Разработка локальной системы управления волновым насосом для аппарата "Искусственное сердце" - Курсовая работа

Выбор и обоснование выбора элементной базы локальной системы управления Расчет устойчивости системы 4.4 Расчет устойчивости дискретной системы 5.1 Построение переходного процесса дискретной системы Построение желаемой ЛАЧХ и ЛФЧХ дискретной системы, ЛАЧХ корректирующего устройстваЦелью данной курсовой работы является разработка ЛСУ волновым насосом (ВН) с магнитожидкостным сенсором (МЖС), представляющий собой электрогидравлический элемент для перекачки жидкостей.Работа САУ волновым насосом, основана на управлении пятью секциями электромагнитных обмоток (ЭМ), и двумя клапанами, на которые подаются управляющие напряжения U1 - U7. Подавая последовательно управляющие напряжения на секции обмоток гребень будет перемещаться. Если патрубок заполнить жидкостью, то гребень 1 МЖС будет выполнять функцию поршня волнового насоса, который способен перекачивать жидкость. Функциональная схема САУ представлена на рисунке 1. Результат сравнения ?I является управляющим воздействием для исполнительных устройств, которое проходит через коммутатор, усиливается усилителем У(1-7) и попадает на одну из обмоток ЭМ(1-5) или клапан КЛ(1-2).Для целей управления микроконтроллеры AVR делает привлекательным их хорошо-развитая периферия, которая включает в себя: таймеры-счетчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, встроенный АЦП, параллельные порты ввода и вывода, интерфейсы, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. 10-разрядный ЦАП имеет на входе n= 210 состояний, следовательно, цена единицы младшего разряда равна: Коэффициент передачи ЦАП равен: Получим передаточную функцию ЦАП получим: 2.3 Волновой насос Магнитная индукция и напряженность Н связаны формулой: Подставим () в (): Найдем ток I по закону Ома и подставим в (): где - напряжение на катушке, В; Площадь сечения провода найдем по формуле: Подставим () в и получим: Подставим () и () в (), и получим: Таким образом, получена зависимость напряженности поля от напряжения, причем она линейная, а значит, мы можем получить коэффициент преобразования электромагнитной катушки: Средний радиус r= , тогда формула () примет вид: Сила действующая на МЖС находится по формуле: где Гн/м - магнитная постоянная; Площадь поперечного сечения МЖС в зоне гребня находится по формуле: Площадь поперечного сечения МЖС до гребня и после него находится по формуле: Площадь поперечного сечения гребня находится по формуле: Объем выталкиваемый гребнем за 1 проход найдем по формуле: где l - длинна патрубка, м.Для дифференциального манометра "Сапфир" необходимо рассчитать сужающее устройство (СУ). диаметр трубопровода до и после СУ: Сначала следует определить значение комплекса В и Bg по формулам: где - плотность жидкости, кг/м3; Скорость потока исходя из расхода . в качестве жидкости возьмем воду, плотность воды кг/м3. Определим значение комплекса Amax по формуле: Минимальное значение перепада давления по формуле: Выберем предел дифманометра, ближайший к , . Определим произведение по формуле: Получим: Дальнейший расчет сводится к нахождению значения m, обеспечивающего реализацию уравнения.Найдем передаточную функцию системы: При подстановке в выражение (4.7) соответствующих передаточных функций и упрощении выражения, получим: Проверим систему на устойчивость. Характеристическое уравнение передаточной функции в замкнутом состоянии имеет вид: Вычислим определители Гурвица: , (4.10) Построение переходного процесса выполняется на основе обратного преобразования Лапласа от передаточной функции системы автоматического регулирования в замкнутой форме. колебательность системы: - время нарастания, с: - время достижения максимального значения, с: - время регулирования, с: Из показателей качества видно, что система не соответствует техническому заданию по перерегулирования и по колебательности. Для определение АЧХ приведем передаточную функцию к частотной форме: Амплитудная характеристика получается путем внесения реальной и мнимой части в формулу: (4.16)Построим переходный процесс для замкнутой дискретной системы по передаточной функции (4.28), для чего воспользуемся функцией step(WZ) пакета MATLAB. Для построения ЛАЧХ и ЛФЧХ применим w-преобразование к разомкнутой системе, для чего введем замену: (5.1) Получим: Перейдем к псевдочастоте, используя замену , получаем: С помощью математического редактора Mathcad построим ЛАЧХ и ЛФЧХ системы. Из графиков (Рисунок 12 и 13) определим запасы устойчивости: - запас по амплитуде ?L=9.3 ДБ; Среднечастотная асимптота ЛАЧХ разомкнутой системы и ее сопряжение с низкочастотной определяют динамические свойства системы - устойчивость и показатели качества переходной характеристики.Разделим передаточную функцию корректирующего устройства на три звена: Схема корректирующего устройства представлена на рисунке 19. Выберем емкость конденсатора первого каскада С1=20МКФ, тогда получим: Выразим из R2, получим: Рассчитаем параметры второго каскада. Выберем емкость конденсатора второго каскада С2=20МКФ, тогда получим: Выра

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Техническое задание

1.1 Цель курсовой работы

ВВЕДЕНИЕ

Аппарат "искусственное сердце" - аппарат, обеспечивающий оптимальный уровень кровообращения и обменных процессов в организме больного или в изолированном органе донора; предназначен для временного выполнения функций сердца и легких. На основании предшествующих многочисленных работ первый аппарат для искусственного кровообращения теплокровного организма, так называемый автожектор, был создан в 1925 советским ученым С. С. Брюхоненко при помощи этого аппарата советский ученый Н. Н. Теребинский в 1930 экспериментально доказал возможность успешной операции на клапанах сердца. В 1951 итальянские хирурги А. Дольотти и А. Костантини выполнили операцию удаления опухоли средостения, используя АИК. В СССР первую операцию на "сухом" сердце с помощью АИК осуществил в 1957 А. А. Вишневский. АИК включает комплекс взаимосвязанных систем и блоков: "искусственное сердце" - аппарат, состоящий из насоса, привода, передачи и нагнетающий кровь с необходимой для жизнеобеспечения объемной скоростью кровотока.

В 1986 г. специалистами НИИТИИО было выполнено 17 трансплантаций искусственного сердца "Поиск-10М. Но искусственное сердце с внешним приводом имеет серьезные отрицательные стороны и в настоящее время лишь одна фирма в мире выпускает его. В результате искусственное сердце было вытеснено менее травматичной системой - искусственным левым желудочком (обход левого желудочка). С технической точки зрения сердце представляет собой совокупность сердечных мышц, клапанов и гидропульсаторов. По имеющимся данным основной причиной не долговечности аппаратов "Искусственное сердце" (АИС) и соответственно срока жизни пациента является механическое взаимодействие узлов трения АИС и с плазмой крови. Механические узлы АИС постепенно разрушают плазму крови без возможности ее циркуляционной ремиссии. Разработки в области упруго-оболочечных магнитно-жидкостных сенсоров позволяет поставить задачу создания принципиально новых элементов АИС. Возможность получения магнитной жидкости с различными физическими свойствами обуславливает ее применение в различных технических устройствах и в медицине. Намагниченная во внешнем магнитном поле она эквивалентна по своим свойствам магнитно-мягким материалам, применяемым в качестве элементов устройств. Магнитные жидкости используются в качестве чувствительного элемента приборов.

Волновой насос (ВН) с магнитожидкостным сенсором (МЖС) представляет собой электрогидравлический элемент для перекачки жидкостей. МЖС будет выполнять функцию поршня волнового насоса, который способен перекачивать жидкость. Отличительной особенностью такого насоса является то, что в нем трение скольжения между гребнем и патрубком отсутствует. Здесь присутствует трение качения. Это свойство волнового насоса является определяющим в медицине при создании аппарата искусственное сердце, где трение скольжения является основной причиной разрушения формообразующих элементов крови - лейкоцитов.

В данной курсовой работе производится синтез системы автоматического управления волновым насосом для аппарата "Искусственное сердце".