Лабораторные работы по курсу "Базы данных и знаний"

5. Исходные данные для выполнения лабораторной работы
Таблица 1

№ п/п	WН(p)	K2	T1	T2
1		1	–	–
2		2	–	–
3		5	–	–
4		7,5	–	–
5		10	–	–
6		15	–	–
7		2	2	0,1
8		5	2	0,05
9		4	1	0,1
10		10	5	0,01
11		8	4	0,05
12		12	6	0,01
13		4	0,1	–
14		5	0,08	–
15		8	0,04	–
16		16	0,04	–
17		4	0,2	–
18		9	0,1	–

Лабораторная работа № 9
Исследование компьютерной системы контроля и управления
скоростью вращения ДПТ


Цель работы: Изучение принципиальных особенностей компьютерной системы контроля и управления скоростью вращения ДПТ


Краткие теоретические сведения

Структурная схема регулирования скорости вращения ДПТ представлена на рис. 1. Замкнутую систему образуют:

Рис.1. Структурная схема регулирования скоростью вращения ДПТ.
- компьютер, получает задание и информацию о текущей скорости вращения ДПТ, по определенному алгоритму вырабатывает сигнал управления.
- объект управления, ДПТ, получая сигнал управления, меняет скорость вращения в соответствии со своими динамическими характеристиками, преобразовывает электрическую энергию в механическую.
- датчик преобразовывает механическую энергию в электрическую, в данном случае в частоту тока, и подает на вход компьютера для последующей обработки.
Лабораторный стенд подключается к серверному компьютеру (рис. 2.). Лабораторные занятия могут производиться как в локальном режиме, так и в удаленном (т.е. сетевом).
В локальном режиме лабораторные занятия производятся непосредственно на серверном компьютере. Допустим, что лабораторный подключен к сети питания, Изучаемый объект, т.е. Двигатель постоянного тока (ДПТ) (блок 11) находится в режиме бездействия. С помощью клавиатуры (блок 17) задаем скорость вращения вала ДПТ (в об./мин.). Введенное значение сохраняется в ОЗУ компьютера и передается в блок Алгоритм регулирования (блок 7). Данный блок вырабатывает сигнал управления по закону, приведенному ниже и подает в Формирователь ШИМ/ЧИМ (блок 8).

Рис. 2. Функциональная схема лабораторного стенда подключенного к
серверному компьютеру.

Сформированный сигнал ШИМ/ЧИМ подается в LPT порт (блок 9) через переключатель (блок 3), управляемый программой обработки локальных и сетевых запросов (блок 14) (т.к. выбран локальный режим, переключатель находится в состоянии «Л»). Управляющий сигнал с LPT порта подается на вход электронного ключа (блок 10) . Электронный ключ подает ток ДПТ или не подает в зависимости то входного сигнала. В данный момент сигнал управления имеет максимальную величину. ДПТ начинает вращаться. Оптический формирователь импульсов (блок 12) состоит из диска с 24 отверстиями по окружности, прикрепленной на вал ДПТ. Оптический датчик импульсов (блок 1) состоит из источника света (светодиод белого свечения) и фоторезистора подсоединенного к источнику питания через нагрузочный резистор. Оптический датчик импульсов установлен к диску, так что при вращении диска луч источника света пересекается об отверстия на диске, создавая модуляцию света, попадает на фоторезистор, тем самым, создавая ток переменной частоты пропорциональной скорости вращения вала ДПТ. Сигнал с датчика поступает на звуковую карту (блок 2). Звуковая карта преобразовывает физический сигнал в цифровую форму. Цифровой сигнал через переключатель (блок 3) попадает в блок преобразования БДПФ (блок 4) (быстрое дискретное преобразования Фурье). На выходе получаем частотную характеристику сигнала. Т.к. сигнал с датчика кроме полезной составляющей имеет также шумы и помехи, а также не нужные гармоники самой полезной составляющей, то необходимо отфильтровать только максимальную гармонику (т.к. она и насеет в себе информацию о скорости вращения вала ДПТ). Фильтруется сигнал блоком 5. На выходе получаем частоту сигнала в Герцах. Для того чтобы обратить сигнал в Об./мин. Делим частоту на 24 ( - количество отверстий на диске оптического формирователя импульсов) и умножим на 60 ( - количество секунд в одной минуте) блоком 6. Получившийся сигнал передается в блок Алгоритм регулирования (блок 7). И цикл (сигнал с датчика => обработка => сигнал управления => объект управления => сигнал с датчика) повторяется.

Память ОЗУ хранит в себе сигнал датчика, текущую скорость вращения, значение ШИМ или ЧИМ для отображения на дисплее (блок 16) .
В сетевом режиме переключатели (блок 3) находятся в состоянии «С».
Компьютер клиента подключается к серверному компьютеру посредством Internet / Intranet. Сигнал со звуковой карты передается сетевому интерфейсу (и далее в Internet / Intranet) через программу обработки локальных и сетевых запросов. Компьютер клиента (Рис. 4.) получает переданный сигнал через свой сетевой интерфейс. Программа обработки локальных и сетевых запросов передает полученный сигнал в блок преобразования БДПФ. Сигнал обрабатывается аналогично обработке в локальном режиме в серверном компьютере. Но сформированный сигнал ШИМ / ЧИМ передается обратно серверному компьютеру через сетевой интерфейс. Серверный компьютер, получив сигнал управления подает его на LPT порт и цикл передачи данных (сигнал с датчика => сервер => клиент => обработка => сигнал управления => сервер => объект управления => сигнал с датчика) повторяется.



Рис. 4. Обработка данных в компьютере клиента.

В качестве двигателя постоянного тока был выбран двигатель марки EG-530AD-12F, с рабочим напряжением в 12 В, при котором двигатель развивает скорость в 4800 ± 10 об/мин. На вал двигателя прикреплен диск, в котором просверлены 24 отверстия по окружности. Датчиком служат светодиод белого свечения, как источник света и фоторезистор, как приемник. Датчик установлен так, что свет с источника пересекается (модулируется) отверстиями диска и попадает в приемник. Также в стенде предусмотрено введения механического воздействия (нагрузки) на вал двигателя. Для этого на вал двигатель прикреплен вал генератора (двигателя постоянного тока марки RF-300FA-12350), выходы генератора соединяются с проволочным потенциометром, величина сопротивления которого и определяет нагрузку подаваемую на вал двигателя. Система питается с блока питания с выходом в 20 В.

Принципиальная схема стенда приведена на рис. 5.



Рис. 5. Принципиальная схема лабораторного стенда

Электронный ключ состоит из транзистора Q1. Диод D3 защищает транзистор от обратной ЭДС ДПТ DCM1. Диод D2 служит для поглощения обратной ЭДС ДПТ DCM1. Оптическим датчиком импульсов является светодиод D1, резисторы R1, R2, фоторезистор LDR1 и конденсатор C2. Сигнал управления снимается с ножки 2 LTP порта J2. Сигнал и датчика поступает на микрофонный вход звуковой карты J1. Схема питается через трансформатор TR1, Диодный мост BR1 и конденсатор C1.