Розроблення автоматизованої системи контролю та оцінка її характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний авіаційний університет

Інститут електроніки та систем управління

Факультет аерокосмічних систем управління

Кафедра авіаційних комп'ютерно-інтегрованих комплексів

Домашнє завдання

З дисципліни: «Автоматизовані системи контролю»

На тему: «Розроблення автоматизованої системи контролю та оцінка її характеристик»

Зміст

Вступ

1. Опис принципу роботи ОК

2. Алгоритми перевірки параметри

3. Параметри та сигнали

4. Характеристики контрольованих сигналів

5. Характеристики стимулюючих і керуючих сигналів

6. Опис процесу контролю параметрів

7. Опис принципу роботи АСК

8. Розрахунок показників надійності АСК

9. Розрахунок показників точності каналів контролю

Висновки

Вступ

Домашнє завдання виконується з метою оволодіння навиків конструкторської розробки системи контролю та оцінки її технічних характеристик.

Перелік задач, які мають бути виконаними:

§ Ознайомитись із принципом роботи та структурою однієї з бортових систем управління літального апарата, оцінити її пристосованість до проведення контролю.

§ Ознайомитись із переліком контрольованих параметрів системи та визначити перелік і характеристики сигналів (стимулюючих і контрольованих), необхідних для організації контролю групи параметрів, заданих Вашим варіантом.

§ Описати алгоритми проведення перевірок заданих параметрів.

§ Ознайомитися з положеннями ГОСТ 19838-82 та розробити на основі цього стандарту таблиці контрольованих і стимулюючих сигналів, а також опис процесу контролю параметрів за формами 1, 2, 3.

§ Розрахувати характеристики надійності АСК за відповідними показниками надійності функціональних блоків, що входять до її складу;

§ Для групи параметрів, заданих Вашим варіантом, розрахувати похибки їхніх каналів контролю за відомими похибками функціональних пристроїв, що формують ці канали;

§ Розрахувати показники достовірності контролю АСК за відповідними показниками достовірності контролю параметрів об'єкту.

Номер варіанту - 7, відповідні номери та функціональні найменування контрольованих параметрів, що потрібно дослідити, їх номінальні та допускові значення:

№5 - Опір датчика кутової швидкості - R_Д = 400 Ом;

№9 - Коефіцієнт передачі по кутовій швидкості - K_д/щ = 9,6;

№13 - Нульовий сигнал перед підсилювача - U = (0,0 + 0,02) В

Інші вихідні дані

§ Граничне значення допустимої абсолютної похибки лінії зв'язку при вимірюванні напруг постійного струму лз = 5мВ;

§ Апріорна ймовірність працездатного стану об'єкта контролю Рок = 0,9 при загальній кількості контрольованих параметрів об'єкта N = 16;

§ Ризики виробника по кожному з трьох контрольованих параметрів 1 = 0,00015, 2 = 0,0002, 3 = 0,00025;

§ Ризики замовника по кожному з трьох контрольованих параметрів 1 = 0,0001, 2 = 0,00015, 3 = 0,0002;

§ Похибки шунтів для вимірювання струмів споживання об'єктом контролю кш = 1%;

§ Похибка датчика кута елерона ке = 0, 5%;

§ Похибка подільника напруги пн = 0, 5%;

1. Опис принципу роботи ОК

Функціональна схема системи стабілізації ЛА по куту крена (схема об'єкта контролю)

У приведеній схемі системи стабілізації ЛА по куту крена можна виділити два контури зворотнього зв'язку: по кутовому відхиленню (містить у своєму складі вільний гіроскоп та перетворювач К^г ) та швидкості кутового відхилення (датчик кутової швидкості та перетворювач К^щ ).

2. Алгоритми перевірки параметри

Аналізуючи задані параметри складемо перелік стимулюючих сигналів і сигналів реакцій, які будуть задіяні при контролі цих параметрів. Дамо їм відповідні позначення: С001, С002, С003, С004, С005, К001, К002-1, К002-2, де С00 - стимулюючи сигнали, К00 - реакції на стимулюючи сигнали.

