Курсовая работа: Система автоматического управления манипулятором робота-лунохода
(1)
Для определения необходимого коэффициента усиления по току и по напряжению необходимо выбрать интерфейс, который будет использоваться в разрабатываемой системе.
Существует 4 основных предела изменения абсолютных значений сигналов напряжения постоянного тока:
· От -5В до +5В
· От 0В до +5В
· От 0В до +10В
· От -10В до +10В
Так как в разрабатываемой системе предполагается использовать микроконтроллер, который работает с диапазоном напряжений от 0 до +5В, логично выбрать именно такой интерфейс. Выбранный двигатель работает от напряжения 12В, максимальный выход с микроконтроллера – 5В. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению разрабатываемого усилителя должен быть 12 / 5 = 2.4.
Теперь определимся с коэффициентом усиления по току. Пределов изменения силы тока сигналов постоянного тока также четыре:
· От 0А до +5мА
· От -5мА до +5мА
· От 0А до +20мА
· От 4мА до +20мА
Максимальный ток на выходе микроконтроллера составляет 25мА. Минимальный – 0мА. Наиболее близкий интерфейс – от 0А до +20мА. Его и будем использовать в разрабатываемой системе.
Теперь, зная необходимый коэффициент усиления и подставив его в формулу (1), получаем:
Элементы R2 и R1 выбирают по таблицам рядов с учетом рекомендуемых значений не выше 1МОм. Это обусловлено тем, что для правильной работы операционного усилителя (ОУ) на его входах должны быть одинаковые потенциалы (у идеального ОУ; у реальных ОУ величина разности Uсм обычно равна 0.35мВ).
Падение напряжения в точке B равно:
Поэтому чтобы на первом входе (точка А) был такой же потенциал, R3 берут равным по номиналу параллельному включению R1 и R2 . Однако, при изменении температуры суммарное сопротивление группы R1, R2 будет изменяться по другому, чем у резистора R3 . И если брать очень большие величины сопротивлений данное различие в температурных коэффициентах очень быстро приведет к высокой разности входных потенциалов на входах ОУ и он выйдет в нерабочий режим – насыщение.
Рассчитаем коэффициент 
, который должен иметь выбираемый транзистор для обеспечения тока 10А на выходе схемы (в соответствии с выбранным двигателем).
Максимальный ток на выходе ОУ составляет 3мА. Этот ток является током базы транзистора. А т.к. есть ток базы, то появляется ток коллектора, который равен 
* Iб . Отсюда мы можем найти интересующий нас коэффициент:
=
= 
= 
Ни один транзистор не обладает таким коэффициентом усиления по току. Поэтому используются составные транзисторы, которые позволяют увеличить за счет того, что суммарная = 1 * 2 * 3 . Электрическая схема такой группы представлена ниже:
Рисунок 12. Схема усиления на составных транзисторах
Входной ток является током базы транзистора Т1. Т.к. существует ток базы у 1го транзистора появляется ток коллектора 1го транзистора, который является достаточным током базы для 2го транзистора. Под действием тока базы Iб2 второй транзистор открывается и появляется Ik 2 , который является током базы для 3го транзистора. Через транзистор Т3 начинает протекать Ik 3 .
Коэффициент у третьего транзистора невысок, порядка 10, т.к. это высокомощный транзистор. У Т2 этот коэффициент меньше – порядка 40. Т1 имеет самый большой коэффициент = 100. Таким образом общий коэффициент усиления данного каскада транзисторов составляет 40000, что является достаточным для нашего случая. Однако, данная схема обладает существенным недостатком – высоким падением напряжения, равным 2.1В
Для уменьшения потерей используется схема Шиклая: