– 288с.: ил. Лекции по предмету “Технология проектирования СУ”. Сайт: www.klima.ru Сайт: autoklimat.ru Сайт: Сайт: Сайт: Сайт: Сайт: Лист 2101.05.156.00.00 ПЗ.


Введение

В качестве темы курсового проекта предложено разработать систему управления кондиционером для автомобилей типа “Урал”, “ВАЗ”, “Газель” и т. д.
В России до недавних пор кондиционер являлся символом престижа, роскошью, доступной не всем и только в стационарном варианте. Однако, комфорт, создаваемый кондиционером в автомобиле, способствует также повышению уровня безопасности водителя и окружающих. Известно, что оптимальной считается температура 18-20Со и влажность 30-70%, при повышении температуры выше 25Со водитель быстро утомляется, а при температуре выше 30Со - заметно замедляется реакция, могут появиться ошибки в управлении. Кондиционер может существенно улучшить климат в салоне, поддерживая постоянную температуру в диапазоне от +5 Со до +25 Со, а также создать ощущение свежести и прохлады, снизив температуру и уменьшив влажность.
В начале 90-х годов мало кто мог мечтать о включении кондиционера в список насущно необходимого оборудования для своего автомобиля. Однако, ситуация стремительно меняется, и сегодня, на наших дорогах все чаще можно встретить отечественные или подержанные западные автомобили, "доукомплектованные" дорогой и престижной техникой, в том числе и кондиционерами.
Европейские, американские и азиатские фирмы уже довольно давно решили для себя вопрос - включать или не включать кондиционер в базовую" комплектацию своих автомобилей. И причина этого вовсе не в "изнеженности" наших западных коллег автомобилистов, а в стремлении сделать дороги более безопасными.
Современный рынок кондиционеров настолько разнообразен и объемен, что можно найти климатическое оборудование практически на любой автомобиль, начиная от древней иномарки, и кончая новенькой "Ладой". Также велик и разброс цен.
   Заглянем в "Современный словарь иностранных слов". "Кондиционер - аппарат для кондиционирования воздуха". Читаем дальше. "Кондиционирование воздуха - создание и поддержание в закрытых помещениях и транспортных средствах состояния воздуха, наиболее благоприятного для самочувствия людей, ведения определенных технологических процессов, обеспечения сохранности ценностей и т. п.".
Современные автомобильные кондиционеры - это устройства, регулирующие температуру, чистоту и циркуляцию воздуха в салоне автомобиля.
Конструкций много. Во всем, что касается подачи воздуха (вентиляторы) и его очистки (фильтры), кондиционеры разных лет примерно схожи; принципиально же они различаются только типами холодильных установок.    Методом проб и ошибок разработчики автомобильных кондиционеров постепенно пришли к выводу: на сегодняшний день оптимальной холодильной установкой является та, что применяется в современных бытовых холодильниках - паро-компрессорная, где поглощение тепла осуществляется за счет испарения специального хладагента - фреона, под давлением прокачиваемого компрессором по замкнутой системе.
Тривиальная компрессорная холодильная машина пока остается непревзойденной по совокупности технических и потребительских параметров, особенно по соотношению "стоимость-эффективность". И усилия основных фирм-производителей кондиционеров направлены не столько на поиски новых принципов отбора тепла, сколько на оттачивание конструкций, работающих по упомянутому принципу, более тонкая механика, более умная автоматика, "экологические" фреоны, модный дизайн, эргономика, удобство обслуживания и т. д.

