Проектирование лабораторного стенда по изучению принципа действия и структуры активных электромагнитных подвесов

Проектирование лабораторного стенда по изучению принципа действия и структуры активных электромагнитных подвесов

Введение

В настоящее время стала актуальной тема популяризации техники на магнитном подвесе, которая успешно зарекомендовала себя в железнодорожном транспорте. В отличие от традиционной системы «колесо ‒ рельс», которая обладает рядом недостатков: не позволяет развивать большие скорости, за счет трения происходит большой износ деталей, вибрации, шум, и т.д, техника на магнитном подвесе имеет следующие преимущества: позволяет развивать большие скорости движения, благодаря отсутствию механического контакта, необходимости смазки, износа и шума. Во время эксплуатации обеспечивает долговечность работы. Кроме того, имеет ряд преимуществ при работе в агрессивных средах, при низких температурах и в вакууме.

С учетом вышеизложенного материала, следует заключить, что существует необходимость актуализации разработок технических систем на магнитном подвесе.

Как показывает опыт развитых стран, занимающихся разработкой транспортных системна магнитном подвесе, транспорт способен развивать скорость до 500 км/ч, при этом обеспечивать необходимую безопасность, комфорт, независимость от атмосферного давления, экологичность, шумоизоляцию.

Первые примеры практического использования магнитных подвесов в измерительных приборах были получены в 40-х годах XX столетия.

Их развитием и изучением занимались знаменитые ученые: Д. Бимс и Д. Хризингер (США), О.Г. Кацнельсон и А.С. Эдельштейн(СССР). Первый активный магнитный подшипник был представлен и экспериментально исследован в 1960 году Р. Сикссмитом (США). Широкое практическое применение активных магнитных подшипников в нашей стране и за рубежом началось в начале 70-х годов XX столетия и сейчас применяется в таких областях техники как: космические и ядерные установки, текстильные машины, турбины и насосы в вакууме, роботы, точные измерительные приборы, двигатели, железнодорожный транспорт и т. д. [5]

Данная дипломная работа посвящена разработке системы многоосевого магнитного подвеса с целью развития знаний, практических умений и навыков у студентов различных технических специальностей, в области электромагнитной левитации, синтезе и анализе законов управления механических систем.

В эксперименте, полый шар из ферромагнитного материала, под действием электромагнитного поля находится в подвешенном состоянии. Действие магнитного подвеса происходит за счет равновесия сил, т.е. сила тяжести и приложенная нагрузка компенсируются силой магнитного поля (магнитной силой), вследствие чего объект находится в подвешенном состоянии и может совершать бесконтактные движения за счет регулирования магнитной силой, где источником магнитного поля является электромагнит, а объектом может выступать ферромагнетик или немагнитный материал с закрепленным на нем магнитом.

Также лабораторный стенд раскрывает принцип действия, структуру магнитных подшипников, а также наглядно демонстрирует схему регулятора, свойства регулятора с обратной связью, которые необходимы для создания и управления магнитного подшипника.

Цель работы: спроектировать и изготовить лабораторный стенд по изучению принципа действия и структуры активных электромагнитных подвесов.

Задачи:

спроектировать и изготовить аппаратную часть системы управления ЭП;

разработать алгоритм и программно реализовать на языке Arduino

- изготовить действующий макет ЭП;

- разработать учебно-методические материалы для проведения лабораторных занятий на кафедре «Управления техническими системами» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ИрГУПС).

1 Введение в технологию магнитных подшипников

.1 Введение

Магнитные подшипники ‒ это яркий пример из области мехатроники. Они включают в себя не только механические компоненты, но и электронные элементы (датчики, усилители мощности, регулятор, и др.) и электромеханические преобразователи (электромагнит).

В связи с развитием и общедоступностью электроники и микропроцессорной техники, магнитные подшипники могут так же широко использоваться, как и другие традиционные подшипники, что сделает их более выгодным решением классических проблем в машиностроении.

Магнитный подшипник без регулирования является непригодным к использованию конструктивным элементом. Только сочетание механики, датчиков, приводов, автоматического регулирования и обработки информации делает магнитный подшипник пригодным к использованию и раскрывает его преимущества.

На данный момент магнитные подшипники используются в узких областях: применяются в турбокомпрессорах и компрессорах для природного газа, водорода и воздуха, в вакуумной технике, в электрогенераторах, в контрольном и измерительном оборудовании, в высокоскоростных полировальных, фрезерных и шлифовальных станках. В станках при использовании магнитных подшипников, где шпиндель вращается со скоростью 30000 об/мин, возможна высокоскоростная обработка. А так же в турбомашинах, где при высоких температурах магнитный подшипник имеет более продолжительный срок службы, чем обычный подшипник.

Необходимо подчеркнуть основные преимущества магнитного подшипника ‒ отсутствие контакта и управляемая динамика.

Эти свойства позволяют: создавать новые конструкции, увеличивать износостойкость, использовать подшипник в агрессивных средах, при высоких и низких температурах, а также реализовывать высокие скорости и активное гашение колебаний.

Для магнитных подшипников применяются две принципиально разных силы: магнитного сопротивления и Лоренца.

Из курса физики известно, что на электрический заряд Q, движущийся со

Скоростью  в электрическом поле с электрической напряженностью E и магнитной индукции B, действует сила согласно формуле (1.1.1)

 (1.1.1)

где Q‒ электрический заряд;

E‒ электрическая напряженность;

‒ скорость движения заряда;

B- магнитная индукция.

Сила магнитного сопротивления ‒ это сила, которая действует перпендикулярно на границу поверхности между двух полей с различной магнитной проницаемостью и возникает из стремления к минимальной потенциальной энергии магнитного поля. Данная сила может быть определена по формуле (1.1.2)

. (1.1.2)

Сила Лоренца - сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся со скоростью  положительный заряд. Согласно формуле (1.1.3) сила Лоренца

, (1.1.3)

где ;‒ сила тока.

При использовании постоянных магнитов сила может быть как силой притяжения, так и силой отталкивания.

В данной работе будет использоваться сила притяжения, т.е. сила между источником магнитного поля и ферромагнитным элементом.

Большое количество научных трудов посвящено проблемам электромагнитной левитации. В 1956 году, впервые, А. Боердийком был создан систематический анализ по принципам левитации тел с использованием магнитных и электрических полей. В 1968 году, В.Б. Метлин составил библиографический обзор работ по левитации (посвященных движению тела в электрических и магнитных полях). [5]

Существуют два основных вида электромагнитных подвесов: Не регулируемые подвесы и подвесы с авторегулированием. Классификация электромагнитных подвесов изображена на рисунке 1.1.1.

Рисунок 1.1.1‒Классификация электромагнитных подвесов

Подробное описание различных типов подшипников, их преимущества

и недостатки, приложения и т.д. можно найти в работе Б.К. Буль «Классификация устройств, использующих принцип магнитного подвеса на постоянных магнитах и электромагнитах постоянного тока».

1.2    Классификация электромагнитных подвесов

.2.1 Подвес на постоянных магнитах

Магнитные подвесы на постоянных магнитах являются простыми, по сравнению с другими электромагнитными подвесами, потому что магнитное поле создается постоянными магнитами. Данная категория магнитных подвесов обладает высокой экономичностью, простотой изготовления, длительным сроком службы. Главными недостатками таких подвесов являются: отсутствие большой удельной грузоподъемности, низкая механической прочность, потребность в специальных демпферах.

Подвешиваемое тело, способное нести постоянные магниты, состоит полностью или частично из ферромагнитного материала. Подвес тела осуществляется посредствам магнитных сил притяжения или отталкивания. Так как магнитные подвесы на постоянных магнитах являются простейшим типом опор и не позволяют осуществить устойчивое пространственное взвешивание, то их часто применяют совместно с магнитными подвесами относящихся к регулируемому типу. Поэтому невозможно создать устойчивую неконтактную подвеску только на постоянных магнитах. Данный вывод вытекает из теоремы Ирншоу и исследований Браунбека, которые показывают, что устойчивая подвеска в поле постоянных магнитов может быть только в том случае, если магнитная проницаемость материала, из которого изготовлено тело, меньше единицы.

Рекомендуемым материалом для изготовления постоянных магнитов является феррит бария, или литые и металлокерамические сплавы. Опоры на постоянных магнитах используются в измерительных устройствах (счетчик электроэнергии), а так же для разгрузки механических опор.

Магнитные подшипники на постоянных магнитах представлены на рисунках 1.2.1, 1.2.2, 1.2.3.

Рисунок 1.2.1‒Радиальные магнитные подшипники из цилиндрических и кольцевых магнитов, намагниченных аксиально

Рисунок 1.2.2 ‒Радиальные магнитные подшипники из цилиндрических и кольцевых магнитов, намагниченных радиально

Каждый из подшипников состоит из двух постоянных магнитов ‒наружного кольцевого и внутреннего цилиндрического, намагниченных аксиально. Для того чтобы обеспечить устойчивость вала в осевом направлении, использована шаровая опора. С помощью регулировочного винта можно выставлять положение магнитов относительно друг друга таким образом, чтобы максимально уменьшить нагрузку на опору и снизить момент трения.

Рисунок 1.2.3 ‒Макет устройства с двумя пассивными радиальными магнитными подшипниками

.2.2 Электромагнитный подвес на электромагнитах постоянного тока

Магнитные подвесы с нерегулируемыми магнитами постоянного тока принципиально не отличаются от подвесов на постоянных магнитах, но позволяют развить большую нагрузочную способность. Высокоскоростной наземный транспорт является главной областью применения подвеса на электромагнитах постоянного тока.

.2.3 Диамагнитный подвес

Сущность диамагнитного подвеса, состоит в том, что диамагнетик, помещенный в магнитное поле, намагничивается обратно его направлению, и выталкивается из магнитного как показано на рисунке 1.2.4.