Параметр П001. Опір датчика кутової швидкості - R_Д = 400 Ом.

1. Подати за допомогою ЦАП стимулюючий сигнал С001 = I₁ на вихід датчика кутової швидкості, в точку 4.

2. Контролювати падіння напруги на опорі датчика - реакцію К001 = U1 в точці 4;

3. Обчислити опір датчика Rд = U₁/ I₁ = 8/0,02 400 Ом;

4. Порівняти обчислене значення з допуском;

5. Реєструвати параметр П001.

Величина I1 = 0,02 А визначилась вихідною характеристикою каналу аналогового виводу 20 mA типового модуля ЦАП, що входить до складу АСК, а величина U1 = 8 В - через відоме номінальне значення параметра П001 = 400 Ом

Параметр П002. Коефіцієнт передачі по кутовій швидкості - K_д/щ = 9,6.

1. Подати напругу силового живлення - С002=(27 2,7)В в точку 11;

2. Подати стимулюючий сигнал С003 = 0 В в точку 5;

3. Подати стимулюючий сигнал С004 = U1 на вхід перетворювача K^щ в точку 4;

4. Контролювати реакцію К002-1 = U2 на виході датчика елерона в точці 10;

5. Обчислити коефіцієнт передачі K_д/щ? ? U2 /U1 = 4,8/0,5 9,6.

6. Порівняти обчислене значення з допуском;

7. Реєструвати параметр П002.

Величина U1=0,5 В, яку повинен сформувати цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) із складу автоматизованої системи контролю (АСК), вибрана такою, щоб, по-перше, підсилювач потужності не досяг порогу обмеження 12В, яке наступить тоді, коли величина U1 перевищить 2,5В (2,5*0,4*10*1,2 = 12), і, по-друге, щоб реакція К002 - 1 = 9,6 В контролювалася аналогоцифровим перетворювачем (АЦП) ) із складу АСК в рекомендованому діапазоні (10)В;

Параметр П003. Нульовий сигнал перед підсилювача - U = (0,00,02)В

1. Подати напругу силового живлення - С002=(27 2,7)В в точку 11;

2. Подати стимулюючий сигнал С003 = 0 В в точку 5;

3. Подати стимулюючий сигнал С005 = 0 В в точку 6;

4. Виміряти величину сигналу К002-2 в точці 10 (математичне сподівання величини сигналу дорівнює 0);

5. Порівняти виміряне значення з допуском;

6. Реєструвати параметр П003.

3. Параметри та сигнали

Інформацію про стимулюючи сигнали та сигнали реакцій, які беруть участь в контролі розглянутих вище параметрів відповідно до варіанту зведемо у таблицю:

Таблиця 1

№	Умовне позначення параметра	Характеристики стимулюючих сигналів	Точка, куди подається стимул. сигнал	Характеристики сигналів реакцій	Точка, з якої знімається сигн. реакції
1	П001	С001 = 0,02 А	4	К001 = 8 В	4
2	П002	С002 = (27 2,7) В С003 = 0 В С004 = 0,5 В	11 5 4	К002-1 = 4,8 В	10
3	П003	С002 = (27 2,7)В; С003 = 0 В; С005 = 0 В	11 5 6	К002-2 = 0 В	10

4. Характеристики контрольованих сигналів

Використовуючи інформацію про вихідні дані для виконання домашнього завдання, написані алгоритми перевірки параметрів та інформацію з табл. 1 заповнимо таблицю форми 1