Принцип работы автомобильного кондиционера

Автомобильный кондиционер работает по тому же принципу, что и обычный бытовой холодильник, хотя и устроен немного по-другому. Автомобильный кондиционер представляет собой герметичную систему, заполненную фреоном и специальным холодильным маслом, растворимым в жидком фреоне и не боящимся низких температур. Масло нужно для смазки компрессора и всей системы.
Теоретически, заполнить кондиционер можно было бы и обычным пропаном, если бы не его взрывоопасность. Для холодильных систем придумали специальные хлоросодержащие соединения, которые, кроме безопасности, обладают еще и набором нужных характеристик.
Рассмотрим схему кондиционера.
Несмотря на некоторые отличия между кондиционерами на автомобилях разных производителей, принципиальная их схема одинакова. Мы рассмотрим самый распространенный вариант.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Итак, вы нажали на кнопку включения кондиционера. Сработала электромагнитная муфта, стальной прижимной диск <3>, издав характерный щелчок, примагнитился к шкиву <2>. Шкив приводится в движение ремнем и, когда кондиционер выключен, крутится вхолостую. Теперь заработал компрессор <1>. Компрессор сжимает газообразный фреон, отчего тот сильно нагревается, и гонит его по трубопроводу в конденсор <4>. В народе этот самый конденсор часто называют радиатором кондиционера. В конденсоре сильно нагретый и сжатый фреон охлаждается.
Охладиться ему помогает вентилятор <5>, который включился на первую скорость одновременно с компрессором. Если автомобиль едет - еще лучше, конденсор дополнительно обдувается набегающим потоком воздуха. Охладившись, сжатый фреон начинает конденсироваться, и выходит из конденсора уже жидким. После этого жидкий фреон проходит через ресивер-осушитель <6>. Здесь от него отфильтровываются продукты износа компрессора и прочая грязь.
Где-то в районе ресивера-осушителя, часто на нем самом, есть смотровой глазок <9>. Через него на жидкий фреон можно полюбоваться воочию. Вообще-то, ничего интересного, выглядит как газ в зажигалке. Впрочем, глазок сделан не для удовлетворения любопытства. Через него можно визуально оценить, насколько система полна. Если часть фреона утекла в атмосферу, то при работе компрессора в глазке будет видна молочно-белая пена. К сожалению, глазки есть далеко не на всех автомобилях.
Очистившись в ресивере-осушителе, фреон течет в сторону салона автомобиля, чтобы выполнить свое основное предназначение. Кульминация наступает, когда жидкий фреон проходит через ТРВ <10>. ТРВ, он же терморегулирующий вентиль, представляет собой специальное устройство, регулирующее перегрев пара, выходящего из испарителя. (Перегрев - разница температур на выходе из испарителя и кипения хладагента). ТРВ устанавливают на трубопроводе, по которому жидкий фреон поступает в испаритель. Если испаритель полностью заполнен жидким фреоном, то из него выходит насыщенный пар, температура которого равна температуре кипения. Регулирующий орган ТРВ закрывается. Если из испарителя выходит пар, перегрев которого превышает установку ТРВ, то регулирующий орган ТРВ открывается настолько, чтобы площадь его проходного сечения соответствовала допустимой величине. По сути, ТРВ является автоматически регулируемым дросселем.
Не вдаваясь в термодинамику, можно сравнить ТРВ с соплом аэрозольного баллончика.
Проходя через ТРВ и попадая в испаритель, фреон переходит в газообразное состояние (кипит) и при этом сильно охлаждается. Испаритель <12> - это тот же радиатор, только маленький. Ледяной фреон охлаждает испаритель, а вентилятор <13> сдувает с испарителя холод в салон автомобиля. Пройдя через испаритель, все еще достаточно холодный фреон попадает снова в компрессор.
Круг замыкается. Часть системы от компрессора до ТРВ называется напорной магистралью. Ее всегда можно определить по тонким трубкам, которые теплые или горячие. Часть же от испарителя до компрессора называется обратной магистралью, или магистралью низкого давления. Она делается из толстых трубок и на ощупь ледяная. Если в напорной магистрали во время работы компрессора давление колеблется от 7 до 15 атмосфер (в аварийных случаях и до 30), то в обратной магистрали давление не превышает одной двух атмосфер. Когда кондиционер выключен, давление в обеих магистралях уравнивается и составляет около 5 атмосфер.
За правильной работой системы следят несколько датчиков. Количество их варьируется. В нашем случае на ресивере-осушителе <6> стоит датчик <7> включения второй скорости вентилятора. Когда охлаждение конденсора <4> недостаточно (вы стоите в пробке, например), давление в напорной магистрали начинает стремительно расти, а фреон в конденсоре перестает конденсироваться. Датчик реагирует на скачок давления и включает вентилятор <5> на полную мощность. Датчик <8> выключает компрессор, если давление в напорной магистрали достигает запредельных величин. Датчик <11> выключает компрессор, если температура испарителя становится слишком низкой.
Принцип работы автомобильного отопителя

Для примера возьмем автомобильный отопитель фирмы Webasto.

России Правилами Дорожного Движения запрещается остановка транспортных средств на время более 5 минут и стоянка с работающим двигателем, в том числе и в местах, специально оборудованных для ночлега и отдыха. Аналогичные запрещения действуют во многих странах, в том числе и у наших ближайших соседей - в Белоруссии и Польше. Кроме этого, законодательством стран ЕС и Польши запрещена эксплуатация магистральных грузовиков полной массой свыше 15,9 т, не имеющих автономных отопителей.



