расчёт ременной передачи. Контрольная работа по дисциплине Проектирование автоматизированных систем Тема Проектирование и оптимизация устройства цифрового управления

• Название: Контрольная работа по дисциплине Проектирование автоматизированных систем Тема Проектирование и оптимизация устройства цифрового управления
• Анкор: расчёт ременной передачи
• Дата: 26.04.2022
• Размер: 473.38 Kb.
• Имя файла: 192165.docx
• Тип: Контрольная работа; #498769

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Саратовский государственный технический университет имени

Гагарина Ю.А.»

Институт машиностроения, материаловедения и транспорта

Кафедра «Технология и системы управления в машиностроении»


Контрольная работа
по дисциплине

«Проектирование автоматизированных систем»
Тема: «Проектирование и оптимизация устройства цифрового управления»

Выполнил:

Форма обучения: заочная

Факультет: ИММТ

Группа: б-АТППипу31

№ зачетной книжки: 192165

ФИО: Городилов Андрей Владимирович

Вариант: 192165

Подпись студента: _____________
Проверил: д.т.н. доцент Виноградов М.В.

Отметка о зачете: _______________
Подпись преподавателя: _________

Дата защиты____. ____ . 2022г.

Саратов 2022

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Саратовский государственный технический университет имени

Гагарина Ю.А.»

Институт машиностроения, материаловедения и транспорта

Кафедра «Технология и системы управления в машиностроении»


«Утверждаю»

Зав. кафедрой ТСУ

Захарченко М.Ю.______________

«___»____________2021г.

Задание

на контрольную работу по дисциплине:

«Проектирование автоматизированных систем»

студенту ИММТ

группы б-АТППипу31.


Цель работы: получение практических навыков в моделировании устройства цифрового управления, создании его логической и принципиальной схемы, а также в разработке печатной платы данного устройства.


Дата выдачи задания: « 17 » 06 . 2021г.

Срок выполнения: « » . 2022г.

Преподаватель: д.т.н. доцент Виноградов М.В.

Студент: Городилов А.В.


Саратов 2022

Задание: проектирование печатной платы с решением задач оптимизации компоновки и размещения элементов на плате, что в себя включает:

1. 
   составление вербального алгоритма
   
2. 
   составление таблицы истинности и получение исходного логического выражения;
   
3. 
   составление карты Карно и получение минимизированного логического выражения;
   
4. 
   составление моделей логической и принципиальной электрической схемы соединений элементов, описание элементов схемы и подтверждение её работоспособности;
   
5. 
   построение ГКС, ГЭК и ВГС;
   
6. 
   обеспечение оптимального размещения элементов на плате;
   
7. 
   выполнение трассировки.
   

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Вербальный алгоритм работы объекта управления Y

1. 
   Исполнительное устройство Y включается при срабатывании датчиков D или С или датчиков A и D,
   
2. 
   Составим таблицу истинности для заданной функции:
   

Вариант, функция задана в SP – форме: f = ∑ 2,5,6,9,11

	A	B	C	D	Y
0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	0
2	0	0	1	0	1
3	0	0	1	1	0
4	0	1	0	0	0
5	0	1	0	1	1
6	0	1	1	0	1
7	0	1	1	1	0
8	1	0	0	0	0
9	1	0	0	1	1
10	1	0	1	0	0
11	1	0	1	1	1
12	1	1	0	0	0
13	1	1	0	1	0
14	1	1	1	0	0
15	1	1	1	1	0

На основании составленной таблицы истинности получим исходное логическое выражение схемы:
Y =

3. 
   Для минимизации схемы составим карту Карно для заданного выражения:
   

		00	01		11		10
	00	0		0		0		0
	01	0		1		0		1
	11	0		0		0		1
	10	1		1		0		0

Логическое выражение минимизированной схемы имеет вид:
Y =
По минимизированному логическому выражению составим логическую схему в программе «WORKBENCH»:





Для реализации принципиальной электрической схемы выбираем соответствующие микросхемы из приложения:
SN7404N (1 штука) – реализует шесть логических элементов НЕ;

SN7408N (2 штука) – реализует четыре двухвходовых логических элемента И;

SN7432N (1 штука) – реализует четырёхвходовый логический элемент ИЛИ.
Данные микросхемы построены по технологии КМОП, напряжение питания U_пит = 5 В, все микросхемы установлены в стандартных корпусах DIP14 с 14 выводами, расстояние между выводами равно 2,56 мм.

Смоделируем принципиальную электрическую схему


К выходам обоих схем подключим логический анализатор(LA), показания которого подтверждают работоспособность смоделированных логической (YL ) и принципиальной (YП ) схем:


4. Для подробного описания электрической схемы используется граф коммутационной схемы (ГКС):

ГКС = (Е, С, V, А, В),

где:

Е – множество элементов, |Е| = n;

С – множество выводов, |С| = k;

V – множество цепей (комплексов), |V| = m;

A – матрица связей между комплексами и выводами;

В – матрица связей между элементами и выводами.

E = {ei}, i =

V = {vi}, i =

C = {ci}, i =

По полученным данным сформируем матрицу связи между комплексами и выводами (Матрица А) и матрицу связей между элементами и выводами (Матрица В)


Матрица А. А =



Матрица B. B =



Матрицы А и В являются сильно разрежёнными и информация, содержащаяся в них, является избыточной для задач проектирования. Поэтому используем более компактное представление данных о проектируемой схеме в виде графа элементных комплексов (ГЭК):
ГЭК = ( E, V, Q ),
где: Е и V – множества элементов и цепей (комплексов);

Q – матрица отношений между этими множествами.

Отношение между вершинами этого графа описывает матрица Q.

Матрица Q. Q =



ns – количество «единиц» в s-м столбце матрицы Q.

n₁ = n₇= 5

n₂ = n₃ = n₄ = n₅= n₆ = 3

n₈ = n₉ = n₁₀ = n₁₁ = n₁₂ = n₁₃ = n₁₄= n₁₆ = n₁₇ = n₁₉ = 2

n₁₅ = n₁₈ = 1

Наиболее компактным формализованным представлением схемы, используемым при решении задачи компоновки и размещения, является взвешенная граф схема (ВГС):

ВГС = (E, R)

где: Е – множество элементов;

R – матрица смежности, элементы r_ij которой отображают связность элемента e_i с элементом e_j.

Для решения задачи компоновки и размещения необходимо оценивать связность элементов между собой. Для такой оценки показателя связности r_ij элемента e_i с элементом e_j рассчитываем математическое ожидание (вероятность) – p_s появления ребра полного графа при построении дерева s-й цепи по формуле:



p₁ = p₇= 2/5;

p₂= p₃ = p₄ = p₅ =2/3;

p₈ = p₉ = p₁₀ = p₁₁ = p₁₂ = p₁₃ = p₁₄ = p₁₆= p₁₇ = p₁₉ = 1;

p₁₅= p₁₈=2;
Помимо вероятностного характера соединений между элементами учитывают также различную важность цепей с помощью весовых коэффициентов 0 < ω_s ≤ 1.


S=1

Так как все цепи в нашей схеме имеют одинаковую важность, принимаем ω_s = 1 . Вычисляем значения r_ij и формируем матрицу R:
Матрица R.

Строим взвешенный граф схемы (ВГС):


Массив связи между элементами:

Элементы е		Вес связи
0	1		6
0	2		5
0	3		4
0	4		3
1	2		3
1	3		3
2	3		3
3	4		3

5. На плате размещаем пять элементов: разъём (e₀) и четыре микросхемы (e₁, e₂, e₃ и e₄). Источник питания, светодиод и кодовый генератор размещаем вне платы. Их подключаем через семиконтактный разъём e₀.

Выбираем неперемещаемый элемент, в данном случае это разъем e₀. Устанавливаем его в начало нашей платы. С него и начнем решать задачу размещения элементов на плате. Далее по взвешенному графу схемы находим тот элемент, который по весу наиболее связан с e₀, то есть вес их связей наибольший - это элемент e₁ (6). На плате его расположим рядом с элементом e₀. С элементами e₀ и e₁ наибольшую суммарную связь имеет элемент e₂ (11), поэтому размещаем его за элементом e₁ . Элемент e₃ и e₄ можно разместить после элемента е₂ в произвольном порядке, так как вес их связи с уже размещёнными элементами e₀ , e₁, e₂ одинаков (6).
6. Разрабатываем печатную плату в соответствии с проведённой оптимизацией размещения:
Сторона монтажа:



Сторона пайки:



Вывод

В ходе работы смоделировали устройство цифрового управления, создали его логическую и принципиальную схемы, а также сконструировали печатную плату устройства. При проектировании платы были построены необходимые матрицы и графы, проведена оптимизация компоновки и размещения элементов на плате.

Литература

1. 
   Голдсуорт В. Проектирование цифровых логических устройств / В.Голдсуорт. М.: Машиностроение, 1985. 436 с.
   
2. 
   Молчанов А.А. Моделирование и проектирование сложных схем / А.А.Молчанов. Киев: Высш. шк., 1988. 271 с.
   
3. 
   Колосов В.Г. Проектирование узлов и систем автоматики и вычислительной техники / В.Г.Колосов. Л.: Энергоатомиздат, 1983. 389 с.
   
4. 
   Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. / В.И.Карлащук. М.: Солон-Р, 1999. 507 с.
   
5. 
   Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы / Б.А. Калабеков. М.: Горячая линия - Телеком, 2000. 336 с.