2 - ЛФЧХ разомкнутого позиционного контура jРПОЗ,  0;

          3 – ЛАЧХ запретной зоны ошибки 0,5 мрад, LЗЗ0.5, дВ;

          4 - ЛАЧХ запретной зоны ошибки 4 мрад, LЗЗ4, дВ.

Рисунок 11.3.

Передаточная функция позиционного контура следящего привода (замкнутой системы) определяется следующим выражением:

                (11.11)

Построим логарифмические амплитудную и фазовую частотные характеристики замкнутого позиционного контура по следующим формулам (соответственно):

LЗПОЗ(w)= 20×lg(|WЗПОЗ(р)|)                (11.12)

jЗПОЗ(w)= arg(WЗПОЗ(р))                             (11.12)

Логарифмические амплитудная и фазовая частотные характеристики замкнутого позиционного контура представлены на рисунке 11.4.

Логарифмические амплитудная и фазовая частотные характеристики замкнутого позиционного контура

1 – ЛАЧХ замкнутого позиционного контура LЗПОЗ,  дВ;

2 - ЛФЧХ замкнутого позиционного контура jЗПОЗ,  0.

Рисунок 11.4.

Как видно из полученных результатов ЛАЧХ разомкнутого позиционного контура соответствует предъявленным выше требованиям к характеристикам позиционного контура. Но ЛАЧХ разомкнутого позиционного контура входит в зону соответствующую ошибке 4 мрад, что является не приемлемым для систем данного класса точности. Чтобы обеспечить ошибку слежения меньшую или равную 1 мрад, достаточную дли систем сопровождения, введем в систему компенсирующую положительную обратную связь. Т.о. структурная схема проектируемой следящей системы примет следующий вид (см. рисунок 11.5.).

Следуя рекомендациям в литературе [3] эквивалентная передаточная функция скомпенсированного замкнутого позиционного привода будет иметь следующий вид:

              (11.13)

Структурная схема скомпенсированного позиционного контура

Рисунок 11.5.

Параметры компенсирующей связи выбираем из соображений требований к характеристикам позиционного контура. Т.о.  ККС = 800.

Построим ЛАЧХ и ЛФЧХ скомпенсированного замкнутого позиционного контура:

LЗСС(w)= 20×lg(|WЗСС(р)|)                    (11.14)

где LЗСС(w)- ЛАЧХ скомпенсированного позиционного контура.

jЗСС(w)= arg(WЗСС(р))              (11.15)

где jЗСС(w)- ЛФЧХ скомпенсированного позиционного контура.

ЛАЧХ и ЛФЧХ скомпенсированного замкнутого позиционного контура представлены на рисунке 11.6.

Выразим передаточную функцию разомкнутого скомпенсированного позиционного контура из передаточной функции замкнутого контура. Получим следующее выражение:

                              (11.16)

Логарифмические амплитудная и фазовая частотные характеристики скомпенсированного замкнутого позиционного контура

1 – ЛАЧХ скомпенсированного замкнутого позиционного контура привода ГН   LЗСС,  дВ;

2 - ЛФЧХ скомпенсированного замкнутого позиционного контура привода ГН jЗСС,  0.

Рисунок 11.6.

Построим ЛАЧХ и ЛФЧХ скомпенсированного разомкнутого позиционного контура:

LРСС(w)= 20×lg(|WРСС(р)|)                   (11.17)

где LРСС(w)- ЛАЧХ скомпенсированного позиционного контура.

jРСС(w)= arg(WРСС(р))             (11.18)

где jРСС(w)- ЛФЧХ скомпенсированного позиционного контура.

ЛАЧХ и ЛФЧХ скомпенсированного разомкнутого скомпенсированного позиционного контура на рисунке 11.7.

Запас устойчивости системы по фазе на частоте среза равен:

DjСC = 1800 + jРСС(wСРПОЗ)= 34,5670 (см. рисунок 11.7.).

Запас устойчивости  по амплитуде позиционного контура:

DLCC= -LРСС(w-180)= 24 дВ,

где w-180- частота, при которой jРСС= -1800 ,

что вполне допустимо.