Что касается технической стороны вопроса, следует знать, что один холодный запуск для двигателя по степени износа равноценен пробегу в 500 км. Прогрев же на холостых оборотах вреден для любого двигателя, особенно дизельного. Отложения нагара, "залегшие" поршневые кольца, закоксовывание форсунок, более частая замена свечей, проблемы с турбокомпрессором - все это спутники длительной работы мотора на холостом ходу. И еще: при запуске холодного двигателя грузовика стартерный ток может достигать 800 А. У двигателя, предварительно прогретого с помощью отопителя, эта величина снижается в 2-3 раза, во столько же - нагрузка на стартер и аккумулятор. К тому же теплая батарея, прогретая за счет разряда небольшим током, необходимым для работы отопителя, способна отдать большую емкость, чем промороженная за время стоянки. Принцип работы жидкостных отопителей Webasto заключается в следующем. Внутри теплообменника сгорает топливо и нагревает жидкость, циркулирующую вокруг теплообменника и перекачиваемую отдельным насосом далее в систему охлаждения двигателя и радиатор климатической установки кабины (салона) автомобиля. При достижении определенной температуры электронный блок управления отопителем включает вентиляторы штатного отопителя автомобиля, и кабина прогревается так же, как и при обычной работе. При достижении температуры охлаждающей жидкости порядка 80 градусов горение в отопителе прекращается, но жидкость продолжает циркулировать по системе. Температура ее понижается, и в отопителе вновь начинается горение. Время работы ограничивается настройкой таймера или конструктивно. Воздушные отопители работают по схожему принципу, но здесь в теплообменнике нагревается воздух, нагнетаемый вентилятором. Далее воздух поступает для отопления салона автомобиля. При достижении в кабине заданной температуры горение топлива в теплообменнике прекращается, но воздух по-прежнему прогоняется через отопитель. Обогреватель автоматически включается и повторяет цикл, как только температура в салоне опустится ниже определенного предела.

Безусловными лидерами в производстве кондиционеров являются японская фирма Sanden, немецкая Waeco, итальянские Autoclima и Diavia, выпускающие комплекты климатического оборудования для каждой модели и модификации автомобиля - иногда существенно отличающиеся (различия возникают при установке кондиционера, так как у каждого автомобиля своя уникальная схема расположения внутренних узлов и агрегатов). Наряду с продукцией вышеперечисленных фирм, на нашем рынке присутствуют сравнительно недорогие кондиционеры израильских Bar Levy и Alex Original. Эти кондиционеры достаточно перспективны для нашей страны с точки зрения цены - от 700 у.е., однако для наиболее жарких районов страны, например, юга России, могут быть рекомендованы более дорогие, но и более надежные Autoclima, Diavia, Sanden, Waeco, стоимость которых от 1000 у.е. Бесспорным лидером среди дорогих и качественных (чем и объясняется их высокая цена), является японская фирма Sanden, чьи комплекты оборудования стоят от 1500 у.е. без учета цены установки.

Недостатки существующих кондиционеров:

cистема охлаждения и система нагрева воздуха представляют собой две независимые системы, что осложняет их проектирование, эксплуатацию и обслуживание;
высокая рыночная стоимость от 700 у.е. до 1500 у.е.;
в современных кондиционерах применяют паро-компрессорные системы, в которых используется хладоген фреон. Продукты распада этого вещества способствуют увеличению озоновой дыры в атмосфере;
механический привод компрессора;
повышенная подверженность коррозии и деформации;
необходимость регулярной диагностики.
Целью курсового проекта является разработка автомобильного кондиционера, который должен обеспечить:
экологическую безопасность;
снижение рыночной стоимости;
простоту конструкции;
удобство эксплуатации и ремонта.


2. Техническое задание


2.1 Общие требования
Полное наименование системы: “Система управления автомобильным кондиционером”.
Система создается на основании статей и Internet сайтов, а так же литературы указанной в перечне.
Результаты проделанной работы по созданию системы (её частей), оформляется в качестве курсовой работы по предмету ” Проектирование аппаратуры систем управления ”.

2.2 Назначение и цели создания системы

Назначение системы. Разрабатываемая система управления автомобильным кондиционером (именуемая в дальнейшем – система) относится к классу бортовых систем и предназначена для установки в автомобилях отечественного и зарубежного производства в качестве дополнительного оборудования.
Данную систему можно использовать для управления манипуляторами в робототехнике и в других областях, где требуется управлять температурой различных объектов.
Объекты управления: автомобильные зеркала заднего вида.
Цели создания системы. Целью курсового проекта по созданию системы является приобретение навыков разработки конструкторской документации на конкурентно способное изделие, реализация которого ориентирована на рынок.
2.3 Характеристика объекта управления.