Диамагнитные подвесы на данный момент находят ограниченное распространение, в связи с тем, что эти подвесы обладают очень малой подъемной силой, даже при использовании лучших современных диамагнитных материалов. Чаще всего диамагнитные подвесы используют в кинематических датчиках и датчиках измерения мгновенных усилий.

Рисунок 1.2.4 - Диамагнитный подвес

.2.4 Сверхпроводящий электромагнитный подвес (Криогенный)

Работа сверхпроводящих подвесов основана на явлении выталкивания магнитных силовых линий сверхпроводящими телами, через которые не проникает магнитное поле.

Сверхпроводящий подвес включает в себя сверхпроводник, установленный на подвешенном теле, и обычный или сверхпроводящий электромагнит.

В криогенном подвесе нельзя создавать очень большие магнитные поля, потому, что существует предельное значение напряженности магнитного поля, при котором сверхпроводник теряет свои сверхпроводящие свойства. Поэтому в криогенном подвесе, также как и в электростатическом, имеется ограничение на вес левитирующего тела. Тем не менее, криогенный подвес обладает достаточно большой грузоподъемностью, чем электростатический. Сверхпроводящие опоры не требуют системы автоматического регулирования тока, что является их несомненным достоинством. Эти опоры так же применяются в высокочувствительных гироскопах и акселерометрах систем инерциальной навигации, в различных измерительных приборах, в подшипниках криогенных и обычных электрических двигателей. Основное влияние на развитие, распространение и применение сверхпроводящих подвесов оказывает уровень развития криогенной техники.

Трудность, связанная с созданием сверхпроводящего подвеса, связана с поддержанием теплового режима установки (сверхнизких температур) и затратами энергии. Так же габариты, высокая стоимость таких установок не позволяют использовать самостоятельно сверхпроводящие подвесы, в качестве опор.

.2.5 Индукционный электромагнитный подвес

Принцип действия индукционного подвеса основан на стремлении неферромагнитного электропроводящего тела, помещенного в неоднородное переменное магнитное поле, перемещаться в направлении уменьшения напряженности поля, что приводит к снижению вихревых токов в теле и соответственно - к снижению потерь в системе. Чем больше напряженность (или

индукция) поля или их градиент, тем больше «выталкивающая» электродинамическая сила. При нулевых значениях напряженности сила отсутствует.

Подвеска осуществляется за счет сил отталкивания основного поля и вихревых токов, наведенных этим полем в подвешиваемом теле.

Малая грузоподъемность, значительные возмущающие моменты, а так же большие энергетические затраты, являются большими недостатком этих подвесов. Как и другие магнитные подвесы, он обладает рядом преимуществ: бесшумность, отсутствие трения, способность работать в агрессивных средах, в вакууме и.т.п.

Помимо индукционных сил, которые отталкивают тело, существуют и такие силы, которые притягивают его, по этому нельзя использовать индукционный подвес к ферромагнитным телам, которые имеют большую магнитную проницаемость.

Наибольшее распространение индукционные подвесы получили в металлургии (бестигельная плавка сверхчистых металлов), а также в наземном транспорте, машиностроении физических приборах (гироскопы, компасы, и т.д.).

.2.6 Кондукционный электромагнитный подвес

Принцип его действия основан на использовании силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле. Проводник с током может быть твердым или жидким. В последнем случае опоры называются

магнитогидродинамическими кондукционноготипа. В зависимости от вида тока кондукционные подвесы делятся на подвесы постоянного тока и переменного тока (магнитное поле и ток должны совпадать по фазе).

Кондукционный подвес, представленный на рисунке 1.2.5, имеет простую конструкцию и в тоже время обладает высокой грузоподъемностью.

Рисунок 1.2.5 - Кондукционный подвес

Существенным недостатком, ограничивающим применение кондукционных подвесов, является необходимость возбуждения токов непосредственно на подвешиваемом теле, что приводит к значительному увеличению собственного веса и снижению эффективности подвеса. Так же к недостаткам можно отнести и необходимость в источнике тока больших значений.

Кондукционным опорам посвящено небольшое количество работ, но широкого применения они пока не нашли. На данный момент кондукционный подвес используется в металлургии (для плавки чистых металлов), транспорте.

.2.7 Активные магнитные подвесы

Активный магнитный подвес ‒ это управляемое электромагнитное устройство, которое удерживает вращающуюся часть машины (ротор) в заданном положении относительно неподвижной части (статор).

Магнитные подвесы с авторегулированием классифицируются по способу управления напряженности магнитного поля.

Активные магнитные подвесы требуют специального электронного блока внешней обратной связи.

Для пояснения принципа работы активного магнитного подвеса рассмотрим рисунок 1.2.6, на котором изображена простейшая структурная схема подвеса. Она состоит из датчика, который измеряет смещение подвешиваемого тела относительно положения равновесия, регулятором который обрабатывает сигнал измерения, усилителем мощности, питаемый от внешнего источника, который преобразует этот сигнал в управляющий ток в обмотке электромагнита. Этот сигнал вызывает силы, которые удерживают и возвращают ферромагнитное тело в состояние равновесия.

Очевидным преимуществом активных схем является возможность достижения более эффективного регулирования взвешивающего поля и, следовательно, улучшения силовых характеристик. Активный подвес обладает высокой грузоподъемностью, высокой механической прочностью, широким диапазоном изменения жесткости и демпфирования, отсутствие шума и вибраций, невосприимчив к загрязнению, отсутствие изнашивания, нет необходимости в смазке и т.п. Устойчивость подвеса, а так же необходимая жесткость и демпфирование, достигается выбором закона управления. К недостаткам активного магнитного подвеса можно отнести высокую стоимость, потребление энергии от внешнего источника, сложность электронного блока управления и т.д.

Рисунок 1.2.6 - Активный магнитный подвес

Важными областями применения активных магнитных подшипников является космическая техника (вакуумные турбомолекулярных насосов), медицинская аппаратура, техника в пищевой промышленности, высокоскоростной наземный транспорт и т.п.

.2.8 Пассивные магнитные подвесы (электромагнитный подвес с резонансной цепью)

Пассивные схемы используют резонансные свойства электрических цепей, наибольшее распространение получила схема магниторезонансного подвеса с использованием явления резонанса напряжений в последовательном LC‒ контуре.

Электромагнитный подвес с резонансной цепью является одним из наиболее простых подвесов, и состоит из четырех узлов: электромагнитов переменного тока, резонансных электрических цепей, с помощью которых происходит авторегулирование магнитного поля, источников питания, стабилизированных по амплитуде и частоте, и корректирующих цепей, если демпфирование в системе является недостаточным.

Взвешивание ферромагнитных тел, может быть осуществлено с помощью управляемых магнитных подвесов. Управление магнитного поля достигается соответствующим регулированием электрического тока в поддерживающих электромагнитах. Требуемый закон регулирования токов, может быть обеспечен пассивными методами. Необходимое регулирование тока достигается в результате зависимости отдельных параметров схемы от перемещений центрируемого элемента.

В таких подвесах желательней использовать настройку параметров схемы вблизи резонансных режимов, т.к. в этом случае можно обеспечить более крутую зависимость токов от изменяемых параметров. Для построения магниторезонансных подвесов можно использовать как явление резонанса токов, так и резонанса напряжений.

Схема LC‒ подвеса приведена на рисунке 1.2.7.

а) принципиальная схема; б) резонансная кривая

Рисунок 1.2.7 - Электромагнитный резонансный LC- подвес

Подвешиваемое тело, являющееся ферромагнетиком, помещается между двумя одинаковыми электромагнитами с зазором . В цепи обмоток электромагнитов, включены последовательно конденсаторы. Электромагниты работают от переменного напряжения. Емкость конденсаторов  подбирается такой, чтобы в центральном положении тела действующие значения токов в каждой обмотке, имеющей индуктивность , находилось ниспадающей ветви резонансной кривой. В положении равновесия силы притяжения равны между собой. Если происходит нарушение равновесия тела, и тело перемещается, например, вправо, то индуктивность одного магнита возрастет, а другого уменьшится. Изменение же токов и сил будет обратное, т.е. результирующая сила будет направлена в противоположную сторону от смещения, что приведет к восстановлению положения равновесия.

Простота схем магниторезонансного подвеса обеспечивает их высокую надежность и легкость в настройки. Регулируемые токи являются источником довольно точной информации положения центрируемого элемента, а питание схем переменным током исключает возможность постоянного намагничивания взвешиваемого тела, что приводит к уменьшению моментов его магнитного взаимодействия с внешними полями.

Пассивные электромагнитные подвесы имеют ряд недостатков: малые рабочие зазоры, малая грузоподъемность, повышенные потери энергии на вихревые токи и перемагничивание. Наибольшее распространение магниторезонансные подвесы получили в медицине (томографы, высокочастотные микрогироскопы в микрохирургии).

.2.9 Активные электростатические подвесы

Электростатические подвесы сравнимы с магнитными подвесами. Особенно это относится к вопросам схемного построения и методов теоретического исследования. Парение электростатического подвеса происходит за счет сил электрического взаимодействия неподвижных электродов с взвешиваемым элементом. Для создания электростатического подвеса, необходимо поместить незаряженное тело между четырьмя электродами, как показано на рисунке 1.2.8.

Рисунок 1.2.8 ‒ Четырехэлектродный электростатический подвес

На одну пару электродов подается напряжения так, чтобы удерживать центрируемое тело в подвешенном состоянии, а другая пара электродов заземлена. Допустим, что площадь всех четырех электродов одинакова и центрируемое тело находится на равном расстоянии от каждого электрода, тогда действующая сила будет иметь вид

, (1.2.1)

где ;

, ,,‒ электроды;

 ‒ положение электродов;

,‒ напряжение;

 ‒ расстояние от электродов до помещаемого тела.

