнем, утворює робочий циліндр 1 РМ. Друга йогочастина, що вміщає вузол управління і насос, утворює ванну – резервуар,заповнений робочою рідиною. Два канали в нижній частині корпусу через шестерний насос пов'язуютьванну з правою і лівою частиною робочого циліндра. У верхній частині робочогоциліндра є два нарізні отвори, в які угвинчені штуцери повітрянихклапанів 3.
На верхньому фланці корпусу через гумову прокладку 2кріпиться шістьма болтами 7 електродвигун 10. У верхній частині ванни в отворівмонтовується пластмасова втулка 4 з шістьма клемами, яка служить дляпідведення живлення на катушку збудження реле і подачі командних струмів накатушки управління.
Підведення живлення до рульової машинки здійснюється задопомогою 14 – контактної штепсельної вилки 5, закріпленої на ковпачку 6, якийодночасно є кожухом, що оберігає від механічних пошкоджень втулку і що йдутьвід неї до вилки дроту.
Нелінійності, є в будь-якому реальному приводі, можуть істотно впливати на йогодинамічні властивості, зокрема на стійкість.
Цей вплив виявляється в наступному: привод,стійкий і має достатній запас стійкості в лінійному наближенні, може виявитисяне стійким або не володіючим тим запасом стійкості, який очікується. Такийвплив надають частіше за все «петлеві нелінійності (люфт, гістерезис), але при деяких положенняхв структурі приводу до цього ж ефекту можуть привести і однозначнінелінійності, наприклад навіть такі, як зона нечутливості
В приводі можуть з'явитися принципово нові типируху, які не можуть існувати в лінійних системах і тому не можуть бутинавіть якісно пояснені з позиції лінійної моделі. До таких рухів відносяться впершу чергу автоколивання. Автоколивання можуть викликати ті ж нелінійності, яківикликають зменшення запасу стійкості. В одноконтурних системах – це петлевінелінійності, в неодноконтурних – однозначні.
6.1.2  Складання переліку робіт по темі
Тема– це комплекс робіт по виконанню договору (замовлення) на розробку виробу,програмного забезпечення або НДР.
Тема НДР ділиться на стадії. Стадії діляться на етапи іроботи, що деталізуються. В практиці використовуються різні ступенідеталізації. Переліки робіт формуються з використанням стандартів державних,галузевих і окремих підприємств.
Тема, що розглядається в даному дипломному проекті, єсамостійною НДР прикладного характеру. Тому на неї складається свій перелікробіт. Як основа прийнятий типовий перелік стадій і етапів. Перелік робіт звказівкою трудомісткості етапів представлений в таблиці 6.1.
6.1.3Розрахунок трудомісткості етапів
Найважливішоюгрупою планових показників є трудомісткості робіт.
Трудомісткістьробіт – це основний розрахунковий показник НДР, залежить від змісту, складнощі,об'ємів конкретних робіт і впливає на всі інші показники – тривалості і терміниробіт, кількість виконавців і їх завантаження.
Для визначення планових показників НДР застосовуються різніметоди розрахунку і відповідні їм нормативно-довідкові дані.
Для розрахунку комплексного плану по темі НДР можутьзастосовуватися різні методи розрахунку планових показників. Всі вони єукрупненими в порівнянні з розрахунком в серійному виробництві.
Длярозрахунків застосують метод експертних оцінок, оскільки тема НДР представляє значну складність.
Для вживання методу структурних коефіцієнтів значенняпоказника всієї роботи або її частини повинне бути заздалегідь розрахованоіншим методом.
Даний метод заснований на використовуванні досвідукваліфікованих фахівців. Метод експертних оцінок застосовуємо для стадії 4 іструктурних коефіцієнтів для інших стадій і етапів.
Для даної роботи застосований індивідуальний методекспертного опиту, який прийнято вважати найраціональнішим. Суть його полягає втому, що від кожного експерта незалежно від інших одержують оцінки кожногопоказника і математично обробляють їх для встановлення єдиної оцінки.
Трудомісткість стадії 4 приймаємо 210 люд-дні.
Одержана трудомісткість стадій і етапів, спочатку визначенапо рекомендації кваліфікованих фахівців-експертів, приведена в таблиці 6.1.
Далі трудомісткість кожного етапу проектування визначаєтьсяза допомогою вживання структурних коефіцієнтів (таблиця 6.1).
6.2     Виконавці і тривалість робіт
Підприємства– учасники НДР по виконуваних функціях діляться на замовників, розробників,виготівників, споживачів
Останніми роками все більше використовуються нові формивиконання НДР: малі підприємства, тимчасові творчі колективи (ТТК), щовиконують самостійні замовлення на тему або її окремі етапи. Такі колективиформуються з фахівців різних професій (радисти, конструктори, технологи,робочі, економісти і т.д.) і підкоряються керівнику теми.
В даному дипломному проекті доцільно використовувати досвідорганізацій ВТК. Це дасть можливість одержати практичні навики підбору кадрів.Детально визначити склад і кількість необхідних виконавців, розставити їх пороботах, скласти календарний графік для кожного виконавця, вирішити питання прооплату праці.
Після складання переліку робіт по темі і розрахунківтрудомісткості визначають необхідний склад і кількість виконавців. Приорганізації ВТК такий аналіз роблять детально для кожної окремої роботи.
Підбір і розстановка виконавців здійснюється згіднонаступному плану:
1)        Проглядаємо весь перелік робіт і розділяємо їх на власні роботиспіввиконавців.
2)        Аналізуємо зміст робіт і визначаємо необхідні спеціальності виконавців.
3)        Визначаємо необхідну кваліфікацію виконавців. Кваліфікація виконавцязалежить від складності виконуваної роботи.
4)        Визначаємо для кожної роботи необхідну кількість виконавців (фронтробіт).
5)        При розстановці виконавців по роботах звертаємо увагу на спеціалізаціюлюдей, їх навики по виконанню певних робіт.
6)Тривалості робіт обчислюються, якщо відомі трудомісткість робіт і кількістьзайнятих на ній людина (таблиця 6.1).
7) Аналізуємо завантаження виконавців (цей аналіз виконуєтьсяпри розробці мережних графіків і графіків завантаження – див. наступний розділ).
Список необхідних виконавців оформляємо в таблицю, де кожномувиконавцю привласнюється код (для спрощення оформлення переліку робіт, мережнихграфіків і графіків завантаження) (таблиця 6.2).
Таблиця6.1 Структура трудомісткості стадій і етапів НДР№стадії Найменування стадій і етапів Трудомісткість Виконавці Тривалість дні (округлий) Структурні коефіцієнти%
Трудомісткість
чол-ні Посада (код) К-ть чол. Стадії в загальній трудомісткості теми Етапів в стадії 1 Розробка технічного завдання на проведення НДР 4 Пошук літератури по заданій темі 25 3,75 04 1 4 Огляд і аналіз літературних джерел 10 1,5 02, 03 2 1 Патентний пошук 15 2,25 04 1 2 Пошук аналогів в мережі Internet 45 6,75 03, 04 2 3 Узгодження і затвердження ТЗ 5 0,75 01,02 2 1 Разом 100 15 11 2 Розробка технічної пропозиції 6 Аналіз ТЗ 3 0,66 03, 04 2 1 Проведення патентних досліджень 15 3,3 01 1 3 Огляд і аналіз науково-технічної інформації 10 2,2 02 1 2 Вибір і обгрунтовування напрямів проведення досліджень 40 8,8 01, 02, 03 3 3 Розробка рекомендацій по методиці проведення досліджень 10 2,2 01 1 2 Оформлення звіту по ТП 20 4,4 04 1 4 Узгодження і затвердження ТП 2 0,44 01, 04 2 1 Разом 100 22 16 3 Отримання початкової математичної моделі 12 Розробка методики моделі 10 4,4 02, 03 2 2 Визначення етапів рішення 15 6,6 01, 02 2 3 Проведення теоретичних досліджень 10 4,4 03, 04 2 2 Формування початкової розрахунково-кінематичної схеми 25 11 04 1 11 Розробка математичної моделі об'єкту дослідження 25 11 01 1 11 Отримання початкових виразів для моделі системи 5 2,2 01 1 2 Проведення (при необхідності) додаткових пошуків методик розрахунку 10 4,4 03 1 4 Разом 100 44 35 4 Проведення теоретичних і експериментальних досліджень 57 Розробка методики проведення досліджень 10 21 01,02,03 3 7 Проведення теоретичних досліджень 10 21 02,03 2 7 Розробка методики проведення експерименту 30 63 02, 03 2 31 Підготовка експериментальних зразків і устаткування для досліджень 20 42 03,04 2 21 Розробка методики проведення досліджень 10 21 01,02,03 3 7
Таблиця6.2. Список виконавцівКод виконавців Посада Оклад в місяць Денний 01 Керівник НДР 1200 54,54 02 Старший науковий співробітник 1000 45,45 03 Молодший науковий співробітник 950 43,18 04 Інженер-дослідник 1-ї категорії 900 40,9

6.3Розробка мережного графіка, побудова лінійної карти мережі, графікарозвантаження виконавців
Мережнийграфік на тему розробляють після складання переліку робіт, який дозволяєпрогнозувати і аналізувати хід робіт, аналізувати і обґрунтовувати завантаженнявиконавців, а потім контролювати і регулювати виконання робіт. Мережні графікискладаються з двох основних елементів робіт і подій.
Графік будується так, щоб якомога більшепаралельно виконувалося робіт. При такій побудові критичний шлях будеякнайменшим. Також необхідно враховувати, що деякі роботи виконуються одними ітими ж людьми. В таких випадках «запаралелювання» робіт не допустиме.
/>
Малюнок 6.2 – Графічне позначення параметрів подій і робіт
Позначення:
j-слідуюча подія, i-попередня подія, />–ранній термін звершення події, />– пізній термін звершення події, /> – тривалість стадії, />–кількість виконавців, />– повний резерв, /> – резерв першого роду, />– резерв другого роду, /> – вільний резерв. Після побудови першоговаріанту мережного графіка розраховують терміни і резерви подій і робіт,визначають критичний шлях.
Розрахунок параметрів мережного графікапроводиться по наступних формулах:
Ранній термін звершення події:

/>                                          (6.1)
Пізній термін звершення події:
/>                                           (6.2)
Де j-слідуюча подія, i-попередняподія.
Повний резерв:
/>                                           (6.3)
Резерв 1-го роду:
/>                                           (6.4)
Резерв 2-го роду:
/>                                          (6.5)
Вільний резерв:
/>                                          (6.6)
Звичайний мережний графік має недоліки – відсутність масштабу часу, щоутрудняє ув'язку термінів подій і робіт з календарним часом, оскільки побудовамережного графіка можлива тільки в масштабі реального часу. Мережний графікпредставлений на малюнку 6.2 додатку Г.
Самим універсальним і наглядним способом побудови мережного графіка вмасштабі часу є карта мережі.
Лінійна карта будується після розрахункупараметрів події і робіт мережного графіка і визначення критичного шляху. Намалюнку 6.3 додатку Г представлена лінійна карта мережного графіка. Лінійнакарта мережі, залишаючись мережним графіком зі всіма перевагами, отримуєпереваги і звичайних лінійних графіків – наглядність масштабу часу ікалендарних термінів початку і закінчення робіт.
6.4     Розрахунок заробітної платні виконавців теми
Заробітна платня виконавців теми складається з основної ідодаткової. Основну заробітну платню розраховують з урахуванням посадовихокладів (тарифних ставок) виконавців і кількості відпрацьованих днів.
При організації ВТК розрахунки основної заробітної платнідоцільно виконувати так, щоб були видні суми заробітної платні по стадіях іодночасно по окремих виконавцях (таблиця 6.3).
Заробітну платню за один робочий день визначають виходячи змісячного посадового окладу і кількості робочих днів в місяці (таблиця 6.2).
Вмісяці приймається 22 робочі дні. Розміри іншої статі калькуляції визначаються як відсоток відосновної заробітної платні. Нижче приведені процентні співвідношення для всієїстаті:
Загальнідоходи виконавців теми складатимуться з основної і додаткової заробітної платніі премій, одержуваних з фундації матеріального заохочення.
Таблиця 6.3. Розрахунок основної заробітної платні по стадіяхтеми і виконавцях власних робітВиконавці 01 02 03 04 Разом Оклад 54,5 45,4 43,1 40,9 Стадії Кількість днів Зарплата, грн Кількість днів Зарплата, грн Кількість днів Зарплата, грн Кількість днів Зарплата, грн Кількість днів Зарплата, грн ТЗ 1 54,5 1 45,4 2 86,2 7 286,3 11 472,4 ТП 6 327 3 136,2 2 86,2 5 204,5 16 753,9 Отримання початкової мат. моделі 14 763 2 90,8 6 258,6 13 531,7 35 1644,1 Проведення теор. і експер. досліджень 6 327 31 1407,4 44 1896,4 13 531,7 94 4162,5 Оформлення результатів НДР 13 708,5 12 544,8 6 258,6 1 40,9 32 1552,8 Синтез 11 449,9 11 449,9 Аналіз 8 363,2 7 301,7 15 664,9 Оформлення записки і упроваджен-ня результ. НДР 7 381,5 7 381,5 Разом 47 2561,5 57 2587,8 67 2887,7 51 2085,9 221 10082
Таблиця6.4. Загальні доходи виконавців власних робіт№ п/п Оклад в місяць Денний Кіл днів Основна ЗП Додаткова Сума 01 1200 54.5 47 2561,5 256,15 2817,65 02 1000 45.4 57 2587,8 258,78 2846,56 03 950 43.18 67 2893,06 289,3 3182,36 04 900 40,9 51 2085,9 208,59 2294,49
Таблиця6.5. Кошторисна калькуляція на тему НДР (грн)Стадії Основна заробітна платня Додаткова заробітна платня (15%) Відрахування на соцстрахування (37,5%) Невигідні витрати Загальні витрати ТЗ 472,4 70,86 203,72 472,4 1219,38 ТП 753,9 113,09 325,12 753,9 1946 Отримання початкової мат. моделі 1644,1 246,62 709,02 1644,1 4243,83 Проведення теор. і експер. досліджень 4162,5 624,38 1795,08 4162,5 10744,45 Оформлення результатів НДР 1552,8 232,92 669,65 1552,8 4008,17 Синтез 449,9 67,49 194,02 449,9 1161,3 Аналіз 664,9 99,74 286,74 664,9 1716,27 Оформлення записки і упровадження результ. НДР 381,5 57,23 164,52 381,5 984,75 Разом 10082 1512,3 4347,86 10082 26024,16
6.5Кошторисна калькуляція на тему
При розробці кошторисної калькуляції на тему розраховуютькошторис витрат і ціну теми. Витрати при цьому групуються по стадіях.
6.6 Розрахунок ціни теми
В даному дипломному проекті ціна теми приймається як ціна розробника– це мінімально допустима ціна, враховуючи кошторис витрат на розробку теми іприбуток, розрахований по встановленому коефіцієнту рентабельності:
/>                                                  (6.7)
де СЗАГ- загальний кошторис витрат (загальні витрати);
КРЕНТ– коефіцієнт рентабельності (20%);
/>

Вході виконання економічної частини дипломного проекту був складений перелік робіт потемі і визначені трудомісткості робіт, виконавці робіт, тривалості. Розроблениймережний графік, побудовані лінійна карта мережі, графік завантаженнявиконавців, зроблений розрахунок фонда заробітної платні виконавців, кошторисивитрат і ціни теми.
Такимчином в розробці теми візьмуть участь 4 виконавців, тривалість виконання робітскладає 153 днів, ціна теми складає />

7.Забезпечення життєдіяльності і питання екології7.1 Аналіз шкідливих інебезпечних чинників
Вданій дипломній роботі і досліджений сервопривод урахуванням нелінійності.Основним місцем роботи була науково-виробнича дослідницька лабораторія (НВДЛ) №402, кафедри№301. При проведенні робіт в лабораторіях подібного профілю необхідно враховуватипитання безпеки праці, попередження травматизму і професійних захворювань,питання правової охорони праці.
В лабораторіях робочий персонал може піддатися діїнебезпечних чинників, обумовлених як особливостями роботи (використовуванняЕОМ, наявність небезпечної напруги електроживлення, вживання свердлувальноговерстата з підвищеним рівнем шуму), що проводиться, так і станом робочогоприміщення і навколишніх його об'єктів (розміщення в приміщенні або поблизунього вибухово- і пожежнобезпечних речовин і ін.)
Фізичні чинники дії: підвищений рівень електромагнітного поля; підвищений рівень статичної електрики; недостатня освітленість;підвищена або знижену вогкість повітря; підвищена або знижену температуру повітря; пожежа; поразка електричним струмом.
Психофізичні чинники: перенапруження зорових абослухових аналізаторів; монотонність праці; емоційні перевантаження; утомленістьгруп м'язів через малу рухливість.7.2   Розробка заходів щодо зниження впливу шкідливих чинників
Велике значення при проведенні експериментальних робітмає виключення або зменшення дії шкідливих, негативних,небезпечних і вражаючих чинників.
Вимоги до мікроклімату приміщеннялабораторії.
З погляду комфортних виробничих умов,атмосфера виробничого середовища повинна мати:
а)        певне співвідношення газів, що входять вповітряне середовище;
б)        певну температуру;
в)        певну вогкість;
г)        певний тиск;
д)        певну швидкість переміщення.
Рівеньтиску і газовий склад повітря в даному виробничому середовищі, тобто вприміщеннях лабораторій, залежать в більшій мірі від стану навколишньої йогоатмосфери. Але існують і норми запорошеної повітря в приміщенні лабораторій, якінеобхідно дотримувати для забезпечення збереження здоров'я людини ібезперебійної роботи техніки.
Метеорологічні умови в даномувиробничому приміщенні визначаються температурою, вогкістю і швидкістю рухуповітря. Норми метеорологічних умов на виробництві регламентуються ГОСТ12.1.005–76 «Повітря робочої зони», де вказано, що при легкій (1а) категоріївиконуваних робіт, в робочій зоні лабораторій повинні забезпечуватися допустимінорми температури 18 – 25 °З, відносної вогкості повітря 40 – 60% і швидкостіруху повітря в межах 0.2 – 1 м/с.
Для забезпечення необхідної температуриі вогкості необхідно обладнати приміщення випробувальної лабораторії приладамицентрального або індивідуального опалювання. Для забезпечення заданихметеорологічних умов і чистоти повітря необхідно організувати систему вентиляціїприміщення.
Система освітлення.
Освітлення можна розділити на 3вигляди: штучне; природне; суміщене.
Природне освітлення – створюванесвітлом неба і сонця (пряме і відображене).
Суміщене освітлення – при якомув світлий час доби недостатнє по нормах природне освітлення доповнюєтьсяштучним.
Штучне освітлення може бутикласифіковано залежно від розміщення: місцеве (настільна лампа); загальне;комбіноване (місцеве + загальне).
Також застосовується спеціальне штучнеосвітлення: аварійне; чергове; охоронне і т.д.
Зі всіх видів розглянемо загальнеосвітлення, яке складається з ламп, укріплених на стелі. Найширше поширеннянабули лампи двох видів:
А) Лампи розжарювання – мають наступнідостоїнства: простота в експлуатації; не вимагають пускових пристроїв; простотавиготовлення; і недоліки: низька величина світлової віддачі, порівняльнонизький період працездатності, спотворення перенесення кольорів.
Б) Газорозрядні лампи – електричнийрозряд в середовищі інертного газу. Їх гідність – можливість регулюванняспектру. Недоліки: наявність пульсацій, складний механізм, мають потребу внаявності пускових пристроїв.
Вимоги до електробезпеки.
Одним з найвірогідніших і небезпечнихчинників, які можуть виникнути в приміщенні випробувальної лабораторії, єпоразка електричним струмом. До складу комплексу входить ряд пристроїв, напругаживлення яких небезпечна для життя оператора. Такими пристроями є:
1)        ЕОМ – живиться від однофазної мережізмінного струму 220 В;
2)        свердлувальний верстат (220 В);
3)        паяльники, а також різні вимірювальніприлади (220 В).
Також в приміщенні МУЛ знаходяться обслуговуючі ідопоміжні пристрої, які теж можуть стати причиною поразки оператора електричним струмом. До таких пристроїв відносяться: кондиціонери, вентилятори,прилади індивідуального освітлення робочого місця,індивідуального обігріву (в холодну пору року) і ін.
Одним з основних методів запобіганняпоразки електричним струмом є дотримання правил техніки безпеки.
Шумова безпека.
Шум відноситься до шкідливих чинниківвиробництва і виникає при механічних коливаннях в твердих,рідких і газоподібних середовищах. Шумом є різні звуки, що заважають нормальнійдіяльності людини і що викликають неприємні відчуття. Звук є коливальним рухомпружного середовища, сприйманим людським органомслуху. Підвищення звукового тиску негативно впливає на органслуху; для вимірювання гучності (в децибелах Дб)використовується двушкальний шумомір.
Крім того, існує доведена шкідлива дія інфра-і ультразвуку на людський організм (нижче 20 Гц і вище за 20 кГц частотувідповідно). Хоча коливання не викликають больових відчуттів, вони проводятьспецифічну фізіологічну дію на організм людини.
Об'єктивно дії шуму виявляються увигляді підвищення кров'яного тиску, прискореного пульсу і дихання, зниженнягостроти слуху, ослаблення уваги, деякі порушення координації руху, зниженняпрацездатності. Суб'єктивно дії шуму можуть виражатися у вигляді головногоболю, запаморочення, безсоння, загальної слабкості. Комплекс змін, що виникаютьв організмі під впливом шуму, останнім часом розглядається медиками як «шумовахвороба».
Як захист від шуму і звуку слідзастосовувати нормування рівня шуму, звукоізоляцію, звукопоглинання, спеціальніглушники аеродинамічного шуму, засобу індивідуального захисту.
Вібрація – механічне коливання пружних тіл; при цьомускоюються коливальні рухи. Вібрації з частотою більше 200 Гц небезпечні длялюдини. Для її зменшення використовують віброізоляції, пружинні опори іпідстави, прокладки, килимки.
Пожежна безпека.
При роботі необхідно дотримувати пожежну безпеку. Вприміщенні випробувальної лабораторії повинні бути встановлені засобипожежогасінні і боротьби з вогнем. Забороняється зберігання в приміщенні порожніхпакувальних коробок від устаткування, зайвого легко вспалахующого сміття. Дляїди повинна бути обладнана окрема кімната. Забороняється включатиелектрокип'ятильники, чайники і т.д. в приміщенні лабораторії. Необхідно, щобкондиціонери, обігрівачі, прилади вентиляційної системи і інші електричніприлади були справні, щоб вони регулярно перевірялися на справністьвідповідними фахівцями. Повинні бути вільні шляхи евакуації на випадоквиникнення пожежі. По можливості приміщення лабораторії повинне бути обладнанопожежною сигналізацією. Працівники лабораторії повинні бути знайомі з правиламиповодження із засобами вогнегасіння, які знаходяться в приміщенні. Необхідно,щоб на стендах були доступно і зрозуміло описані правила поведінки при пожежі,правила користування приладами вогнегасіння, засобами захисту при пожежі,планом евакуації, правилами надання першої допомоги при отриманні опіків.Повинен бути так само оформлений документ працівниками підприємства про те, щовони ознайомлені з правилами пожежної безпеки.
/> — випромінювання.
До іонізуючих випромінювань відносяться корпускулярні (альфа,– бета, – нейтральні) і електромагнітні (гамма, рентгенівські, космічні) випромінювання,здатні при взаємодії з речовиною прямо або побічно створювати в ньому зарядженіатоми і молекули – іони.
Іонізуючі випромінювання надають несприятливу дію на організмлюдини, приводячи до важких захворювань, можливий і смертельний результат.Велика небезпека радіоактивного випромінювання полягає в тому, що воно невиявляється органами чуття людини.
Результат поразки залежить від виду випромінювання, дозивипромінювання, тривалості дії і індивідуальних особливостей організму.
Забезпечення безпеки працюючих з радіоактивними речовинамиздійснюється шляхом встановлення граничнодопустимих доз опромінювання різними видамирадіоактивних речовин; вживанням захисту часом або відстанню, проведеннязагальних заходів захисту, використовування засобів індивідуального захисту.Велике значення має вживання приладів індивідуального і загального контролю дляоцінки інтенсивності радіоактивних випромінювань.
ОператорЕОМ безпосередньо знаходиться на відстані від 0.5 до 2 м від дисплея, а цеджерело />-частиць.
Прироботі з />-джерелу потрібен захиствід прямої дії />-частиць і відгальмівного випромінювання.
Екранидля захисту від />-випромінювань доцільноробити двошарові: з боку джерела застосовується матеріал з малим атомнимномером, щоб гальмівне випромінювання було менш проникаючим, а за нимпоміщається шар матеріалу з великим атомним номером для поглинання гальмівноговипромінювання.
Загальні вимоги до робочого місця.
Робоче місце оператора повинневідповідати характеру виконуваної роботи і забезпечуватизручні і безпечні умови праці.
Основна задача планування робочогомісця полягає в тому, щоб створити об'єктивні передумови для раціональностіробочих рухів і робочої пози виконавців. Планування робочого місця повинне ґрунтуватисяна обліку антропометричних даних працівників (зростання, довжина рук, довжинаніг). Розміри крупної людини визначають мінімум простори, необхідного длясвободи дій, а розміри невеликої людини повинні прийматися при визначенні междосяжності ручних і ножних органів управління. Крім того, необхідно враховувативплив одягу, який накладає додаткові обмеження на свободу рухів людини.
Робоче сидіння повинне бути зручним длявиконання планованих робочих операцій. Воно повинне мати необхідні розміри ідопускати регулювання не тільки по висоті, але і по положенню, коли йоговживання вимагає рухливості. Робочий стіл повинен забезпечувати разом з робочимсидінням таке положення корпусу, при якому навантаження розподілено оптимальнимчином на всі м'язи, що беруть участь в підтримці тіла і дотримання правильноїпостави при роботі. Після того, як на підставі даних антропометрії вибраніоптимальні габарити робочого простору, необхідно організувати всі елементиробочого місця відповідно до особливостей діяльності людини. При організаціїробочого місця, необхідно враховувати економне використовування виробничихплощ. На кожного працівника повинно доводитися не менше 4,5 м2 виробничоїплощі при висоті приміщення не менше 3,2 м. Слід також мати у виглядіоснащення робочого місця меблями і пристосуваннями, сконструйованими відповіднодо рекомендацій психофізіології праці. Безпека робочого місця повиннавідповідати вимогам виробничої санітарії, техніці безпеки і протипожежноїтехніки.7.3Система вентиляції
Задачею вентиляції є забезпечення чистоти повітря і заданихметеорологічних умов у виробничих приміщеннях. Вентиляція досягається видаленням забрудненогоабо нагрітого повітря з приміщень і подачею в нього свіжого повітря.
За способом переміщення повітря вентиляція буває з природнимімпульсом (природної) і з механічним (механічної). Можливе також поєднанняприродної і механічної вентиляції (змішана вентиляція).
Залежно від того, для чого служить система вентиляції, – дляподачі (притоки) або видалення (витяжки) повітря з приміщення або (і) для тогоі іншого одночасно, вона називається приточуванням, витяжною абоприточування-витяжною.
По місцю дії вентиляція буває загальнообмінною і місцевою.
Дія загальнообмінної вентиляції заснована на розбавленнізабрудненого, нагрітого, вологого повітря приміщення чистим повітрям догранично допустимих норм. Цю систему вентиляції найбільш часто застосовують увипадках, коли шкідливі речовини, теплота, волога виділяються рівномірно повсьому приміщенню. При такій вентиляції забезпечується підтримка необхіднихпараметрів повітряного середовища у всьому об'ємі приміщення.
У виробничих приміщеннях, в яких можливе раптове надходженняв повітря робочої зони великих кількостей шкідливої пари і газів, разом зробочою передбачається пристрій аварійної вентиляції.
Природна вентиляція.
Повітрообмін при природній вентиляції відбувається внаслідокрізниці температур повітря в приміщенні і зовнішнього повітря, а також врезультаті дії вітру. Різниця температур повітря всередині і зовні приміщення,а, отже, і різницю густини викликають надходження холодного повітря вприміщенні і витіснення з нього теплого повітря. При дії вітру із завітреноїсторони будівель створюється знижений тиск, унаслідок чого відбувається витяжкатеплого або забрудненого повітря з приміщення; з навітряного боку будівлістворюється надмірний тиск, і свіже повітря поступає в приміщення на змінуповітрю, що витягається.
Природна вентиляція може бути організованою інеорганізованою. При неорганізованій вентиляції надходження і видалення повітрявідбувається через нещільність і пори зовнішніх огорож (інфільтрація), черезвікна, кватирки, спеціальні отвори. Організована природна вентиляція виробничихприміщень здійснюється аерацією і дефлекторами.
Аерація здійснюється в холодних цехах за рахунок вітровоготиску, а в гарячих цехах за рахунок сумісної або роздільної дії гравітаційногоі вітрового тиску. Перевагою аерації є те, що великі об'єми повітря подаються івіддаляються без вживання вентиляторів і воздуховодів. Разом з перевагамиаерація має істотні недоліки, а саме: в літній час ефективність аерації може значнознижуватися унаслідок підвищення температури зовнішнього повітря, особливо вбезвітряну погоду; крім того, поступаюче в приміщення повітря не обробляється.
Вентиляція за допомогою дефлекторів. Дефлектори є насадки,встановлювані на витяжних воздуховодах і використовуючі енергію вітру.Дефлектори застосовують для видалення забрудненого або перегрітого повітря зприміщень порівняно невеликого об'єму, а також для місцевої вентиляції.
Механічна вентиляція.
В системах механічної вентиляції рух повітря здійснюєтьсявентиляторами і в деяких випадках ежекторами. Механічна вентиляція буває:приточування, витяжна і приточування-витяжна, вони відрізняються подачею івідтоком повітря.
Вентилятори – це воздуходувні машини, що створюють певнийтиск і службовці для переміщення повітря при втратах тиску у вентиляційніймережі. Найпоширенішими є осьові і радіальні вентилятори.
Ежектори застосовуються у витяжних системах в тих випадках,коли необхідно видалити дуже агресивне середовище, пил, здібний до вибуху нетільки від удару, але і від тертя, або легко вспалахаючі вибухонебезпечні гази.
Кондиціонування повітря – це створення і автоматичнапідтримка в приміщеннях незалежне зовнішніх умов постійних або змінюються запевною програмою температури, вогкості, чистоти і швидкості руху повітря,найсприятливішої для людей або що вимагаються для нормального протіканнятехнологічного процесу. Тому на промислових підприємствах кондиціонуванняповітря застосовується або для забезпечення комфортних санітарно-гігієнічнихумов, створення яких звичайною вентиляцією неможливе, або як складова частинатехнологічного процесу.
Очищення повітря від домішок може проводитися як при подачіповітря, так і при видаленні з нього забрудненого повітря. В першому випадкузабезпечується захист працюючих у виробничих приміщеннях, а в другому – захистнавколишньої атмосфери.7.4     Розрахунок загальнообмінної вентиляції
Розглянемо тепловиділення деякими джерелами:
1. Тепловиділення від устаткування, що приводиться в діюелектродвигунами, і від комп'ютерної техніки, ккал/ч:
Q1 =860 · NY· n + 860 · Qпк· nпк                            (7.1)
NУ — номінальнапотужність двигуна, кВт;
n – кількість двигунів;
Qпк- тепловиділення персонального комп'ютера;
nПК – кількість персональних комп'ютерів.
Q1 =860 · 0.3 · 1 +860 · 0.2 · 2 = 602 (ккал/ч).
2.Тепловиділення від штучного освітлення, ккал/ч:
Q2= 860 · Nосв                                                        (7.2)
Nосв –сумарна потужність джерел, кВт;
Q2= 860 · 0.8 = 688 (ккал/ч).
3.Тепловиділення від людей:
Q3 =Qл · nл                                                       (7.3)
Qл – тепловиділеннявід людей, ккал/ч
nЛ – кількість людей.
Q3= 55 · 4 = 220 (ккал/ч).
3.  Надходження теплачерез світлові отвори за рахунок сонячної радіації, ккал/ч:
Q4=F · q                                                             (7.4)
F – площасвітлового отвору, м2;
q – кількість тепла вноситься сонячною радіацією через світловіотвори, ккал/(ч*м2).
Q4= 240 · 12 = 2880(ккал/(ч*м2)).
4. Тепловтратичерез будівельні огорожі, ккал/ч:
Qтп=k · F · (Тп – Тн)                                   (7.5)
k – коефіцієнттеплопередачі огорожі ккал/(ч·м2· До)
F – поверхня огорожі, м2
Тп – температуразовнішня, До/>/>/>/>/>/>/>/>/>
Тн – температура в приміщенні, До.
Qтп = 1.06 · 15 · 14 = 222,6 (ккал/ч).
Кількістьнадмірного тепла в робітниках приміщення
/>                                             (7.6)
Q =602 + 688 + 220 + 2880 – 222,6 = 4167,4 (ккал/ч).
За наявності надмірного тепла в робочих приміщенняхрозрахуємо кількість повітря, необхідного для створення нормальних умов праці,м3/ч:
/>                                            (7.7)

C – питоматеплоємність повітря, 0.24 ккал/(кг·К)
у – об'ємна вага повітря, що поступає в приміщення, кг/м3.
L = /> =1046,66.
Кратністьобміну повітря:
K = />                                                    (7.8)
VП – об'їмприміщення, м3.
K = /> = 23,26.
Кратністьобміну повітря менше 30, отже, вентиляція в приміщенні природна і немаєнеобхідності у вентиляторі.
7.5 Можливі надзвичайні ситуації в районі робочогомісця або вузу
Надзвичайнаситуація – порушення нормальних умов життя і діяльності людей на об'єкті аботериторії, викликане аварією, катастрофою, стихійною бідою або іншоюнебезпечною подією, яка може привести або привело до загибелі людей, їхпоразки і значних матеріальних втрат.
В районі робочого місця або вузу, в якому розташованадослідницька лабораторія (МУЛ) №402, де експлуатується додаток, щорозробляється, можливі наступні надзвичайні ситуації:
– техногенногохарактеру: пожежі і неспровоковані вибухи (10200); аварії з викидом або загрозоювикиду сильнодіючих отруйних речовин (10301); наявність в навколишньомусередовищі шкідливих речовин з концентраціями, перевищуючими ПДК (10400);раптове руйнування будівель і споруд (10600); аварії на системах зв'язку ітелекомунікаціях (10900).
– природногохарактеру: небезпечні геологічні явища (20100); небезпечні метеорологічні явища(20200); інфекційні захворювання людей (20600); отруєння людей (20700);
– соціально-політичного характеру: озброєні напади,захоплення і затримання військових об'єктів, або реальна загроза здійсненнятаких акцій (30100); установка вибухового пристрою в суспільному місці,установі, організації, на підприємстві в житловому секторі, на транспорті(30400).
– військового характеру, пов'язані з наслідками вживаннязброї масової поразки або звичайних засобів поразки, під час яких виникаютьвторинні вражаючі чинники населення в результаті руйнування атомних ігідроелектростанцій, складів і укриттів, радіоактивних і токсичних речовин івідходів, нафтопродуктів, вибухівки, транспортних і інженерних телекомунікацій.
7.6 Прогнозування наслідків надзвичайної ситуації (НС),викликаної пожежею
Розглянемонадзвичайну ситуацію техногенного характеру – пожежа на стоянці автомобілів (кодсфери виникнення 10203).
Горюча речовина – бензин, m=300 кг.
Первинний вражаючий чинник даної надзвичайної ситуації –світлове випромінювання пожежі.
Рівень надзвичайної ситуації – місцевий.
Наслідки ЧС: поразки людей (опіки, пошкодження органів зору іт.д.); спалах і інші пошкодження будівлі, устаткування і інших матеріальних об'єктів.
Радіус зовнішньої межі зони можливих суцільних пожеж:
/>                                        (7.9)

де Q – маса «запасів горючої речовини», кг;
HТ – питома теплотазгоряє горючої речовини, Дж/кг;
IСГ – густина потокупотужності світлового випромінювання первинної пожежі на зовнішній межі зониможливих суцільних пожеж, Вт/м2;
ТВИГ– час вигоряння «запасів горючої речовини».
Час вигоряння «запасів горючої речовини»:
/>                  (7.10)
де НГВ– товщина шару «запасів горючої речовини», розлитої на поверхні, мм;
VВИГ – лінійна швидкість вигоряння горючої речовини,мм/с;
Підставляючичас вигоряння «запасів горючої речовини» у формулу 6.9, визначаємо радіусзовнішньої межі зони суцільних пожеж:
/> (7.11)
знаменник 2·3,14·30·10:3·785,7чисельник 300 =6,9
Радіусзовнішньої межі зони можливих окремих пожеж рекомендується визначати ізспіввідношення:
/> (7.12)
де Q – маса «запасів горючої речовини», кг;
HТ – питома теплотазгоряє горючої речовини, Дж/кг;
JОТД – густина потоку потужності світловоговипромінювання первинної пожежі на зовнішній межі зони можливих окремих пожеж,Вт/м2.
Радіус«калюжі», розлитого по поверхні горючої речовини:
/> />                 (7.13)
де /> – маса «запасівгорючої речовини», кг;
r – питома вага рідкої горючої речовини, кг/м3.
Вважаємо,що всі люди, які знаходяться у межах зони суцільних пожеж, можуть одержатиопіки відкритих ділянок шкіри першого, другого, третього і четвертого ступеня, поразкаорганів зору (у вигляді тимчасового засліплення) і навіть загинути.
Знайдемо людські втрати, використовуючи співвідношення:
М загальні втрати = N спл =50 (чол.)                                    (7.14)
де N спл – кількість людей, які у момент виникненняпожежі можуть працювати в зоні можливих суцільних пожеж, чіл.
Знайдемо санітарні втрати в результаті пожежі:
М сан=0,95×М загальні втрати = 25 (чол.)                            (7.15)
Втрати основних фундацій:
/> (7.16)
ВтратиОФ=5%.
Можливийхарактер і об'єм рятувальних і інших невідкладних робіт в зоні ЧС, якийнеобхідно буде провести для ліквідації її наслідків:
– розвідкафактичної пожежної і хімічної обстановки на території ЧС, зокрема на ділянціробіт рятувальників;
– локалізація і гасіння окремих пожеж на ділянкахсуцільних пожеж;
– пошук потерпілих;
– надання першої допомоги потерпілим і евакуація їх домедичних установ;
– виведення персоналу в безпечні райони;
– локалізація аварій на електроенергетичній мережіінституту, її ремонт і відновлення.
/>
Малюнок7.1 – Карта очікуваної інженерної обстановки, що виникла в результаті пожежі настоянці автомобілів, бензин, m=300 кг

Охорона здоров'я проектувальників, забезпечення безпеки умов праці,ліквідація професійних захворювань і виробничого травматизму складає одну з головних турботкерівників дослідницькими інститутами.
Вданому розділі був проведений аналіз шкідливих і небезпечних чинників,розроблені заходи щодо зниження впливу шкідливих чинників. Розглянута системавентиляції. Проведений розрахунок загально обмінної вентиляції для лабораторії.В результаті розрахунків одержали, що вентиляція в приміщенні природна і немаєнеобхідності у вентиляторі.
Виявлені можливі надзвичайні ситуації в районі робочогомісця або організації. Спрогнозовані соціально-економічні наслідки надзвичайної ситуації техногенногохарактеру, заподіяної пожежею.

Висновок
Вданій дипломній роботі був досліджений сервопривіду с урахуванням нелінійності. В основній частині за допомогою методу гармонічної лінеаризації системидиференціальних рівнянь, що описують динаміку об'єкту управління і з урахуваннямвиду руху, заданого в ТЗ, була одержана математична модель.
Задопомогою програмного пакету MATLAB був проведений аналіз динамічних характеристикоб'єкту управління. Аналіз результатів вживання методу управління бувпроведений в середовищі SIMULINK шляхом моделювання системи в цілому.
В конструкторській частині виробленарозробка печатного вузла спеціалізованого обчислювача.
В науково-дослідницькій практичній частиніроботи досліджувався впливу зон нелінійності на показники якостісервопривіду.
Внауково-дослідницькій теоретичній частині роботи визначалая критичнадобротність сервопривіду при заданих нелінійних ділянках. Визначалась допустимаамплітуда сигналу при заданих нелінійностях, для підприємств які досліджуютьданий сервопривід.
Задачею експериментальноїчастини було, одержати навики дослідження статичної і динамічних характеристикелектрогідравлічної рульової машинки (ЕГРМ), з використанням реальної установки (в аудиторії 402 радіокорпусу). Як об'єктуправління використовували електрогідравлічний рульовий привід.
В економічній частині розробили перелікробіт по проведенню НДР, підібрали і розстановили виконавців, розрахувалитривалості і рудмісткості робіт. Розробили мережний графік ходу робіт,розрахували параметри подій і робіт, визначення тривалості і ціну теми.
В частині БЖД враховані і нормовані всі чинники, негативновпливаючі на людину при виготовленні і експлуатації радіоелектронного устаткування.
Провести аналіз безпеки системи «людина-техніка-середовище»,що розробляється, і обґрунтували можливі шляхи запобігання або ослаблення впливу небезпечнихі шкідливих виробничих чинників на людину.
Всірезультати розрахунків, одержані в ході роботи, задовольняю вимогам ТЗ.

Список використаної літератури
 
1.        Рабинович Л.В. Устойчивость и автоколебания нелинейныхследящих приводов. – МАИ, 1997. – 45 с.
2.        Рабинович Л.В и др. Проектирование следящих систем. – М.: Машиностроение,1969. – 40 с.
3.        Метод гармонической линеаризации в проектировании нелинейныхсистем автоматического управления/ Под.ред Топчеева Ю.И. – М: Машиностроение,1970. – 120 с.
4.        Сюд. Майер А. Современная теория автоматического применения и ееприменение. – М.: Машиностроение, 1972. – 435 с.
5.        Функции MATLAB в задачах анализа и проектирования систем управления/ Соколов Ю.Н. – Учебное пособие. – X.: Нац.аэрокосм. ун-т, «Харьк. авиац.ин-т», 2004. – 93 с.
6.        Первозванский А.А. Случайные процессы в нелинейныхавтоматических системах. – М: Гос.изд. Физмат, литературы, 1962. – 348 с.
7.        Гамынин Н.С. Основы следящего гидравлического привода. – М.:Обо-ронгиз, 1962.-293с
8.        Гидропривод и гидропневмоавтоматика, – Киев: Техника, 1989, –130 с.
9.        Симонов В.Ф. Теория нелинейных оптимальных и адаптивныхсистем автоматического управления. – Харьков: 1981. – 117 с.
10.     Кулик А.С., Пищухина О.А., Фирсов С.Н. Отказоустойчивое управлениепневматическим сервоприводом. – Харьков «ХАИ»:2004. – 125 с.
11.     Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем. – М.:Наука, 1977. -560 с.
12.     Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматическогорегулирования и управления. – М.: Наука, 1979. – 256 с.
13.     Кулик А.С., Гордин А.Г., Кортунов В.И., Симонов В.Ф., Соколов Ю.Н.– Харьков: Нац. аэрокосмич. ун-т «ХАИ», 2001. – 224 с.
14.     Кулик А.С. Основы моделирования систем: Учеб. пособие. –Х.: Харьк. авиац. ун-т, 1998–90 с.
15.     Теория автоматического управления. Под. ред. А.С. Шаталова. –М.: Высш. школа, 1977. – 448 с.
16.     Кулик А.С., Фирсов С.Н. Построение диагностических моделейпри разработке динамического обеспечения пневматического сервопривода //Авиационно-космическая техника и технология. – Х: Нац. аэрокос. ун-т. «ХАИ».-2002. – Вып. 54. 40–53 с.
17.     Теория автоматического управления. Ч.П. Теория нелинейных испециальных систем автоматического управления / Под. ред. А.А. Воропова. –М.: Высш. школа, 1977. – 288 с.
18.   Бесекерский В.А.,Орлов В.П., Полонская Л.В. Федоров СМ. Проектирование следящих системмалой мощности. – М.: Судпромгиз, 1957. – 430 с.
19.   Гамынин Н.С.,Жданов Ю.К., Климашин А.Л. Динамика быстродействующего гидравлическогопривода. – М.: Высш. школа, 1970. -452 с.
20.   Азенберг Я.Е.,Борушко Ю.М. Динамические свойства ЛА с ЖРД и требования к автоматустабилизации. – Харьков, 1984. – 364 с.
21.   Башта Т.М. Расчети конструкции самолетных гидравлических устройств.-М.: Оборонгиз, 1961. –345 с.
22.   Гамынин Н.С. Уравнениедвижения и частотные характеристики гидропривода с объемным регулированием.Труды МАИ, вып. 117-М.: Оборонгиз, 1960. – 321 с.
23.   Ермаков В.В. Основырасчета гидропривода. – М.: Машгиз, 1951.-234с
24.   Литвин-Седой М.З. Гидравлическийпривод в системах автоматики. – М.: Машгиз, 1956. – 349 с.
25.   Попов В.К. Основыэлектрпривода. – М.: Госэнергоиздат, 1951. -221 с.
26.   Солодовников В.В.и др. Основы автоматического регулирования, – М.: Машгиз, 1954. – 456с
27.   Барковский В.В.,Захаров В.Н., Шаталов А.С. Методы синтеза систем управления. – М. Машиностроение,1969. – 328с
28.   Кузоков Н.Т. Теорияавтоматического регулирования, основанная на частотных методах. – М.:Оборонгиз, 1970 – 438 с.
29.   Хаймович Е.М. Гидроприводыи гидроавтоматика станков. – М.: Машгиз, 1959. – 432 с.
30.   Чиликин М.Г.,Корытин А.М., Прокофьев В.Н. Силовой электрогидропривод. – М.:Госэнергоиздат, 1955. – 325 с.
31.   Лурье А.И. Некоторыенелинейные задачи теории автоматического ре-гулирования. – М.: Гостехиздат,1951. – 432 с.
32.   Попов Е.П. Обоценке качества нелинейных автоматических систем при случайных помехах., Автоматикаи телемеханика, Т.ХХ, №10,1959. – 125 с.
33.   Летов A.M.Устойчивость нелинейных регулированных систем. – М. Тостехиздат, 1955 -496 с.
34.   Попов Е.П. Теориянелинейных систем автоматического регулирования и управления. – М.: Наука, 1979– 256 с.
35.   В.Г. Григорьев,Д.В. Григорьев А.с. №1794804 (СССР). Рулевой привод управляемойаэродинамической поверхности летательного аппарата. – Опубл. в Б.И., 1993, №6.
36.   И.Ф. Баныкин,В.Н. Глот, B.C. Луняков А.с. №20255414 (Россия) Способ автоматической посадкисамолета – Опуб. в Б.И., 1992, №10.
37.   Г.Н. Громов,В.В. Гаврищук. А.с. №289027 (СССР) Способ автоматической посадки самолета –Опуб. в Б.И., 1985, №4
38.   B.I. Соколов А.с.№23347 (Украша) Слщкуючий пдропривщ – Опубл. в Б.И., 1998, №4