Коэффициент разомкнутого позиционного контура равен:

,          (11.19)

КРСС = 1336.

И так, благодаря введению в структуру привода компенсирующей связи, мы добились того, что ЛАЧХ разомкнутого позиционного контура (разомкнутой следящей системы) входит в зону соответствующую ошибке менее 1 мрад, что является приемлемым для систем данного класса точности. Кроме того, частота среза следящей системы увеличилась до wСР= 69,3 с-1 (fСР= 11,03 Гц), т.е. увеличилась полоса пропускания системы. На этом проектирование структуры привода горизонтального ка­нала наве­дения и стабилизации ОЭС закончено.

Окончательный вид структурной схемы математической модели привода ГН и его функциональная схема представлены в приложениях 2 и 3 соответственно. Параметры структурной схемы математической модели привода ГКНиС представлены ниже:

КСК = 28,468                  Т1 =   0,3 с            RC = 1,425 Ом

КДВ = 4,21            Т2 =   1 с                        ТЭЛ = 0,01 с

КПОЗ = 344,14                 Т3 =   0,2 с            ТМ = 1,745 с

ККС = 800                       ТФ =  0,07 с          СЕ = 13,6 Вс

ТК =  1,6 мс                   ТКТ = 1,282 с                  СМ = 6 Вс

xК = 0,125             t = 3,18 мс

Логарифмические амплитудная и фазовая частотные характеристики скомпенсированного разомкнутого позиционного контура

1 – ЛАЧХ скомпенсированного разомкнутого позиционного контура привода ГН   LРСС,  дВ;

2 - ЛФЧХ скомпенсированного разомкнутого позиционного контура привода ГН jРСС,  0;

          3 – ЛАЧХ запретной зоны ошибки 0,5 мрад, LЗЗ0.5, дВ;

          4 - ЛАЧХ запретной зоны ошибки 1 мрад, LЗЗ1, дВ.

Рисунок 11.7.

12. Определение точностных характеристик

Для определения точностных характеристик воспользуемся САПР MathLab 5.0. Смоделируем структурную схему матмодели горизонтального канала наведения и стабилизации ОЭС, представленную в приложении 2 и вышеописанными параметрами.

Рассмотрим реакцию системы на два различных входных воздействия:

1.                 Ступенчатое входное воздействие;

2.                 Гармонический сигнал.

Реакция системы на ступенчатое входное воздействие (разгонная характеристика) величиной jВХ = 1 рад представлена на рисунке 12.1. Определим по этой характеристике основные параметры переходного процесса:

1. Время переходного процесса – время вхождения переходного процесса в зону 5% - го отклонения от входного воздействия.

ТПП = 0,025 с.

2. Величина перерегулирования – процентное выражение максимального отклонения переходного процесса от установившегося значения переходного процесса:

             (12.1)

где hMAX(t)– максимальное значение переходного процесса;

hУСТ(t)- установившееся значение переходного процесса;

t - время переходного процесса.

Величина перерегулирования s = 2,5%.

Реакция системы на гармонический сигнал jВХ=А×sin(w×t), где А=10 и w=1 Гц представлена на рисунке 12.2.

Из рисунка 12.2 видно, что следящая система входит в установившийся режим через 0,4 с.

13. Разработка конструкции и технология изготовления БУ следящего привода

13.1. Конструкция платы БУ привода

Плата ячейки 3 БУ привода горизонтального канала наведения и стабилизации ОЭС разработана для установки в  прямоугольный металлический корпус. Габаритные размеры платы указана на сборочном чертеже. Плата изготовлена из текстолита СФ-2-35 (ГОСТ 10316 - 88) толщиной 2 мм, имеет двухстороннюю разводку печатных проводников, отверстия металлизированные. В углах платы имеется четыре отверстия для направляющих, диаметром 3 мм. В корпусе предполагается наличие пластмассовых направляющих штырей, которые входят в отверстия платы. Корпус изготовлен из аллюминия ГОСТ 2476 - 83. В корпусе плату удерживают пластмассовые защелки, на днище. На верхней части корпуса предполагаются металлические штыри которые в закрытом состоянии плотно прижимают плату к днищу. Такой метод обеспечивает надежное крепление и технологичную сборку изделия.