Устойчивость электростатического подвеса достигается за счет регулирования потенциалами электродов. При этом используют внешнюю систему управления с емкостными датчиками положения. К положительным качествам электростатического подвеса можно отнести отсутствие тепловых потерь, отсутствие шума, отсутствие трения, отсутствие магнитного поля и т.д. Главным недостатком данных подвесов является необходимость в высоких напряжениях и малая грузоподъемность. Свое применение нашли в акселерометрах, циклотроне, поплавковых гироскопах, сферических гироскопах, и т.п.

.2.10 Пассивный электростатический подвес

(электростатический резонансный подвес)

Пассивный электростатический подвес аналогичен активному электростатическому подвесу. Для устойчивости электростатического подвеса применяется система управления потенциалами электродов.

В пассивном электростатическом подвесе используется явление перераспределения напряжений на реактивных элементах того или иного резонансного контура при изменении его параметров, вызванных смещениями взвешенного элемента. В этом отношении он не отличается от магниторезонансного подвеса.

На рисунке 1.2.9 представлена принципиальная схема электростатического резонансного подвеса, в котором последовательно с электродами включены настроечные индуктивности, обеспечивающие работу схемы на требуемом участке резонансной характеристики.

На рисунке 1.2.9  и  - это электрические емкости, образуемые первой и второй парами электродов соответственно с центрируемым элементом.

Тогда практическая средняя во времени составляющая силы для двух пар электродов будет иметь вид в соответствии с формулой (1.2.2)

где  и ‒ значения амплитудно-частотной и фазо - частотной характеристик электрического контура ЭРП на частоте, равной частоте питающего напряжения и при x = 0;

- абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющая пространство между электродами;

‒ рабочая площадь электрода;

‒ электрическая емкость в одном контуре при x=0;

‒ максимальный заряд на электродах при центральном положении взвешиваемого тела, x‒ отклонение.

Рисунок 1.2.9‒ Принципиальная схема электростатического резонансного подвеса

Центрирующие свойства у электростатического резонансного подвеса проявляются во всей резонансной области, где частота питающего напряжения больше собственной частоты электрического контура при x=0. В этом электростатические резонансные подвесы отличаются от магнитных резонансных подвесов, у которых область статической устойчивости несколько меньше. [7]

Пассивные электростатические подвесы обладают малым эффектом запаздывания в контурах управления, что позволяет предъявлять менее жесткие требования к величине необходимой для устойчивого внешнего демпфирования.

Для электростатического резонансного подвеса характерна структурная динамическая не устойчивость, при отсутствии внешнего динамического демпфирования, также они обладают малой грузоподъемностью.

Наибольшее применение получили пассивные электростатические подвесы в гироскопах, акселерометрах.

.2.11 Комбинированные подвесы

Также свое применение нашли комбинированные подвесы, которые основываются на пассивных схемах регулирования (электромагнитный подвес с резонансной цепью, электростатический резонансный подвес). Для повышения эффективности силообразования один из параметров подвеса (частота, напряжение) самостоятельно регулируется, в зависимости от положения взвешиваемого тела, и информации снимаемой с самого подвеса. К комбинированным магнитным подвесам относятся так же многоосные системы, в которых взвешивание по одним осям происходит за счет пассивных схем, а по другим осям в силу различных причин - активными схемами. [7]

Важными областями применения комбинированных подвесов является металлорежущие системы, а так же в станкостроительной промышленности.

2. Проектный расчет системы подвеса

.1 Структурная модель

Для построения математической модели системы, в первом приближении, рассмотрим систему с одной степенью свободы (одноосевой подвес). Данное упрощение необходимо для получения основных зависимостей и синтеза регулятора.

С помощью управляемого электромагнита, шар должен находиться в неподвижном, подвешенном состоянии. Это возможно, если магнитная сила будет уравновешивать вес шара. Принципиальная схема представлена на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1‒ Принципиальная схема стенда

Через неоднородное магнитное поле катушки, точно рассчитать силы сопротивления проблематично. По этой причине поведение объекта управления должно быть описано с учетом нелинейности характера силы магнитного сопротивления , которая зависит от тока I и величины воздушного зазора .

В положение равновесия приводит сумма сил действующих на шар,

т.е. , где  ‒ магнитная сила, ‒ сила тяжести.

На рисунке 2.1.2 представлена принципиальная схема трехосевого магнитного подвеса.

Рисунок 2.1.2‒ Принципиальная схема трехосевого магнитного подвеса

Основным преимуществом трехосевого магнитного подвеса является то, что перемещение управляемого объекта можно будет осуществлять по трем осям, за счет этого будет увеличена точность перемещения объекта.

Fm = + +

где  ‒ магнитная сила, ‒ сила тяжести.

2.2 Математическая модел

Для разработки математической модели проектируемой системы, необходимо рассмотреть электрическую модель и эквивалентную ей механическую модель.

Сила , которую электромагнит оказывает на шар, зависит от тока  в электромагнитной катушке и величины воздушного зазора .

На рисунке 2.2.1 б) представлена статическая тяговая характеристика электромагнита с его линеаризацией вокруг рабочей точки .

а) график зависимости силы от тока; б) тяговая характеристика электромагнита.

Рисунок 2.2.1‒ Характеристики электромагнита

Тяговая характеристика электромагнита на рисунке 2.2.1 (б) по сравнению с характеристикой пружины на рисунке 2.2.2 имеет другой характер. Линейная характеристика пружины имеет непрерывный положительный подъем. Отклонение  вызывает силу упругости . Она направлена в противоположную сторону отклонению , и стремится вернуть величину отклонения в начальное положение, то есть сила пружины оказывает стабилизирующее воздействие. В отношении магнитной силы  такого не происходит.

Магнитная сила следует из правила обратных квадратов , то есть, чем больше расстояние  между магнитом и якорем, тем меньше будет магнитная сила.

Знак наклона статической тяговой характеристики в рабочей точке на рисунке 2.2.1 (б), определяет стабильность. Этот наклон обозначается в технологии магнитных подшипников по аналогии с жесткостью пружины, как жесткость объекта регулирования. На рисунке 2.2.1(б) видно, как по наклонной кривой, возникает отрицательная жесткость. У нерегулируемого объекта управления есть отрицательная жесткость, которая приводит к тому, что нерегулируемый объект управления является неустойчивым. По этой причине нерегулируемый электромагнит нестабилен и ему необходима стабилизация при помощи регулятора.

Рисунок 2.2.2 ‒ Характеристика пружины

На практике при проектировании регулятора используют линеаризованную модель. По этой причине нелинейная характеристика  магнитной силы в рабочей точке , ,  линеаризируется.

Для регулирования «многоосевого магнитного подвеса» в рабочей точке будем использовать следующие отклонения:

отклонение тока соответствует формуле (2.2.1)

, (2.2.1)

отклонение силы соответствует формуле (2.2.2)

, (2.2.2)

отклонение смещения соответствует формуле (2.2.3)

. (2.2.3)

Таким образом, общая сила вычисляется по формуле (2.2.4)

. (2.2.4)

Для отклонения от рабочей точки подвеса необходимо измерить расстояния  и . Общая сила f может быть линеаризована, как функция смещения x и тока i вокруг рабочей точки . Смещение  считается положительным, если воздушный зазор меньше . В соответствии с формулой (2.2.5) это изменение координат ведет к изменению знака перед соответствующей частной производной.

. (2.2.5)

Погрешность, возникающая при линеаризации дифференциального уравнения, описывающая динамические системы, требует оценки.

Уравнение 2.2.5 предназначено для проектирования регулятора. Линеаризация неприменима к частным случаям, например касание магнита шаром, или при насыщении магнита.

.3 Проектирование регулятора

Простая физическая эквивалентная модель подвеса состоит из демпфера и пружины. При этом подвешиваемое тело массой m возвращается при помощи жесткости подвеса c в свое исходное положение. Коэффициент демпфирования (затухания) b описывает демпфирование конструкции подвеса.

Рисунок 2.3.1 - Физическая и электрическая модель магнитного подшипника

Рисунок 2.3.1(а) соответствует уравнению (2.3.1), а рисунок 2.3.1(б) соответствует уравнению (2.3.2)

 , (2.3.1)

 . (2.3.2)

Рассматриваемую систему магнитного подвешивания можно представить в виде замещенной механической модели. Данные схемы представлены на рисунке 2.3.1.

Задача регулятора состоит в том, чтобы устанавливать величину тока i таким образом, чтобы обе модели обладали одинаковыми динамичными характеристиками. При приравнивании правых частей дифференциальных уравнений (2.3.1) и (2.3.2), можно выразить дифференциальное уравнение регулятора

 . (2.3.3)

Из уравнения (2.3.3) выразим значение i и получим дифференциальное уравнение для регулятора

где с‒ необходимая жесткость;

b‒ необходимое демпфирование магнитного подшипника.

Уравнение регулятора (2.3.4) дает возможность стабилизации магнитного подшипника.

Для упрощения закона управления, предположим, что датчик функционирует как идеальный P ‒элемент и усилитель не имеет задержки, тогда обе модели на рисунке 2.3.1 имеют сравнимые динамичные характеристики.

Магнитный подшипник по сравнению с механической моделью имеет регулируемые динамические характеристики:

‒ свободный выбор жесткости (жесткость подшипника может свободно выбираться независимо от смещения  шара);

‒ свободный выбор демпфирования (затухания) в широком диапазоне;‒ изменчивость жесткости и демпфирования во время работы ‒ это

позволяет избегать критических ситуаций, как прохождение резонанса быстрыми роторами, путем переключения жесткости и демпфирования;

‒ магнитный подшипник может быть использован в качестве гашения вибраций или факторов возбуждения.

Из уравнения (2.3.4) видно, что структура регулятора может иметь вид

, (2.3.5)

Для краткости записи приведем выражение (2.3.5) к виду (2.3.6)

, (2.3.6)

 ;

 .

Рисунок 2.3.2 ‒PD‒ регулятор

На рисунке 2.3.2 представлена схема PD - регулятора, которую описывает уравнение (2.3.6). При помощи регулятора будет реализована регуляция коэффициентов лабораторного стенда.

3. Реализация регулятора, на микроконтроллере

Микроконтроллер это микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.

.1 Программная реализация ПД - регулятора

Пропорционально - интегрально - дифференциальный (ПИД) регулятор это устройство в цепи обратной связи, используемое в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала. ПИД - регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трех слагаемых, первое из которых пропорционально входному сигналу, второе является интегралом входного сигнала, а третье - производная от входного сигнала.

В большинстве случаев ПИД - регулятор используется для формирования сигнала управления (задания) какой - либо системой, где в качестве обратной связи используется технологический датчик по требуемому параметру (температуре, давлению, уровню и т.д.).

Рисунок 3.1.1 ‒ ПИД - регулятор

где y0 - заданное значение технологического параметра;- выходной сигнал, он же сигнал обратной связи с технологического датчика;- ошибка по управлению (разница между заданием y0 и выходным сигналом y);- выходной сигнал ПИД - регулятора, входной сигнал системы.

Математически ПИД - регулятор описывается следующей формулой

 (3.1.1)

Или

 (3.1.2)

где t -время;- пропорциональный коэффициент;- постоянная интегрирования;- постоянная дифференцирования;= 1/Ti - интегральный коэффициент;= Td - дифференциальный коэффициент.

ПИД - регулятор способен управлять процессом, основываясь на его истории и скорости изменения. Основная идея в том, что контроллер получает информацию о состоянии системы с помощью технологического датчика. Затем вычитает измеренное значение из заданного для вычисления ошибки. Ошибка будет обрабатываться тремя путями: обрабатываться в настоящем времени пропорциональной составляющей, возвращаться в прошлое, используя интегральную составляющую, и предвидеть будущее, через дифференциальную составляющую.

Функциональная схема ПИД - регулятора представлена на рисунке 3.1.2

Рисунок 3.1.2 ‒ Функциональная схема ПИД - регулятора

.1.1 Пропорциональная составляющая

Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины y от заданного значения y0, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен заданному значению, то выходной равен нулю.

Однако при использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не установится на заданном значении.

Чем больше коэффициент пропорциональности K между входным и выходным сигналом (коэффициент усиления), тем меньше статическая ошибка, однако при слишком большом коэффициенте усиления могут начаться автоколебания, а при дальнейшем увеличении коэффициента система может потерять устойчивость.

На рисунке 3.1.1 стационарная ошибка в значении системного процесса появляется после изменения опорного сигнала (ref). Использование слишком большого П - члена даст неустойчивую систему.

Рисунок 3.1.1 ‒ Отклик П контроллера на ступенчатое изменение опорного сигнала.

.1.2 Интегральная составляющая

Для устранения статической ошибки используют интегральную составляющую. Она позволяет регулятору учитывать прошлые значения. Если система не испытывает внешних возмущений, то через какое-то время регулируемая величина y стабилизируется на заданном значении y0, сигнал пропорциональной составляющей будет равен нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечивать интегральная составляющая.

Физически интегральная составляющая представляет задержку реакции регулятора на изменение величины рассогласования, внося в систему инерционность, что может быть полезно для управления объектами с высокой чувствительностью.

Обычно интегральную составляющую используют совместно с пропорциональной, в так называемых ПИ-регуляторах. Использование только интегральной составляющей дает медленную подстройку и часто колебательную систему. Рисунок 3.1.2 показывает ступенчатый отклик И и ПИ-регуляторов. Как видите отклик ПИ - регулятора не имеет стационарной ошибки, а отклик И - регулятора очень медленный.

Рисунок 3.1.2 ‒ Отклик И - и ПИ - контроллера на ступенчатое изменение контролируемой величины.

.1.3 Дифференциальная составляющая

Дифференциальная составляющая противодействует предполагаемым отклонениям регулируемой величины, которые могут произойти в будущем. Отклонения могут быть вызваны как внешними возмущениями, так и запаздыванием воздействия регулятора на систему. Чем быстрее регулируемая величина y отклоняется от заданной y0, тем сильнее противодействие, создаваемое дифференциальной составляющей. Когда рассогласование становится постоянной величиной, дифференциальная составляющая перестает оказывать воздействие на сигнал управления.

Дифференциальная составляющая представляет собой скорость изменения ошибки. Добавление этой составляющей улучшает отклик системы на внезапное изменение ее состояния. Большая дифференциальная составляющая обычно

делает систему не неустойчивой. Рисунок 3.1.3 показывает отклики Д и ПД - контроллера. Отклик ПД - контроллера дает быстрый рост значения процесса, чем П контроллер. Дифференциальная составляющая Д ведет себя по существу как фильтр верхних частот для сигнала ошибки и, таким образом легко делает систему нестабильной и более чувствительной к шуму.

Рисунок 3.1.3 ‒ Отклик Д ‒ и ПД ‒ контроллера на ступенчатое изменение опорного сигнала.

ПИД - регулятор дает лучшую производительность, поскольку использует все составляющие вместе. Рисунок 3.1.4 сравнивает П, ПИ, и ПИД - регуляторы. ПИ улучшает П, удалив стационарную ошибку, и ПИД улучшает ПИ более быстрым откликом.

Рисунок 3.1.4 ‒ Отклик П‒, ПИ‒ и ПИД ‒ регулятора на ступенчатое изменение опорного сигнала.

.2 Настройка параметров

Наилучший путь найти необходимые параметры ПИД алгоритма ‒ это использование математической модели системы. Однако часто подробного математического описания системы нет, и настройки параметров ПИД ‒ регулятора могут быть выполнены только экспериментально. Поиск параметров для ПИД ‒ регулятора может быть сложной задачей. Здесь большое значение имеют данные о свойствах системы и различных условиях ее работы. Некоторые процессы не должны позволить перерегулирования процесса переменной от заданного значения. Другие процессы должны минимизировать потребление энергии. Также важнейшим требованием является стабильность. Процесс не должен колебаться ни при каких условиях. Кроме того, стабилизация должна наступать в течение определенного времени.

Существуют некоторые методы для настройки ПИД ‒ регулятора. Выбор метода будет зависеть в значительной степени от того, может ли быть процесс автономным для настройки или нет. Метод Циглера ‒ Николса это известный не автономный метод настройки.

Суть метода состоит в следующем:

. Первым шагом в этом методе является установка И и Д коэффициентов усиления в ноль.

. Увеличиваем усиление Kp до устойчивого и стабильного колебаний (как можно ближе).

. Запоминаем текущее значение Kp (обозначим его Ku) и замеряем период колебаний системы (Tu) и Kp, Ki и Kd значения корректируются с использованием Таблицы 3.2.1

Таблица 3.2.1 - Расчет параметров по методу Циглера - Николса

Дальнейшая настройка параметров часто необходима для оптимизации производительности ПИД - регулятора. Так же стоит отметить, что есть системы, где ПИД - регулятор не будет работать. Такими могут быть нелинейные системы, но в целом, проблемы часто возникают с ПИД управлением, когда системы неустойчивы и влияние входного сигнала зависит от состояния системы.

В отличие от простых алгоритмов управления, ПИД - регулятор способен манипулировать управляющим сигналом на основе истории и скорости изменения измеряемого сигнала. Это дает более точный и стабильный метод управления.

На рисунке 3.1.2 показано схемное решение ПИД - регулятора, где Тр, Ti, и Td обозначают постоянные времени пропорциональной, интегральной, и дифференциальной составляющих соответственно.

4. Выбор и описание электронных компонентов

При создании учебного стенда используются различные конструктивные элементы, которые составляют основу цифровых схем. Данная глава описывает эти элементы.

.1 Описание платы Arduino

Duemilanove может получать питание через подключение USB или от внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.

Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь напряжения AC/DC (блок питания) или аккумуляторной батареей. Преобразователь напряжения подключается посредством разъема 2.1 мм с центральным положительным полюсом. Провода от батареи подключаются к выводам Gnd и Vin разъема питания.

Рисунок 4.1.1‒ Arduino Duemilanove

Платформа может работать при внешнем питании от 6 В до 20 В. При напряжении питания ниже 7 В, вывод 5 В может выдавать менее 5 В, при этом платформа может работать нестабильно. При использовании напряжения выше 12 В регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон от 7 В до 12 В. Arduino Duemilanove изображена на рисунке 4.2.1.

Характеристики:

Микроконтроллер	ATmega328
Рабочее напряжение	5 В
Входное напряжение (рекомендуемое)	7-12 В
Входное напряжение (предельное)	6-20 В
Цифровые Входы/Выходы	14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ <#"803510.files/image093.gif"> Рисунок 4.2.1‒ микроконтроллер ATmega 328 Характеристики микроконтроллера: Тактовая частота 0-20 МГц Объем Flash-памяти 32кб Объем SRAM-памяти 2кб Объем EEPROM-памяти 1кб Напряжение питания 1.8 - 5.5 В Потребляемый ток в режиме работы 0.2 мА (1 МГц, 1.8 В) Потребляемый ток в режиме сна 0.75 мкА (1 МГц, 1.8 В) Количество таймеров / счетчиков 2 восьмибитных, 1шестнадцатибитный Общее количество портов 23 Количество ШИМ(PWM) выходов 6 Количество каналов АЦП (аналоговые входы) 6 Количество аппаратных USART (Serial) 1 Количество аппаратных SPI 1Master/Slave Количество аппаратных C/SPI 1 Разрешение АЦП 10 бит 4.3 Стабилизатор напряжения Стабилизаторы напряжения ‒ преобразователь электрической энергии <#"803510.files/image095.gif"> Рисунок 4.3.1 ‒Назначение контактов и простая схема В электронной схеме лабораторного стенда будет использоваться стабилизаторы напряжения 7805. Таблица 4.3.1 ‒ Техническая характеристика7805 Наименование Единицы измерения Параметры Lead Free Status / RoHS Status Leadfree / RoHSCompliant Тип регулятора PositiveFixed Корпус TO‒220AB Корпус (размер) TO ‒220 ‒ 3 Тип монтажа Выводной Рабочая температура °C 0‒ 125 Ток выходной A 1,5 Напряжение ‒ падение (Typ.) В 2 Напряжение входное В 35 В 5 Рабочая температура °C 0 ‒ 70 7805 ‒ стабилизатор, выполненный в корпусе, похожем на транзистор и имеет три вывода (плюс 5В стабилизированного напряжения и ток 1 А). Так же в корпусе имеется отверстие для крепления стабилизатора к радиатору охлаждения. Стабилизатор напряжения 7805, является стабилизатором положительного напряжения. Для нормальной работы стабилизатору необходимо подавать напряжение около 10В. Стабилизатор напряжения необходим для регулирования большого входного напряжения в сторону уменьшения, то есть на выходе создается более низкое напряжение. На рисунке также показана упрощенная схема. Стабилизатор напряжения имеет: вход, земля, выход. Для безопасной эксплуатации регулятора напряжения дополнительно ставятся конденсаторы на входе и выходе (рисунок 4.3.1), необходимые для предотвращения колебаний в схеме. .4 Силовой транзистор В качестве силового транзистора используется IRFZ48N показанный на рисунке 4.4.1. Это N - канальный МОП - транзистор (MOSFET) с обратным диодом. Рисунок 4.4.1‒ Силовой транзистор IRFZ48N с внутренней схемой В силовом транзисторе IRFZ48N есть полупроводниковый канал который служит первой обкладкой конденсатора а второй обкладкой - металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток - исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до очень малых значений - сотые доли Ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистор выйдет из строя. Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно - на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит, требуемая мощность на управление этим транзистором будет очень мала, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора. Недостаток же вытекает из его емкостного свойства - наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно. .4 Диоды Диод ‒ электронный <#"803510.files/image097.gif"> Рисунок 4.4.1‒ Диод 1N4007 Характеристики 1N4007: Обратное напряжение постоянное (Uобр.max.) 1000В Обратное напряжение импульсное (Uобр.имп.max.) 1000В Прямой ток постоянный (Imax.) 1000mA Прямой ток импульсный (Iимп.max.) 30A Напряжение прямое (Uпрям.max.) 1.1В Обратный ток (Iобр.max.) 5mA Емкость перехода (С) 15pF Вес 0.4g Диапазон температур -55 .. +150C .5 Другие компоненты На большинстве устройств, их характеристики обозначены на корпусе. Это - в частности, большие конструктивные элементы (электролитические конденсаторы, большие биполярные конденсаторы). У небольших компонентов, значения будут зашифрованные: на сопротивления нанесен цветной код в соответствии с ГОСТ 28883-90 (DIN IEC 62). В данной работе используются сопротивления с четырьмя и с пятью цветными кольцами; ‒ маленькие конденсаторы обычно носят трехзначный номер. В условном обозначении номинальная емкость может указываться в виде конкретного цифрового значения номинала, выраженного в пФ, нФ, мкФ. Номинальная емкость до 999 пФ‒ кодируется буквой "р", до 999 нФ‒ кодируется буквой "n", до 999 мкФ ‒ кодируется буквой "m(u)". Буква ставится вместо десятичной запятой. Однако номинальная емкость конденсатора менее 10 пФ кодируется двумя цифрами и буквой "R". Таблица 4.5.1 ‒ Номинальная емкость конденсатора Емкость Код Емкость Код Емкость Код Емкость Код 0,1 пФ р10 33,2 пФ 33р2 10 нФ 10п 3,32 мкФ 3μ32 0,15 пФ р15 59 пФ 59р 15 нФ 15п 5,9 мкФ 5μ9 0,332 пФ р332 100 пФ 100р 33,2 нФ 33п2 10 мкФ 10μ 0,59 пФ р59 150 пФ 150р 59 нФ 59п 15 мкФ 15μ 1 пФ 1р0 332 пФ 332р 100 нФ 100п 33,2 мкФ 33μ2 1,5 пФ 1р5 590 пФ 590р 150 нФ 150п 59 мкФ 59μ 3,32 пФ Зр32 1 нФ 1п0 332 нФ 332п 100 мкФ 100μ 5,9 пФ 5р9 1,5 нФ 1п5 590 нФ 590п 150 мкФ 150μ 10 пФ 10р 3,32 нФ 3п32 1 мкФ 1m0 332 мкФ 332μ 15 пФ 15р 5,9 нФ 5п9 1,5 мкФ 1μ5 590 мкФ 590μ По стандарту MIL‒ C‒ 39008 номинальная емкость указывается в виде конкретного значения, выраженного в пикофарадах в виде кода из трех (четырех) цифр. В трехзначном коде ‒ первые две цифры значащие, третья цифра обозначает число последующих нулей: 102 = 1 000 пФ, 150 = 15 пФ. В четырехзначном коде ‒ первые три цифры значащие, четвертая цифра обозначает число последующих нулей [18]: = 33 200 пФ =33,2 нФ. 5 Аппаратная схема .1 Источник питания Источником напряжения «Многоосевого магнитного подвеса» являются два 12В аккумулятора, постоянное напряжение которых подводятся к печатной плате. Диод D1 предотвращает повреждение схемы при неправильной полярности напряжения питания. Конденсаторы C1 сглаживает напряжение, при колебаниях нагрузки. Собственно, операционные усилители нуждаются в положительном и в отрицательном рабочем напряжении. По этой причине отрицательное рабочее напряжение создается стабилизатором напряжения 7805, которое независимо от входного напряжения сохраняет свое выходное напряжение 5 В. Ик - диод питается напряжением, причем добавочное сопротивление R3 приспосабливает (регулирует) 5 В на напряжение. В качестве потенциала «земли» (т. е. опорный потенциал) используется выход стабилизатора напряжения. Таким образом, мы располагаем напряжением 0В, минус 5В и плюс 7В. .2 Сенсор Сенсор, который измеряет расстояние между шаром и электромагнитом, состоит из ИК - светодиода и ИК - фотоприемника. Принцип измерения этого сенсора основан на отражении от шара ИК - излучения. С уменьшением зазора между шаром и магнитом, увеличивается количество отражаемого от шара света. На рисунке 6.2.1 показана схема подключение датчиков. Рисунок 5.2.1 Подключение ИК - светодиода и ИК - фоторанзистора  к плате Arduino На рисунке обозначены: LED 1 - ИК - светодиод (L-53F3C), Q 1 - транзистор, Q 2 - ИК - фототранзистор (L-32P3C), R1,R2,R3,R4,R5 - резисторы . .3 Установка заданного значения Заданное значение, которое определяет величину воздушного зазора между шаром и электромагнитом, устанавливается потенциометром RP. Потенциометр - регулируемый делитель электрического напряжения <#"803510.files/image099.gif"> Рисунок 5.3.1‒ Потенциометр 6 Сборка и ввод в эксплуатацию .1 Объект управления .1.1 Проектирование катушки При выборе электромагнитной катушки необходимо учитывать следующее: ‒ короткие и тонкие катушки лучше, чем длинные и тонкие. Они уменьшают потери; ‒ шайбы, расположенные по краям катушки помогают удерживать обмотку, должны быть выполнены из диэлектрического материала; ‒ ферромагнитный сердечник катушки увеличивает силу катушки; ‒ необходимо сделать так, чтобы можно было регулировать положение катушки (или сенсора); ‒ сопротивление катушки должно находиться в диапазоне от 5 до50 Ом с током до 2 А, данные катушки хорошо себя зарекомендовали в других опытах; ‒ вокруг сердечника перед намоткой провода необходимо сделать изоляцию. Катушку можно получить путем намотки провода на болт. В качестве сердечника катушки выступает болт. Размер болта не является критическим, для катушки лабораторного стенда выбирается болт величиной M8 х 80 с двумя шайбами и гайкой. На рисунке 6.1.1 показана часть катушки, она прикручивается к деревянной раме. Можно вирировать положение катушки опуская выше или ниже. Рисунок 6.1.1 ‒ Сердечник катушки Для катушки использовался обмоточный провод ПЭТВ ‒ 2, 900 витков, который наматывался на болт. Параметры катушки: ‒ 8 мм ‒ внутренний диаметр катушки (диаметр сердечника); ‒ 20 мм ‒ наружный диаметр катушки; ‒ 50 мм ‒ длина намотки вдоль болта; ‒ 0,45 мм ‒ диаметр провода. Необходимо использовать мультиметр, чтобы проверить сопротивление подъемной катушки. ‒ если сопротивление очень большое (порядка 20 кОм), то вероятен обрыв провода, следует немедленно устранить неполадку; ‒ если сопротивление более 100 Ом, то оно слишком большое и не сможет обеспечить необходимое значение тока; ‒ если сопротивление находится в диапазоне от 5 до 10 Ом, которые проводят ток 1 - 2 А ,то в данном эксперименте они будут работать оптимально. Сопротивление катушка 5 Ом. Источник питания 24 В, 1,5 А. Проверка работы катушки: ‒ подайте напряжение на катушку. Катушка должна твердо держать железные предметы, которые к ней поднесли. Это может быть отвертка, болт и.т.д; ‒ если этого не происходит, замерьте напряжение; ‒ если напряжение больше 1В и меньше 0,65 В, то это ошибка и она должна быть исправлена; ‒ необходимо обратить внимание как быстро нагревается катушка, это необходимо для того, чтобы знать, сколько времени можно работать на лабораторном стенде, прежде чем его выключить и дать катушке остыть; ‒ если все выше перечисленные условия выполнены, то ваша катушка работает хорошо. К сожалению, при непрерывном использовании в течении 10 ‒ 15минут катушка нагревается. Тем не менее, эксперименты показали, что катушка способна удерживать маленький болт в течении длительного времени. Катушка подключена к транзистору, транзистор должен быть закреплен на радиаторе, т.к. происходит его нагрев. Деревянная рама для «Многоосевого магнитного подвеса» включает в себя основание, две боковые и поперечную балки, на которой укрепляется электромагнит. Сенсор закреплен с левой стороны 1 см ниже магнита. Электромагнит, ИК - светодиод и ИК - фоторезистор подключены к плате. Полярности магнита; при установке датчика и приемника нужно обращать внимание на правильную полярность, так как при неправильной полярности контур регулирования нестабилен. Полярность, поэтому проверяется во время ввода в эксплуатацию сенсора. .2 Оснащение платы При соборе платы, нужно разместить компоненты на верхней стороне, будет лучше начать с небольших компонентов (резисторов). При установлении электрических конденсатора C1, а также диода D1 нужно обращать внимание на правильную полярность. Контактная площадка обозначает положительный полюс (C1), или отмеченный чертой катод (D1). Потенциометр RP расположен на отдельной макетной плате. 7 Экономическая часть .1 Расчет себестоимости производства лабораторного стенда «Многоосевой магнитный подвес» Изготовление проектируемого лабораторного стенда планируется произвести в специализированных лабораториях Иркутского государственного университета путей сообщения, в которых имеется все необходимое оборудование для изготовления проектируемого стенда, а так же высококвалифицированные кадры, которые способны выполнить работу по изготовлению и сборки стенда. Выражение для расчета затрат на изготовление () . (7.1.1) Расчет затрат на изготовление () производится на основании плановой калькуляции и включает следующие элементы: а) основные материалы (М), необходимые для производства стенда (по фактическим ценам); б) основная зарплата производственных рабочих (ЗП); в) социальные отчисления (30% от фонда заработной платы) (СО); г) непредвиденные расходы (30% от всего вышеперечисленного) (НР). Расходы на транспортировку принимаются в размере 1% от стоимости материалов. В таблице 7.1.1 представлена смета стоимость всех комплектующих и расходным материалов, использованных при производстве лабораторного стенда. Таблица 7.1.1 ‒ Сметная ведомость расхода материалов и комплектующих лабораторного стенда Обозначение на плате Наименование / параметр Единицы измерения Количество Цена за 1шт, руб. Затраты, руб. C1 Электролитический конденсатор 1000μF/16V шт 1 5,5 5,5 D1 Универсальный диод 1N4007 шт 3 1 3 Q2 Транзистор IRFZ48N шт 3 40 120 LED 1 ИК - светодиод L-53F3C шт 1 15 15 R1 Сопротивление 1kΩ шт 1 1 1 R2 Сопротивление 100kΩ шт 1 1,5 1,5 R3 Сопротивление 470kΩ шт 1 1 1 R4 Сопротивление 1kΩ шт 1 1 1 R5 Сопротивление 1kΩ шт 1 1 1 RP Регулируемый  резистор 500kΩ шт 1 15 15 Q2 ИК - фототранзистор L-53P3C шт 1 15 15 SW1 Кнопка шт 2 12 24 Макетная Плата шт 1 100 100 Болт M8x80 шт 3 7,5 22,5 Гайка M8 шт 6 0,5 3 Шайба M8 шт 6 0,5 3 Болт M3x10 шт 2 0,5 1 Гайка M3 шт 2 0,5 1 Медная проволока  0,45mm шт 3 400 1200 Источник  питания аккумулятор 12В шт 2 1500 3000 Алюминиевый  лист 100mmx70mm шт 1 100 100 Изоляционная  втулка шт 4 10 40 Деревянный  каркас шт 1 100 100 Флюс  паяльный шт 1 30 30 Припой шт 1 10 10 Плата Arduino шт 1 790 790 Шар из ферромагнитного материала шт 1 200 200 Деревянный  каркас шт 1 100 Итого   5881 Процессом изготовления лабораторного стенда руководит инженер ‒ электронщик, осуществляющий сбор и отладку устройства. Заработная плата рассчитывается для инженера ‒ электронщика по стоимости человек ‒ час в таблице 7.1.2. Заработная плата (3П) рассчитывается по выражению (7.1.2) , (7.1.2) Где  ‒ стоимость часа работы;  ‒ время работы;  ‒ коэффициент, примем равным 1,5 (районный и северный). Стоимость часа работы определяется выражением (7.1.3)  (8.1.3) Стоимость часа работа слесаря:  15000(822)1,5 = 127,84 руб. Таблица 7.1.2 ‒ Расчет основной заработной платы Наименование работ Исполнитель Трудоемкость, чел.‒час Заработная плата, руб. Заготовительные работы Слесарь 3 383,52 Сверлильные работы Слесарь 1 127,84 Сборочные работы Слесарь 10 1278,4 Итого     1789,76 Социальные отчисления составляют 30 % от заработной платы в соответствии с формулой (7.1.4)  , (7.1.4) 1789,76  0,3,  536,93 руб. Непредвиденные расходы составляют 30%, в связи с тем, что со стендом работают студенты, и возможен вывод из строя большого количества элементов.  , (7.1.5)  (1789,76 + 536,93 + 5881) 0,3 = 2462,30руб. Исходя из данных таблиц 7.1.1, 7.1.2 капитальные вложения равны согласно формуле (7.1.1):  ,  1789,76 + 536,93 + 5881 + 2462,30 = 10669,99 руб. 7.2 Расчет затрат на эксплуатацию лабораторного стенда электромагнитный подвес микроконтроллер стенд Затраты на эксплуатацию состоят из проверки технического состояния, 2 раза в течении учебного года ( июль , январь) . Выражение (7.2.1) для определения эксплуатационных затрат (ЭЗ)  (7.2.1) Заработная плата на проверку технического состояния системы отражена в таблице 7.2.1 Таблица 7.2.1 - Расчет заработной платы при обслуживании Наименование работ Исполнитель Трудоемкость, чел.‒час Заработная плата, руб. Проверка технического состояния Техник 1 130 Замена деталей Техник 1 130 Итого     260 Таким образом, затраты на эксплуатацию согласно формуле (7.2.1)  (260 + 78)2 = 676 руб. Большинство элементов для электронной платы приобретались в магазине «Электроника» по адресу г.Иркутск, ул. Фурье 8, цокольный этаж. Также приобретались элементы в магазине «ООО Элтек» г. Иркутск, ул. Байкальская 149. Сравнивая ценовые категории в магазинах «радиоэлектроники», пришел к выводу, что самым доступным по цене, а также обладающим большим выбором электронных компонентов, является магазин «Электроника». 8 Безопасность и экологичность проекта   В данном дипломном проекте осуществляется разработка учебно ‒ лабораторного стенда «многоосевого магнитного подвеса», при помощи специального технического оборудования. Все требования по электромонтажным работам выполнены согласно ГОСТ 12.3.032‒84 [21]. .1 Анализ опасных и вредных производственных факторов Работа является неотъемлемой частью нашей жизни, почти треть дня мы проводим на рабочем месте, следовательно, нужно определить, от каких опасных и вредных производственных факторов должен быть защищен работник при проведении электромонтажных работ на рабочем месте. Лабораторный стенд состоит из электромагнита, фото ‒ сенсора, лампы, электронной платы, источник питания, соединительные провода. При сборке лабораторного стенда необходимо изготовить электронную плату при помощи электрических компонентов и электрооборудования. Согласно ГОСТ 12.0.003‒74 [22] опасные и вредные производственные факторы подразделяются по природе действия на следующие группы: ‒ физические; ‒ химические; ‒ психофизиологические. К физическим факторам при работе и изготовлении рабочего стенда можно отнести: а) повышенная напряженность электрического поля; б) повышенная напряженность магнитного поля; в) отсутствие или недостаток естественного света; г) недостаточная освещенность рабочей зоны; д) повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека; е) электрический ток ‒ источником поражения могут быть незащищенные и неизолированные электропровода, поврежденные источники питания, не заземленное оборудование и др. К химическим факторам относятся: а) токсические; б) раздражающие; в) мутагенные; г) влияющие на репродуктивную функцию. Влияют на организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, кожные покровы и слизистые оболочки. Психофизиологические факторы делятся на: а) физические перегрузки; б) нервно-психические перегрузки (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки). Так же есть возможность возникновения аварийных ситуаций в случае пожара (незащищенные и неизолированные электропровода).   8.2 Требования к персоналу Персонал, проводящий электромонтажные работы, не должен выполнять работы, относящиеся к эксплуатации электроустановок. Лица, допускаемые к электромонтажным работам, должны проходить предварительный и периодические медицинские осмотры в сроки, установленные Минздравом. Лица, допускаемые к работам на оборудовании с электроприводом, должны иметь квалификационную группу по технике безопасности (электробезопасности) по правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденным Главгосэнергонадзором. Лица, участвующие в электромонтажных работах, должны пройти инструктаж по безопасности труда согласно ГОСТ 12.0.004‒90 [23], при этом ‒ повторный инструктаж не реже одного раза в три месяца.   .3 Техника безопасности. Общие требования безопасности при работе с электроустановками Все требования по электромонтажным работам выполнены согласно ГОСТ 12.3.032‒84[21]. Настоящий стандарт распространяется на электромонтажные работы при монтаже электроустановок. Инструкция содержит общие указания по безопасному применению и изготовлению электрооборудования в учреждении. Требования настоящей инструкции являются обязательными, отступления от нее не допускаются. К самостоятельной эксплуатации электроаппаратуры допускается только специально обученный персонал не моложе 18 лет, пригодный по состоянию здоровья и квалификации к выполнению указанных работ. .3.1 Требования безопасности перед началом работы Перед началом работы следует убедиться в исправности электропроводки, выключателей, штепсельных розеток, при помощи которых оборудование включается в сеть, наличии заземления у оборудования, его работоспособности. 8.3.2 Требования безопасности во время работы Для снижения или предотвращения влияния опасных и вредных факторов необходимо соблюдать санитарные правила и нормы (СанПиН 2.4.2.2883‒11) [26]. Во избежание повреждения изоляции проводов и возникновения коротких замыканий не разрешается: вешать что ‒ либо на провода, выдергивать штепсельную вилку из розетки за шнур, усилие должно быть приложено к корпусу вилки. Для исключения поражения электрическим током запрещается: часто включать и выключать устройство без необходимости, работать на оборудовании с мокрыми руками, работать с электрическими устройствами, имеющих нарушения целостности корпуса, нарушения изоляции проводов, неисправную индикацию включения питания, с признаками электрического напряжения на корпусе, класть электрические устройства посторонние предметы. Запрещается под напряжением очищать от пыли и загрязнения электрооборудование. Запрещается проверять работоспособность электрооборудования в неприспособленных для эксплуатации помещениях с токопроводящими полами, сырых, не позволяющих заземлить доступные металлические части. Недопустимо под напряжением проводить ремонт электрооборудования. Ремонт электроаппаратуры производится только специалистами ‒ техниками с соблюдением необходимых технических требований. Во избежание поражения электрическим током, при пользовании электроприборами нельзя касаться одновременно каких-либо трубопроводов, батарей отопления, металлических конструкций, соединенных с землей. При пользовании электроэнергией в сырых помещениях соблюдать особую осторожность. 8.3.3 Требования безопасности в аварийных ситуациях При обнаружении неисправности немедленно обесточить электрооборудование, оповестить администрацию. Продолжение работы возможно только после устранения неисправности. При обнаружении оборвавшегося провода необходимо немедленно сообщить об этом администрации, принять меры по исключению контакта с ним людей. Прикосновение к проводу опасно для жизни. Во всех случаях поражения человека электрическим током немедленно вызывают врача. До прибытия врача нужно, не теряя времени, приступить к оказанию первой помощи пострадавшему. Необходимо немедленно начать производить искусственное дыхание, наиболее эффективным из которых является метод рот в рот или рот в нос, а также наружный массаж сердца. Искусственное дыхание пораженному электрическим током производится вплоть до прибытия врача. На рабочем месте запрещается иметь огнеопасные вещества. В помещениях запрещается: а) зажигать огонь; б) включать электрооборудование, если в помещении пахнет газом; в) курить; г) сушить что-либо на отопительных приборах; д) закрывать вентиляционные отверстия в электроаппаратуре. Источниками воспламенения являются: а) искра при разряде статического электричества; б) искры от электрооборудования; в) искры от удара и трения; г) открытое пламя. При возникновении пожароопасной ситуации или пожара персонал должен немедленно принять необходимые меры для его ликвидации, одновременно оповестить о пожаре администрацию. Помещения с электрооборудованием должны быть оснащены огнетушителями типа ОУ ‒ 2 или ОУБ ‒ 3. .3.4 Требования безопасности по окончании работы После окончания работы необходимо обесточить все электрооборудование. .4 Средства защиты при работе с электрооборудованием Средства защиты, применяемые для предотвращения или уменьшения воздействия опасных и вредных производственных факторов, возникающих при электромонтажных работах, должны соответствовать ГОСТ 12.4.011‒89 [27] и стандартам ССБТ на конкретные средства защиты. Лица, занятые в электромонтажном производстве, должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты в соответствии с отраслевыми нормами, утвержденными в установленном порядке. Согласно ГОСТ 12.4.011‒89 [27] о средствах защиты работающих в зависимости от характера их применения подразделяют на две категории: ‒ средства коллективной защиты; ‒ средства индивидуальной защиты. Средства коллективной защиты в зависимости от назначения подразделяют на классы: а) средства нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест (поддержания нормируемой величины барометрического давления, вентиляции и очистки воздуха, кондиционирования воздуха, локализации вредных факторов, отопления, автоматического контроля и сигнализации, дезодорации воздуха); б) средства нормализации освещения производственных помещений и рабочих мест (пониженной яркости, отсутствия или недостатка естественного света, пониженной видимости) ‒ (источники света, осветительные приборы, световые проемы, светозащитные устройства, светофильтры); в) средства защиты от повышенного уровня электромагнитных излучений (оградительные устройства, защитные покрытия, герметизирующие устройства, устройства автоматического контроля и сигнализации, устройства дистанционного управления); г) средства защиты от повышенной напряженности магнитных и электрических полей (оградительные устройства, защитные заземления, изолирующие устройства и покрытия); д) средства защиты от поражения электрическим током (оградительные устройства, устройства автоматического контроля и сигнализации, изолирующие устройства и покрытия, устройства защитного заземления и зануления, устройства автоматического отключения, устройства выравнивания потенциалов и понижения напряжения, устройства дистанционного управления, предохранительные устройства, молниеотводы и разрядники). Средства индивидуальной защиты в зависимости от назначения подразделяют на классы: а) средства защиты органов дыхания (противогазы, респираторы, самоспасатели, пневмошлемы, пневмомаски, пневмокуртки); б) одежда специальная защитная (пневмокостюмы, гидроизолирующие костюмы, скафандры); в) средства защиты рук (рукавицы, перчатки, полуперчатки); г) средства защиты глаз (очки защитные); д) средства защиты комплексные.   .5 Освещение Главной проблемой при работе в помещениях является освещение, потому что оно влияет на зрение, при низкой освещенности повышается утомляемость. Следовательно, надо обратить особое внимание на правильное проектирование освещения. При должном освещении повышается производительность труда, снижается травматизм и повышается безопасность труда. Недостаточность освещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит к наступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Все эти причины могут привести к несчастному случаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчет освещенности. Существует три вида освещения ‒ естественное, искусственное и совмещенное (естественное и искусственное вместе). Естественное освещение ‒ освещение помещений дневным светом, проникающим через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях помещений. Естественное освещение характеризуется тем, что меняется в широких пределах в зависимости от времени дня, времени года, характера области и ряда других факторов. Искусственное освещение применяется при работе в темное время суток и днем, когда не удается обеспечить нормированные значения коэффициента естественного освещения (пасмурная погода, короткий световой день). Освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным, называется совмещенным освещением. Согласно СНиП 23‒05‒95 в помещениях с использованием электрооборудования необходимо применить систему комбинированного освещения. В качестве источников искусственного освещения обычно используются люминесцентные лампы типа Т5 и Т8 ‒ ЭПРА и ПРА, которые должны располагаться над рабочими поверхностями равномерно. Кроме того все полезрения должно быть освещено достаточно равномерно - это основное гигиеническое требование. 8.5.1 Расчет освещенности Расчет освещенности рабочего места сводится к подбору необходимого числа светильников и их размещения. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения. Для искусственного освещения будем использовать люминесцентные лампы, которые имеют ряд преимуществ: ‒ по спектральному составу света они близки к дневному, естественному свету; ‒ обладают повышенной светоотдачей (в 3 ‒ 4 раза выше, чем у ламп накаливания); ‒ более длительный срок службы. Расчет освещения производится для комнаты площадью 35 м2, ширина которой 5,8 м, высота - 3,3 м, длинна ‒ 6 м. Воспользуемся методом светового потока. Для определения количества светильников определим световой поток, падающий на поверхность по формуле (8.5.1):  (8.5.1) где F ‒ рассчитываемый световой поток, лм; Е ‒ нормированная минимальная освещенность, лк (определяется по таблице). Работу с электрооборудованием, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к разряду точных работ, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300 лк;‒ площадь освещаемого помещения (в нашем случае S = 35 м2);‒ отношение средней освещенности к минимальной (обычнопринимается равным 1,1…1,2 , пусть Z = 1,1); К ‒ коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение зависит от типа помещения и характера, проводимых в нем работ и в нашем случае К = 1,5);‒ коэффициент использования, (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единицы; зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (РС) и потолка (РП)), значение коэффициентов РС и РП были указаны выше: РС = 40 %, РП = 60 %. Значение n определим по таблице коэффициентов использования различных светильников. Для этого вычислим индекс помещения по формуле (8.5.2):  (8.5.2) где S ‒ площадь помещения, S = 35 м2;‒ расчетная высота подвеса, h = 3 м;‒ ширина помещения, А = 5,83 м; В ‒ длина помещения, В = 6 м. Подставив значения получим в формулу (9.5.2): 35/(3(5,83 + 6)) = 35/35,49 = 0,986 , зная индекс помещения I, находим n = 0,37. Подставим все значения в формулу (9.5.1) для определения светового потока F:  ( 300  1,5  35  1,1) /0,37  46824 лм Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа T8, световой поток которых  = 2850 лм. Рассчитаем необходимое количество ламп по формуле (9.5.3):  (9.5.3) где N ‒ определяемое число ламп;‒ световой поток, F = 46824 лм; ‒ световой поток лампы, 2850 лм.  46824/2850 = 16 шт. При выборе осветительных приборов используем растровые светильники типа ОДО. Каждый светильник комплектуется четырьмя лампами. .6 Параметры микроклимата Для оптимальной работы человека, необходимо создать комфортные условия (микроклимат). Необходимым условием жизнедеятельности человека является поддержание постоянной температуры тела, в то время, как параметры микроклимата постоянно изменяются в большом диапазоне, следовательно, необходимо для обеспечения комфортных условий для работы использовать как организационные методы (рациональная организация проведения работ в зависимости от времени года и суток, чередование труда и отдыха), таки технические средства (вентиляция, кондиционирование воздуха, отопительная система). Электрооборудование является источником существенных тепловыделений, что может привести к повышению температуры и снижению относительной влажности в помещении. Таблица 8.6.1 ‒ Параметры микроклимата для помещений, где установлено электрооборудование Период года Параметр микроклимата Единицы измерения Величина Холодный Температура воздуха в помещении Относительная влажность Скорость движения воздуха °С % м/с 22 ‒ 24 40 ‒ 60 до 0,1 Теплый Температура воздуха в помещении Относительная влажность Скорость движения воздуха °С % м/с 23 ‒ 25 40 ‒ 60 0,1 ‒ 0,2 В помещениях, где установлено электрооборудование, должны соблюдаться определенные параметры микроклимата. В санитарных нормах СанПиН 2.2.4.548‒96[31] «Санитарные правила и нормы. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» установлены величины параметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти нормы устанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса и характера производственного помещения (таблица 9.6.1).   .7 Безопасность труда при обслуживании стенда При проведении лабораторных работ необходимо знать и строго выполнять следующие основные правила техники безопасности: ‒ к работе на стенде допускаются лица, знающие его устройство и работу, а также прошедшие инструктаж по технике безопасности; ‒ лабораторную работу можно выполнять только на исправном стенде. Об обнаруженных неисправностях необходимо сообщить персоналу лаборатории; ‒ перед началом работы на стенде необходимо убедиться, что все выключатели стенда находятся в положении "Выключено"; ‒ категорически запрещается включать стенд без разрешения преподавателя; ‒ при обнаружении каких-либо повреждений или неисправностей, а так же при появлении дыма, искрения или запаха перегретой изоляции необходимо обесточить лабораторный стенд и сообщить об этом преподавателю.   .8 Пожарная безопасность при работе со стендом Радиомонтажные участки пожароопасны. Технологические операции, например, пайка, облуживание горячим припоем, обжигание концов монтажного провода проводятся с использованием легко воспламеняющихся жидкостей (этилового спирта, ацетона и тому подобных) и при повышенной температуре. Во избежание пожара электрические паяльники должны обеспечиваться специальными термостойкими диэлектрическими подставками. Обжигание изоляции концов проводов (монтажных) должно проводиться в несгораемом вытяжном шкафу, а легко воспламеняющиеся жидкости следует хранить в посуде с герметичными крышками (пробками). Посуду следует открывать только в момент пользования, легко воспламеняющиеся жидкости. На случай пожара система вентиляции должна быть оборудована устройством, отключающим ее при возникновении возгорания. После работы необходимо отключить все коммуникации, кроме системы противопожарной сигнализации. Необходимо проверить все контакты и зажимы в электрических цепях на отсутствие искрения, электрической дуги, которые могут быть причиной возгорания электропроводки. В электрических цепях должны использоваться только штатные предохранители, во избежание короткого замыкания и пожара. Во избежание появления зарядов статического электричества все корпуса оборудования должны иметь надежное и исправное заземление. Воздух в помещении необходимо периодически увлажнять. Необходимо периодически производить уборку пыли в труднодоступных местах коммуникаций и скрытой электропроводки. Все средства пожаротушения находиться в легкодоступных местах, а именно датчики дыма, которые оповещают, в коридоре пожарный рукав и огнетушитель. Заключение В дипломном проекте была выполнена разработка учебно‒ лабораторного стенда «Многоосевой магнитный подвес», который поясняет алгоритм функционирования и основы проектирования управляемых электромагнитных подвесов. В данном проекте реализованы основные этапы проектирования системы, моделирования и практическая реализация в виде изготовления макета. Система управления была реализована на базе микроконтроллера ATmega328 с расчетом и подбором всех элементов. В ходе создания дипломного проекта был реализован лабораторный стенд и написана к нему лабораторная работа для студентов. Данная лабораторная работа предназначена для студентов технических специальностей, с целью улучшения практических и теоретических знаний в области мехатроники и электроники, а так же для улучшения учебно ‒ материальной базы кафедры УТС. Данные учебно-методические разработки могут быть использована не только для подготовки по специальности мехатроника, но и для других специальностей по учебным дисциплинам электроника, электромеханические системы, и др. Достоверность полученных в дипломном проектировании результатов, в виде математических моделей подтверждена экспериментально при проведении численного и натурного экспериментов. Дипломный проект является законченной работой и соответствует требованиям, предъявляемым к выпускным квалификационным работам инженеров по специальности мехатроника. Список использованных источников 1. Егоров О. Д., Подураев Ю. В. Конструирование мехатронных модулей. - М.: Издательство МГТУ «Станкин», 2004. - 368 с. . Герман-Галкин С.Г. Matlab&Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. - СПб.: КОРОНА-Век, 2008 - 368 с. . Ким К.К., Системы электродвижения с использованием магнитного подвеса и сверхпроводимости: Монография. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 360 с. . Цыган А.Б., Цыган Б.Г., Мокроусов С.Д. Современное вагоностроение: Монография: в 4-х т. - Том I.:Железнодорожный подвижной состав. - Харьков: Корпорация «Техностандарт», 2008. - 432 с. . Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003. - 206 с., ил. . Вышков Ю. Д., Иванов В. И. Магнитные опоры в автоматике. - М.: Энергия, 1978. - 160 с., ил. . Осокин Ю. А., Герди В. Н., Майков К. А., Станкевич Н. Н. Теория и применение электромагнитных подвесов. - М.: Машиностроение, 1980. - 284 с. . Буль Б. К., Буль О. Б., Азанов В. А., Шоффа В. Н. Электромеханические аппараты автоматики: Учеб. для вузов по спец. «Электрич. аппараты». - М.: Высш. шк., 1988. - 303 с., ил. . Пассивные магнитные подшипники (подвесы) на постоянных магнитах URL: http://imlab.narod.ru/M_Fields/PM_Bearings/PM_Bearings.htm (дата обращения: 13.02.13). . Мартыненко Ю. Г. О проблемах левитации тел в силовых полях 1996. URL: http://www.valtar.ru/Magnets3/magnets7.htm (дата обращения: 13.02.13). . Обратная связь и операционные усилители 2013. URL: http://icmicro.narod.ru/info_ru/opamp/opamp.htm (дата обращения: 25.03.13). . Отрицательная обратная связь в усилителе 2013. URL: http://www.electroclub.info/article/oos1.htm (дата обращения: 25.03.13).13. Основные схемы включения операционных усилителей 2013. URL: http://pagiocxema.narod.ru/theory_4.html (дата обращения: 25.03.13).14. Тогатов В. В. Операционные усилители 2013. URL: http://de.ifmo.ru/bk_netra/select.php (дата обращения: 25.03.13).15. Операционный усилитель LM324. Особенности применения 2013. URL:://www.chipdip.ru/video/id000299401/ (дата обращения: 28.03.13).16. 7805 - cтабилизатор электрического напряжения URL: http://katod-anod.ru/articles/29 (дата обращения: 28.03.13).17. Составной транзистор (схема Дарлингтона) 2013. URL: http://www.alnam.ru/book_shem1.php?id=61 (дата обращения: 30.03.13). . Конденсаторы 2013. URL: http://www.roman.by/r-18081.html (дата обращения: 2.04.13). . Инструкция по технике безопасности URL: http://galina-bogomazova.narod.ru/20050316.htm (дата обращения: 5.04.13).20. ГОСТ 28883-90 Коды для маркировки резисторов и конденсаторов. - Москва: Издательство стандартов, 1990. - 14 с. . ГОСТ 12.3.032-84 Система стандартов безопасности труда. Работы электромонтажные. Общие требования безопасности - Москва: Издательство стандартов, 1985. - 3 с. . ГОСТ 12.0.003-74 Система стандартов безопасности труда. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация - Москва: Издательство стандартов, 1976. - 3 с. . ГОСТ 12.0.004-90 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения - Москва: Издательство стандартов, 1991. - 16 с. . ГОСТ 12.2.007.0-75. Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности. - Москва: Издательство стандартов, 1978. - 12 с. . ГОСТ 12.4.115-82. Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты работающих. Общие требования к маркировке. - Москва: Издательство стандартов, 1982. - 3 с. . СанПиН 2.4.2.2883-11 Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях. - Москва: 2011. . ГОСТ 12.4.011-89 Средства защиты работающих. Классификация. - Москва: Издательство стандартов, 1990. - 6 с. . ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования. - Москва: Издательство стандартов, 1991. - 6 с. . ГОСТ 2.702-75 Единая система конструкторской документации. Правила выполнения электрических схем. - Москва: Издательство стандартов, 2012. - 28 с. . ГОСТ 2.004-88 Единая система конструкторской документации. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ. - Москва: Издательство стандартов, 1990. - 23 с. . СанПиН 2.2.4.548-96 Санитарные правила и нормы. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений, 1997. - 9 с. Похожие работы на - Проектирование лабораторного стенда по изучению принципа действия и структуры активных электромагнитных подвесов   Нужна качественная работа без плагиата? Другие дипломные работы по информатике Не нашли материал для своей работы? Поможем написать уникальную работу Без плагиата! Узнайте © 2003 - 2022 «Библиофонд» Обратная связь Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности Полная версия Помощь по учебным работам Консультация по курсовой работе Консультация по дипломной работе ВКР Консультация по реферату Консультация по отчетам о практике