Объектом управления данной системы является воздух в салоне автомобиля.

2.4 Требования к системе управления

Требования к системе в целом. Система управления должна обеспечивать управление боковыми зеркалами и зеркалом заднего вида автомобилей любого типа.
Требования к надёжности:
- наработка на отказ – 800 часов;
- гарантийный срок 1,5 года;
- долговечность (срок службы) - 10 лет;
- должна быть обеспечена ремонтопригодность, при этом среднее время восстановления не более 1 часа.
Требования к методам оценки и контроля показателей надёжности на разных стадиях создания системы в соответствии с действующими нормативно-техническими документами (курс – «Надёжность технических систем»).

Требования безопасности:
- требования к системе по электробезопасности не предъявляются;
- обеспечить пожаробезопасность.
Требования к эргономике и технической эстетике. Система должна удовлетворять современным требованиям технической эстетики и быть удобной в управлении.
Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению системы:
- эксплуатация системы должна осуществляться автономно;
- предусмотреть возможность проведения ежегодных регламентных работ
- при прохождении автомобилем периодического технического осмотра;
ремонт системы в условиях специализированной мастерской;
- хранение в соответствие с ГОСТ 15150-80.
Требования по сохранности информации при авариях: не предъявляются.
Требования к защите от влияния внешних воздействий:
температура окружающей среды от минус 50 до + 70 (С
- влажность 98 % при температуре + 35 (С;
- давление 760 + 140 мм. рт. ст;
- вибрация от 1 до 150 Гц с ускорением до 6g (60 м/cІ);
- удары до 50g при 2-6 мс.;
- пыль, капли дождя, брызги, пары бензина;
Система должна функционировать в условиях воздействия радиопомех, электрических, магнитных и электромагнитных полей создаваемых электрическим оборудованием автомобиля.
Требования к аппаратуре системы управления с точки зрения воздействия на смежные системы. Система не должна греть смежные системы, не создавать вибрационные и ударные перегрузки, не шуметь, не излучать и т.д.
Патентно-правовые требования. Патентная чистота системы и её частей должна быть обеспечена в отношении стран: Япония, Германия, Италия и Израиль, т.к. разработки именно этих стран в большинстве случаев используются при изготовлении автомобильных кондиционеров в отечественной промышленности.
Требования технологичности, стандартизации и унификации. Разработка КД системы должна проводиться в соответствие с требованиями нормативно-технических документов, устанавливающих степень использования стандартных, унифицированных методов реализации функций (задач) системы, поставляемых программных средств, типовых математических методов и моделей, типовых проектных решений и т.п. (курс – “Конструирование и технология производства аппаратуры СУ”).

Дополнительные требования:
- требования к упаковке, маркировке, транспортированию и хранению,
- требования к конструкторской, эксплуатационной и ремонтной документации;
- комплектность ЗИП, специнструмент и приспособления;
- экономические показатели и др. (в соответствии с нормативно-техническими документами и в рамках данного курсового праекта не рассматриваются ).
Технические требования к параметрам и характеристикам системы управления:
поддержание температуры в пределах : +(20 +5) 0С
охлаждение воздушных потоков до 250 С и ниже
нагрев воздушного потока до 200 и выше
- забор воздуха из вне со скоростью 5л/cек
- параметры питающей сети - аккумуляторная батарея 12 или 24 В;
- в случае выхода системы из строя питающая сеть не должна закорачиваться;
- габаритно-массовые характеристики должны быть минимальными.
Система управления должна иметь звуковую сигнализацию по достижению объектом управления конечных пределов регулирования ; а т.ж. в случае превышения допустимого значения потребляемого тока, что может быть следствием, например, механического заклинивания вала двигателя. Звуковая сигнализация должна оставаться включенной до тех пор пока водитель не отпустит одну из кнопок управления.
Требования к видам обеспечения. В пояснительной записке к курсовому проекту должны быть приведены:
- в рамках математического обеспечения системы формулы и алгоритмы законов управления системы;
- в рамках информационного обеспечения системы должны быть приведены параметры информационного обмена между компонентами системы;
- в рамках программного обеспечения система должна запоминать и воспроизводить исходное положение зеркал;
- в рамках технического обеспечения система должна строиться на отечественной элементной базе и только в технически обоснованном случае допускается применение зарубежной элементной базы;

2.5 Состав и содержание работ по созданию системы

В процессе выполнения курсовой работы должны быть разработаны: структурная, функциональная и электрическая схема системы, перечень элементов и конструкция печатной платы.
2.6 Порядок контроля и приёмки системы
Защита курсовой работы проводится в два этапа (после 8-го и 9-го семестров).
Требования к документации. Материалы курсовой работы должны быть оформлены в соответствие с требованиями к курсовой работе по курсу "Проектирование аппаратуры СУ"

2.7 Источники разработки
Конспекты лекций по технологии проектирования и организации производства аппаратуры систем управления, ТАУ и ЦСУ, метрологии, схемотехнике, микропроцессорам и программированию, надежности, передаче данных, автоматизированному проектированию систем и средств управления, фонд библиотеки МФ ЮУрГУ и информационных сайтов системы Internet.



2.8 Другие требования
В пояснительной записке должен быть произведен расчет калькуляции электронного блока и ориентировочная себестоимость изготовления.


Студент Руководитель проекта

______________А.В. Коннова _________________Ю.В.Ерилов








3. Обоснование выбора структурной схемы

В соответствии с техническим заданием система управления автомобильным кондиционером, именуемая в дальнейшем системой, должна выполнять следующие функции:

поддержание температуры в пределах : +(20 +5) 0С
охлаждение воздушных потоков до 250 С и ниже
нагрев воздушного потока до 200 С и выше
забор воздуха из вне со скоростью 5л/cек
В качестве недостатка известных автомобильных кондиционеров является:
для подогрева воздуха используется автономная отопительная система, а для охлаждения компрессорная холодильная установка.
В рамках курсового проекта предложено выполнить кондиционер на основе полупроводниковых элементов, производства Миасского машиностроительного завода, управление которым позволит обеспечит создать систему управления, которая обеспечит как охлаждение, так и нагрев воздуха в салоне.
В составе автомобиля присутствует большое количество различных систем, которые управляются с помощью бортового компьютера




и т.д.





Система автоматического управления кондиционером может быть построена на принципах:
замкнутая система,
разомкнутая система,
комбинированная система.



Замкнутые системы в свою очередь классифицируют:


13 EMBED Visio.Drawing.11 1415





13 EMBED Visio.Drawing.11 1415





13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

Разомкнутая система:


13 EMBED Visio.Drawing.11 1415



Комбинированные системы в свою очередь классифицируют:


13 EMBED Visio.Drawing.11 1415



13 EMBED Visio.Drawing.11 1415




В данном курсовом проекте, разработку системы управления целесообразно сделать на основе замкнутой системы с возмущением. В качестве возмущения будет выступать бортовой компьютер, на дисплее которого водитель будет задавать требуемый температурный диапазон.

Система управления содержит две подсистемы: СУ термоэлементом и СУ вентилятором. Полная структурная схема имеет вид:

13 EMBED Visio.Drawing.11 1415



Обоснование функциональной схемы
4.1 Выбор двигателя
В современных системах используется большое количество различных двигателей, например:
- коллекторные и безколлекторные двигатели постоянного тока;
- синхронные и асинхронные двигатели переменного тока;
- шаговые двигатели;
- и др.

Рассмотрим достоинства и недостатки некоторых двигателей.

Синхронный двигатель переменного тока
“+”: момент на валу двигателя не зависит от нагрузки, частота вращения определяется частотой вращения задающего генератора, отсутствие коллекторного узла;
“-” : очень маленький момент на валу, для использования данных двигателей необходима специальная схема раскрутки.

Асинхронный двигатель переменного тока
“+”: отсутствие коллекторного узла,
“-” : частота вращения зависит от величины нагрузочного момента, требуется специальный источник переменного тока, низкий КПД.

Коллекторный двигатель постоянного тока
“+”: простота в управлении, низкая стоимость;
“-” : низкий КПД, низкая надежность, ограниченный ресурс из-за износа щеток, большие расходы, связанные с эксплуатацией.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока
“+”: высокий КПД, высокая надежность, самый перспективный двигатель в настоящее время.
“-” : сложность управления.

При выборе типа двигателя необходимо учитывать следующие факторы:
- функциональное назначение;
- тип, возможности и ограничения источника питания двигателя и усилителя мощности;
- конструкция, величина и характер нагрузок и движения органа управления, с которым сочленяется двигатель;
- условия эксплуатации;
- стоимость.

Выход системы кондиционирования не приводит к аварийным ситуациям, поэтому, несмотря на недостатки, мы можем позволить себе использовать коллекторный двигатель постоянного тока, имеющий низкую стоимость и прост в управлении.

4.2 Выбор схемы усилителя.
Усилитель У2 может быть как линейным так и импульсным.
Линейный усилитель.
Если в качестве линейного усилителя используется только ОУ, то максимальное напряжение, прикладываемое к нагрузке, будет всегда меньше напряжения питания ОУ, и ток менее 1мА. Этот вариант не пригоден для практического применения. Необходимо применить усилитель тока, в качестве усилителя используется эмиттерный повторитель. Схема такого усилителя представлена на рисунке 4.2.1:
13 EMBED Visio.Drawing.6 1415
Рисунок 4.2.1
Схема с общим коллектором позволяет снять нагрузку с ОУ, фазовый сдвиг равен нулю, но выход в нагрузку ограничивается выходным напряжением ОУ, т.е. они практически повторяют входное напряжение, если на выходе ОУ 9В то к двигателю приложится не более 8.5В. Остальное напряжение падает на транзисторах. Соответственно необходимы мощные радиаторы для отвода рассеиваемого тепла. На основании этого можно сделать вывод, что схема имеет низкий КПД.

Рассчитаем мощность:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Visio.Drawing.6 1415
График Pтр (Iдв)
В данном случае можно воспользоваться импульсной модуляцией.
Импульсная модуляция.
Известна схема импульсного (ключевого) усилителя, изображеная на рисунке 4.2.2, построенная на основе КМОП транзисторов.
13EMBED Visio.Drawing.111415
Рисунок 4.2.2
Рассчитаем мощность:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415 для нижнего транзистора
13 EMBED Equation.3 1415 для верхнего транзистора
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Из расчетов видно, что потребляемая мощность усилителя с импульсной модуляцией гораздо меньше, чем мощность усилителя с линейной модуляцией.
Применение КМОП транзисторов с изолированным затвором позволяет не только подавать на двигатели напряжение питания в полной мере, но и так же осуществлять реверсивное вращение, подавая входное напряжение. обеспечивающее включение того или иного транзистора. Однако недостатком такой схемы является необходимость применения двуполярного источника питания, которое отсутствует в автомобиле.
С целью устранения указанного недостатка применяется схема оконечного каскада усилителя, изображённая на рисунке 4.2.3:
13 EMBED Visio.Drawing.6 1415
Рисунок 4.2.3


Данная схема позволяет управлять направлением вращения двигателя по тому же алгоритму, но используя обычную схему питания двигателя.
Таким образом возможный вариант схемы усилителя приведен на рисунке 4.2.4:
13 EMBED Visio.Drawing.6 1415
Рисунок 4.2.4


Такая схема подойдет в нашем случае для канала управления t воздушного потока. Для канала же управления скоростью воздушного потока схему можно упростить, так как вентилятор вращается в одну сторону. Таким образом, вариант схемы для второго канала изображен на рисунке 4.2.5


Рисунок 4.2.5
Выбор корректирующего контура

Корректирующие устройства предназначаются для такого изменения структурной схемы, при котором возможно получение нужных динамических свойств.
Корректирующие устройства представляют собой динамические звенья различной физической природы со специально выбранными передаточными функциями. Эти звенья могут включаться в автоматическую систему тремя способами:
последовательно,
параллельно,
в виде обратной связи.
Проблема обеспечения требуемых свойств автоматических систем весьма сложна. В ней могут быть выделены, прежде всего, следующие частные задачи: обеспечение устойчивости, повышение запаса устойчивости, повышение точности регулирования в установившихся режимах, уменьшение времени переходных процессов, уменьшение ошибок от внешних возмущений. Когда устойчивость и качество не могут быть достигнуты простым изменением параметров системы (коэффициентов передачи, постоянных времени отдельных звеньев), тогда эта задача решается введением в систему дополнительных устройств, называемых корректирующими. Корректирующие устройства основаны на трёх базовых звеньях: пропорциональное звено (П), дифференциальное (Д), и интегрирующее (И). Хотя по отдельности они практически не используются (на практике применяют ПИД регулирование).
П – регулятор
– это линейный усилитель, фазовый сдвиг которого в частотном диапазоне входных воздействий пренебрежимо мал, а коэффициент усиления в цепи ОС контура регулирования больше 1. П – регулятор позволяет добиться затухания колебаний при расходящемся переходном процессе (рисунок 4.3.1). В то же время нельзя добиться отсутствия статической ошибки и уменьшения времени переходного процесса.
13EMBED Visio.Drawing.111415

Рисунок 4.3.1
ПИ – регулятор
Этот регулятор убирает ошибку по положению, но возникает ошибка по ускорению, т.е. уменьшается быстродействие системы (рисунок 4.3.2):
13EMBED Visio.Drawing.111415