Умовне позначення сигналу (параметра сигналу)	Найменування параметра виробу АТ, вигляд і параметри контрольованого сигналу, одиниця виміру або розмірність	Коротка характеристика контрольованого сигналу або вигляд функції сигналу	Номінальне значення і допустиме відхилення параметра	Діапазон можливих значень вимірюваного параметра сигналу	Точка виводу (знімання)	Опір електричного навантаження	Формула обчислення параметра	Примітка
К001	Падіння напруги на опорі датчика кутової швидкості В	Напруга постійного струму		(0…10)В	4	100 кОм	Rд = U1/ I1
К002-1	Вихід датчика кута елерона В	Напруга постійного струму		(-10…+10)В	10	100 кОм	Kд/щ? ? U2 /U1
К002-2	Нульовий сигнал перед підсилювача, В	Напруга постійного струму		(-0,02…+0,02) В	10	100 кОм

5. Характеристики стимулюючих і керуючих сигналів

На основі тих же даних, що використовувалися при заповненні таблиці форми 1, заповнюємо таблицю форми 2:

Умовне позначення сигналу	Найменування сигналу, параметра сигналу, одиниця виміру або розмірність	Коротка характеристика сигналу або вигляд функції сигналу	Номінальне значення і граничне відхилення сигналу	Діапазон можливих значень змінного параметра сигналу	Точка вводу	Примітка
С001	Сигнал керованого постійного струму [мА]	Постійний струм		(0…20) мА	4
С002	Напруга силового живлення В	Напруга постійного струму	(27 2,7)В	(24,3…29,7)В	11
С003	Нульовий сигнал на вході перед підсилювача В	Напруга постійного струму		(00,0005)В	5
С004	Сигнал на вході перетворювача Кщ В	Напруга постійного струму		(-2,8…+2,8)В	4
С005	Нульовий сигнал на вході перед підсилювача В	Напруга постійного струму		(00,0005)В	6

Похибка нульових сигналів стимулів С003 і С005 величиною в 0,5 mV вибирається такою, щоб вона не впливала на результат контролю нульового сигналу перед підсилювача (параметр П003), допуск на який становить всього лише 20 mV. Отже похибка в 0,5 mV, підсилена в 10 раз, буде в 4 рази меншою за допуск в 20 mV параметра П003, що допустимо за нормами метрології.

Діапазон значень сигналу С004 (-2,8…+2,8)В взятий таким, що забезпечує режим обмеження підсилювача потужності при нульовому сигналі в точці 5.

6. Опис процесу контролю параметрів

Заповнюємо таблицю форма 3 - опис процесу контролю параметрів, яка несе в собі основну інформацію про те, яким чином відбувається контроль кожного параметра

Індекс параметра	Найменування параметра, одиниця виміру, (розмірність)	Номінальне значення і граничне відхилення параметра	Індекс стимулюючого (контрольованого) сигналу	Форма і часові співвідношення стимулюючих і контрольованих сигналів	Формула обчислення параметра	Блок-схема алгоритму контролю параметра
П001	Опір датчика кутової швидкості Ом	(400 40)Ом	C001 K001		Rд= U1/ I1
П002	Коефіцієнт передачі по кутовій швидкості Кд/щ	9,60,96	С002 С003 С004 К002-1		Kд/? U2/ U1
П003	Нульовий сигнал приводу В	(0,00,02) В	С002 С003 С005 К002-2

7. Опис принципу роботи АСК

АСК являє собою сукупність відносно автономних стимулюючих і перетворювальних каналів контролю пов'язаних між собою через пристрій управління і обробки інформації (ПУОІ) яким найчастіше є комп'ютер. Приведемо структурну схему АСК (рис.1) та короткі характеристики її функціональних блоків (таблиця 2).

Структурна схема АСК

Таблиця 2.

Тип модуля	Призначення, технічні дані	Основна характеристика	Середній наробіток до відмови, год*103	Коефіцієнт часового завантаження
Модуль центрального процесора	CPU 386S/25МГц, RAM - 1Mb	16 розрядів	150	1
Модуль пам'яті	IDE Flash disk - 8Mbyte		800	1
Відеоадаптер	SVGA, пласкі РКІ панелі, ЕПТ	1028х768	300	1
Дисплей	Рідинно-кристалічний	Розмір 10'	120	1
Клавіатура	Мембранна		60	1
Прінтер	Мініпрінтер "Star"	40 символів	40	0,2
Корпус	Монтажний пристрій (каркас) для встановлення модулів		300	1
Блок живленння	Джерело живлення модулів, встановлених у корпусі		180	1
Блок аналогового вводу-виводу АІ 16 - 5А - 3	16 каналів аналогового вводу, 10В, 13 розрядів, 100КГц; 2 канали аналогового виводу 20mA на навантаження не менше 1,5kOm, 11 розрядів	Похиба вводу і виводу - 2мзр	200	1
Блок аналогового і дискр.виводу АO 16 - V16	16 каналів аналогов. виводу, 10В, 11 розрядів, 10мкс на навантаж. не менше 2kOm; 26 каналів дискретн. виводу КМОП рівнів	Похибка виводу - 2мзр	180	1
Блок дискретного виводу D032	Ізольований поканально вивід дискретних сигналів постійного струму	32 канали, до 60В, 0,5А	80	1
Лічильник - таймер 5300	Шість 15-розрядних ізольованих лічильників-таймерів для вимірив. частоти до 2МГц і вимір. часових інтервалів	Похибка вимірювання - 2мзр	1000	1
Клемні плати ТВ34	Клемні плати на 34 контакти для підключення сигналів до модулів		2000	1
Джерело живл. ДЖ1	Джерело живлення АСК		80	1
Джерело живл. ДЖ2	Джерело живлення об'єкта контролю		60	1
Пристрій сполуки	Пристрій сполуки з об'єктом контролю		200	1

В загальному випадку канали контролю мають таку структуру:

· Стимулюючий канал: ПУОІ - генератори стимулів - комутатор - ОК;

· Перетворювальний канал: ОК - первинний перетворювач - комутатор - АЦП - ПУОІ.

8. Розрахунок показників надійності АСК

У таблиці 2 показники безвідмовності задані у вигляді середніх наробітків до відмови, за якими спочатку обчислимо параметри потоку відмов кожного з функціональних блоків (пристроїв), а вже потім скористаємося формулами (1) та (2). Зведемо підрахунок параметрів у таблицю 3:

Таблиця 3

Тип модуля	Середній наробіток до відмови, год*103	Коефіцієнт часового завантаження	Параметри потоку відмов і-го блоку 1/год*10-6	Параметр потоку відмов АСК 1/год*10-6
Модуль центрального процесора	150	1	6,7	108,84 (середній наробіток до відмови АСК - 9187 год)
Модуль пам'яті	800	1	1,25
Відеоадаптер	300	1	3,3
Дисплей	120	1	8,3
Клавіатура	60	1	16,67
Прінтер	40	0,2	25
Корпус	300	1	3,33
Блок живлення	180	1	5,56
Блок аналогового вводу-виводу АІ 16 - 5А - 3	200	1	5
Блок аналогового і дискр.виводу АO 16 - V16	180	1	5,56
Блок дискретного виводу D032	80	1	12,5
Лічильник - таймер 5300	1000	1	1
Клемні плати ТВ34	2000	1	0,5
Джерело живл. ДЖ1	80	1	12,5
Джерело живл. ДЖ2	60	1	16,67
Пристрій сполуки	200	1	5

де А і B - ризики виробника і замовника відповідно при контролі всього об'єкта в цілому;

Pi - апріорна ймовірність працездатного стану об'єкта по i - му параметру;

i і i - ризики виробника і замовника відповідно при контролі i - го параметра;

N - загальна кількість контрольованих параметрів об'єкта;

- знак множення.

Знаючи з початкових умов апріорну ймовірність працездатного стану об'єкта контролю Рок = 0,9 при загальній кількості контрольованих параметрів об'єкта N = 16, знайдемо ймовірність працездатного стану окремого і-го блоку Р_і :

Так як ми маємо неповний контроль об'єкта ,то формули (1) та (2) видозміняться:

сигнал керуючий автоматизований контроль



Обчислимо ризик виробника та ризик замовника при контролі 3-х заданих параметрів:

А = 0,9 - (0,99344 - 0,00015)(0,99344 - 0,0002)(0,99344 - 0,00025)*0,99344¹³ = 0,9 - 0,8995 = 0,0005;

В = (0,99344 - 0,00005)³ - 0,8995 = 0,0808;

9. Розрахунок показників точності каналів контролю

Структура похибок каналу контролю параметру витікає з математичної залежності параметра від його аргументів з урахуванням похибок ліній зв'язку, подільників напруги, шунтів та інше.

Параметр П001. Опір датчика кутової швидкості - Rд =(40040) Ом.

1. Формула залежності параметра від аргументів:

Rд = U₁/ I₁.

2. Структура похибки каналу:

R=ГСГС(U1+лз)/Nп* I₁ + І/ I₁ ;

U1=10000/(2¹³-1) *3=3,7мВ

лз=5мВ

Nп=400 Ом

I₁ =20мА

Dп=40 Ом;

І=20/(2¹²-1) *3=0,0146мА;

3. Відносна похибка каналу:

4. Абсолютна похибка каналу:

R = Nп*R = 400*0,001 = 0,4 Ом.

5. Коефіцієнт точності:

Кт =Dп/R = 40/0,4 =100.

Абсолютна похибка ЦАП І розраховується, виходячи з характеристик блока АІ 16-5А-3, приведених в таблиці 2; I₁ - номінальне значення стимулюючого струму ЦАП згідно з алгоритмом контролю параметра П001.

Параметр П002. Коефіцієнт передачі по кутовій швидкості - K_д/щ = 9,6 0,96.

1. Формула залежності параметра від аргументів:

K_д/щ = U2/ U1.

2. Структура похибки каналу:

К=ГСГС(U2+лз)/МСU2 + ГС(U1+лз)/U ;

U2=10000/(2¹³-1) *3=3,7мВ;

U1=10000/(2¹¹-1) *3=14,65мВ;

лз=5мВ;

U1=500мВ;

МСU2=9600мВ;

3. Відносна похибка каналу:

4. Абсолютна похибка каналу:

К = Nп*К = 9,6*0,03 = 0,288.

5. Коефіцієнт точності:

Кт =Dп/К = 0,96/0,288 =3,33.

МСU2 - математичне сподівання напруги U2 згідно з алгоритмом контролю параметра П002. Абсолютна похибка ЦАП U1 розраховується, виходячи з характеристик блока АO 16-V16, приведених в таблиці 2.

Параметр П003. Нульовий сигнал приводу - U = (0,00,02)В.

1. Формула залежності параметра від аргументів:

U = U1.

2. Структура похибки каналу:

U=ГС(U1+лз);

U1=10000/(2¹³-1) *3=3,7мВ; лз=5мВ.

3. Абсолютна похибка каналу:

4. Коефіцієнт точності:

Кт =Dп/U = 20/6,2 =3,23.

Поняття "відносна похибка каналу"для цього параметра не існує.

Висновки

В процесі виконання роботи були засвоєні принцип роботи і структура однієї з бортових систем управління ЛА та оцінена її пристосованість до проведення контролю; визначений перелік контрольованих параметрів системи, перелік та характеристики стимулюючих та контрольованих сигналів, необхідних для організації контролю групи параметрів відповідно до варіанту; описані алгоритми проведення перевірок заданих параметрів; розроблені таблиці контрольованих та стимулюючих сигналів, опис процесу контролю параметрів за формами 1, 2, 3; розраховані характеристики надійності АСК за відповідними показниками надійності функціональних блоків, що входять до її складу; для групи параметрів заданих варіантом розраховані похибки каналів контролю за відомими похибками функціональних пристроїв, що формують ці канали; розраховані показники достовірності контролю АСК за відповідними показниками достовірності контролю параметрів об'єкту. Всі отримані похибки знаходяться у межах допустимих значень параметрів.

Размещено на Allbest.ru