Элементы устанавливаются на плату с одной стороны, используемые микросхемы имеют пластмассовые корпуса с прямоугольными выводами (корпуса 201.14-3, 201.16-6), устанавливаемые на печатные платы с односторонним или двусторонним расположением печатных проводников в металлизированные отверстия с зазором, который обеспечивается конструкцией выводов и планарные корпусами с отформованными выводами (корпуса 401.14-3,4018.24-1), устанавливаемые на платы с односторонним или двусторонним расположением проводников следующими способами: вплотную на печатную плату, с зазором 0,3 мм или вплотную на прокладку.

Разработка печатной платы БУ

Печатная плата разрабатывается с помощью САПР P-СAD, версии 3.0. Необходимо сказать, что ручной метод конструирования печатных плат, особенно многослойных, представляет весьма трудоемкий процесс, а в отдельных случаях просто неприемлем. Ручной метод, это метод проб и ошибок. Как правило, требуется, чтобы всю работу по конструированию выполнял один человек. Даже опытные конструкторы проектируют плату средней сложности в течении нескольких недель, допуская при этом ошибки. Машинный метод застрахован от ошибок, а также снимает рутинные операции перебора вариантов, но квалификация специалиста все же требуется. Машинный метод предоставляет множество сервисных возможностей, например можно точно замерить длину проводника на плате, оптимизировать плату по какому ни будь параметру, например минимизировать количество переходных отверстий и д.р.

Основные габариты печатной платы определяются рациональной компоновкой на них навесных радиоэлементов, входящих в законченную схему устройства. Следует учитывать, что печатная плата выполняет роль шасси, поэтому необходимо обеспечить ее прочность. Рекомендуемые отношения сторон: 1:1; 1:2; 2:3; 2:5 (ГОСТ 101317 - 79). В соответствии с изложенным выше проектируемая печатная плата имеет размер 116,25x88,75 по плотности проводящего рисунка печатная плата относится к классу (с минимально допустимой шириной проводника и минимальными расстоянием между элементами проводящего рисунка 0,3 мм).

В соответствии с ГОСТ 23751-86 точность печатного монтажа соответствует первому классу точности.

Параметр монтажа:

–    Ширина проводника 0,3 мм;

–    Расстояние между проводниками 0,3 мм;

–    Ширина пояса металлизации 0,3 мм;

–    Отношение диаметра наименьшего металлизированного отверстия к толщине печатной платы 0,4.

–    Отверстия диаметром 0,8 мм. имеют максимально допустимое отклонение 0,12 мм.

Предельное рабочее напряжение между проводниками с расстоянием 0,3 мм лежащими в одной плоскости, для фольгированного стеклотекстолита составляет 300В.

Размещение элементов на плате выполняется условными группами, т.е. цифровая часть схемы сгруппирована в одном месте, также выделена аналоговая часть схемы. Так удается достичь кратчайших связей между элементами схемы.

Отверстия на печатной плате располагаются таким образом, чтобы наименьшее расстояние между внешним контуром платы и краем отверстия было не менее толщины платы, т.е. не менее 2 мм.

Отверстия на печатной плате размещены в соответствии с координатной сеткой по ГОСТ 10316 - 78 с шагом 1,25 мм.

Трассировка печатной платы выполнена методом север-юг, запад-восток, что минимизирует влияние токоведущих проводников верхнего и нижнего слоев друг на друга. Особенно эти помехи нежелательны в цифровой части схемы из-за возможных сбоев в работе устройства.

Земляные проводники выполнены шириной 0,75 мм, и подводятся к земляному полигону расположенному по периметру платы для минимизации сопротивления. Минимизировать длину земли удается за счет того, что она не тянется по всей плате, а каждый отвод начинается с полигона. При попадании контактной площадки в зону полигона, вокруг площадки используются тепловые барьеры - это секторные вырезы вокруг контактной площадки. Эти барьеры предотвращают отток тепла во время пайки в земляной полигон и в тоже время растекание припоя по полигону.

Разводка платы выполняется поэтапно. Сначала разводим цепи питания т.е. землю и +5В. В этом случае имеем минимальную длину проводников питания т.к. эти цепи имеют приоритет.

Цепь +5В выполняется шириной 0,75 мм.

Необходимо определить падение на постоянном токе в цепях питания и земли. Определим длину этих цепей в P-CAD.

 мм.

Значение сопротивления печатного проводника длинной 1 м.

 Ом/м.

Сопротивление проводника по постоянному току равно:

                  (13.1)

 Ом.

В ТУ на ИС указывается максимально возможное отклонение питающего напряжения от номинала не более 10 %.

где  - номинальное напряжение питания равное 5В.

           (13.2)

 В

Условие выполняется, падение напряжения на питающих цепях не превышает допустимого значения, следовательно, данная ширина проводника принимается.

Число слоев платы зависит от сложности электрической схемы, а в частности от числа проводников. Как говорилось выше разводка платы осуществляется машинным способом. Попытки развести плату в один слой не дали положительных результатов, конечно с сохранением необходимой ширины проводников. Часть схемы остается недоразведенной. Двухслойная плата разводится хорошо и соединения получаются более оптимальные, короткие.

После получения разведенной печатной платы с помощью программной утилиты проверяются зазоры между трассами, контактными площадками.

Далее получаем управляющий файл для фотоплоттера с помощью которого в последствии получают фотошаблон причем на две стороны платы.

Также с помощью программной утилиты получаем управляющий файл для сверлильного станка с ЧПУ.

На этом цикл разработки печатной платы закончен.

Толщина печатной платы равна 2 мм в соответствии с выбранным классом точности печатного монтажа и учетом способа изготовления исходя из электрических и механических требований.

В качестве материала для изготовления печатной платы, выбран стеклотекстолит, облицованный с двух сторон медной фольгой. Марка фольгированного диэлектрика толщиной 35 мкм. СФ-2-35 (ГОСТ 10316 - 88).

Установка элементов производится в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.030 - 81.

Электромонтаж выполняется в соответствии с электрической принципиальной схемой устройства.

После пайки и регулировки предусмотрено покрытие лаком КО - 961П, время высыхания которого 4 часа при температуре 20°С.

13.2. Технологическая часть

Современные промышленные способы изготовления печатных плат основаны на использовании фольгированных диэлектриков, т.е. на получении токопроводящего рисунка схемы методом травления.

При изготовлении двусторонних печатных плат, главным образом, используется метод фотопечати с последующим травлением, т.е. фотохимический метод. Отверстия же в плате металлизируются электрохимическим методом. Таким образом метод изготовления печатных плат получил название комбинированный.

В свою очередь комбинированный метод имеет две разновидности:

–    позитивный вариант;

–    негативный вариант.

При негативном методе экспонирование рисунка производится с фотонегатива, после экспонирования выполняется травление рисунка, а затем сверление отверстий платы. Металлизация отверстий ведется в специальных контактирующих приспособлениях.

При позитивном методе экспонирование рисунка производится с фотопозитива. После экспонирование ведется сверление и металлизация отверстий. Затем рисунок схемы и металлический слой в отверстиях защищаются слоем гальванического серебра или другого металла, стойкого к травителю меди, после чего производят травление незащищенной меди.

Для изготовления печатной платы БУ привода из стеклотекстолита СФ - 2 - 35 применяем комбинированный позитивный метод.

Метод позволяет изготавливать печатные платы с повышенной плотностью монтажа, высокими электрическими параметрами и высокой прочности сцепления проводников. Он рекомендуется при изготовлении печатных плат для аппаратуры, работающей в жестких условиях эксплуатации. Метод является предпочтительным при новых разработках.

Пайку размещенных в соединительные места элементов производят припоем ПОС - 61 (ГОСТ 21390 - 81) с применением флюса КЭ, при температуре паяльника 240°С. Данный припой является легкоплавким, а флюс для низкотемпературной пайки.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8