Рисунок 4.3.2

Эти проблемы может устранить ПИД – регулятор (рисунок 4.3.3):
13EMBED Visio.Drawing.111415

Рисунок 4.3.3

4.4 Выбор датчика и преобразователя
Датчик – это устройство для работы в системах автоматического регулирования и управления технологическими процессами, реагирующее на изменение измеряемого параметра и преобразующее его в промежуточное значение сигнала.
Существует большое количество различных датчиков, основанных на различных эффектах (резистивные, ёмкостные, индуктивные, индукционные, оптические, и т.д.). Всё зависит от вида измеряемого сигнала, условий применения и желания разработчика.
Резистивные датчики
Они являются основными и самыми распространёнными. Резистивные датчики делятся на группы, в зависимости от вида входного воздействия:
реостатные;
потенциометрические;
контактные;
пьезорезисторы;
фоторезисторы;
терморезисторы;
тензорезисторы и т.д.
Основным плюсом резистивных датчиков является линейная зависимость преобразования входного воздействия. Во всех случаях сопротивление датчика измеряется по формуле: 13EMBED Equation.31415, а тот или иной параметр изменяется в зависимости от типа применяемого датчика.
Реостатные – представляют из себя проволоку из материала с необходимым удельным сопротивлением смотанную в спираль по которой движется контактная токосъёмная пластина. Конструктивно выполнены либо в форме кольца (движковые), либо прямые (ползунковые). УГО изображено на рисунке 4.4.1:

13 EMBED Visio.Drawing.6 1415

Рисунок 4.4.1
С помощью такого датчика можно управлять давлением, уровнем жидкости, линейным либо угловым перемещением. Минусом такого датчика является искажение линейной зависимости с течением времени (особенно подвержены этому датчики с напылением) в результате износа, подклинивания, а так же ослабления пружинного прижима, и необходимость рычажной связи между датчиком и непосредственно клапаном или поплавком, (нередко наблюдается в системе указания уровня топлива в отечественных автомобилях), что так же сказывается на надёжности в целом.
Потенциометрические – датчики пути работают по принципу линейно изменяющегося сопротивления (реостата), в котором ползунок перемещается по направляющей. Напряжение питания подается к датчику таким образом, что выходное напряжение на ползунке пропорционально его положению на направляющей. Направляющая датчика изготавливается из высококачественного пластика. Благодаря этому достигается высокая разрешающая способность прибора при значительной скорости перемещения (до 10 м/с). Разумеется, датчик не должен подвергаться сильным вибрационным нагрузкам, так как существует опасность потери контакта ползунка с направляющей, что приведет к прерыванию временного процесса измерения. По тем же причинам потенциометрический датчик пути нельзя применять для измерения осциллирующих движений, так как при перемещении ползунка с высокой частотой на одном маленьком участке направляющей приведет к быстрому ее износу или даже к повреждению. Тем не менее потенциометрические датчики используются чаще всего благодаря своим преимуществам. Прежде всего это абсолютный процесс, при котором измеряемые величины могут быть сразу измерены при включении напряжения питания. Также датчик прост в обращении и при относительно невысокой стоимости позволяет с высокой точностью измерять перемещения в диапазоне от 10мм до 2000мм. УГО и схема замещения изображены на рисунке 4.4.2:
13EMBED Visio.Drawing.111415
Рисунок 4.4.2
Контактные – находятся в двух устойчивых состояниях – либо включены либо выключены. Представляют из себя конечный выключатель. Примером такого датчика может служить герконовое реле уровня воды в дистилляторах.

Терморезисторы – работа датчика основана на изменении удельного сопротивления под воздействием окружающей температуры. Выполнены на основе платины, золота, меди, никеля. Обладают высокой стабильностью параметров во времени. Очень широко применяются в холодильных установках, различного рода печах, автотранспорте. Т.е. там, где необходимо поддерживать постоянную температуру, либо изменение температуры воздействует на другие изменяемые параметры. Включается по мостовой схеме. Схема включения и УГО изображены на рисунке 4.4.3:
13 EMBED Visio.Drawing.6 1415
Рисунок 4.4.3

Фотодатчики – основаны на изменении удельного сопротивления под воздействием светового потока. Чувствительны к излучению в широком интервале волны (от ультрафиолетового до инфракрасного). Применяются в следящих системах, например в устройствах автоматического управления уличным освещением. УГО изображено на рисунке 4.4.4:

13EMBED Visio.Drawing.111415
Рисунок 4.4.4
Тензодатчики – меняют своё удельное сопротивление при изменении линейных размеров. Минусом таких датчиков является то, что они изменяют свои параметры при изменении температуры окружающей среды.
Емкостные датчики
Основной вид датчиков, используемых в системах управления. Ёмкость рассчитывается по формуле:
Где E0- магнитная проницаемость вакуума, Е-магнитная проницаемость среды, S-площадь обкладок, d- расстояние между обкладками. Плюсом таких датчиков является отсутствие контакта, следовательно они более надёжны, а минусом малая ёмкость и нелинейная зависимость выходных параметров.
Основное применение таких датчиков: измерение вибрации или расстояния до объекта; измерение конечного положения; измерение угла перемещения; измерение напряжения и фазы; измерение линейных ускорений и т.д.
Индуктивные датчики
В основе их работы лежит индуктивность – накопление магнитной энергии. Индуктивность датчика можно рассчитать по формулам:
без сердечника:
13EMBED Equation.31415 ,
где l – длина катушки, N – количество витков, D – диаметр катушки.
с сердечником:
13EMBED Equation.31415
Применение то же что и у индуктивных датчиков, только вместо движения пластин происходит перемещение сердечника относительно катушки. Плюсом таких датчиков является простота их конструкции, а минусом – нелинейная зависимость выходного сигнала
При использовании ферромагнетиков помещая, сердечник в катушку –индуктивность повышается, а при использовании диамагнетиков- индуктивность понижается.
Индукционные датчики
Принцип действия таких датчиков основан на том, что под воздействием (переменного!) магнитного поля в катушке наводится ЭДС. Такие датчики черезвычайно точны, и единственным минусом их является необходимость подачи напряжения. Используются в качестве генераторных датчиков , сельсинов – устройств отрабатывающих перемещение датчика. В быту используются в автосигнализации- катушка жёстко закреплена на корпусе автомобиля, над ней на пружине закреплен постоянный магнит. После механического воздействия на автомобиль магнит начинает совершать колебательные движения, наводя в катушке ЭДС, которое преобразуется в сигнал тревоги. Для контроля углов поворота существуют так же поворотные трансформаторы, но в них происходит перемещение обмоток относительно друг друга.
Оптические датчики
Основными элементами волоконно-оптического датчика, являются оптическое волокно, светоизлучающие (источник света) и светоприемные устройства, оптический чувствительный элемент. Кроме того, специальные линии необходимы для связи между этими элементами или для формирования измерительной системы с датчиком. Далее, для практического внедрения волоконно-оптических датчиков необходимы элементы системной техники, которые в совокупности с вышеуказанными элементами и линией связи образуют измерительную систему.
Для измерения температуры воздуха в салоне автомобиля я использую терморезистор, а для измерения скорости воздушного потока – потенциометр, так как эти датчики удобны в эксплуатации и имеют низкую стоимость.
Функциональная схема системы управления автомобильным кондиционером (см. приложение 1).
Электрическая схема системы управления автомобильным кондиционером (см. приложение 2)







Список использованной литературы
Руководство по проектированию систем управления: Учеб. Пособие для студентов спец. ”Автоматика и телемеханика”/Бессекерский В.А., Власов В.Ф., Гомзин В.Н., и др.; Под ред. В.А.Бессекерского. – М.: Высш. Школа, 1983.-296с.ил.
Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Б.Я.Авдеев, Е.М.Антонюк и др.; Под ред. Е.М.Душина. – 6 – е издание, перераб и доп. – Л.: Энергоатомиздат.Ленингр.отд – е, 1987. – 480с.:ил.
Следящие системы и регуляторы.: Учеб. Пособие для вузов./ Ахметжанов А.А.,Кочемасов А.В. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 288с.: ил.
Лекции по предмету “Технология проектирования СУ”.
Сайт: www.klima.ru
Сайт: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]autoklimat.ru
Сайт: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Сайт: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Сайт: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Сайт: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Сайт: 13 LINK http://www.microtek.ru 14www.microtek.ru15











Лист
2101.05.156.00.00 ПЗ
13 PAGE 142715











13 EMBED Visio.Drawing.6 1415

13EMBED Equation.31415

Система управления положениями кресел

Система управления
зеркалами

Система управления
фарами

контроллер

Система управлениякондиционером

автомобиль

13 EMBED Word.Picture.8 1415










Автомобильный кондиционер. Принципиальная схема.Root Entry 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
·S PG
·
·
·
·
·
·
·
·
·{
·
·
·
·
·я
·
·
·
·
·Ё
·
·
·
·a Ne
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·S Fa
·
·
·
·
·
·
·
·р
·
·
·
·

Приложенные файлы

  • doc 10209726
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий