Fakulta elektrotechnická katedra měření

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta elektrotechnická katedra měření DIPLOMOVÁ PRÁCE 2008 ONDŘEJ FIBICH

2

3 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ Fakulta elektrotechnická katedra měření Počítačový model a řízení modelářského turbínového motoru květen 2008 Diplomant: Ondřej Fibich Vedoucí práce: Ing.Pavel Pačes

4 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem svou práci diplomovou práci vypracoval samostatně apoužil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v příloze seznamu. Nemám závažné důvody proti použití tohoto díla ve smyslu paragrafu 60 Zákona č.121/2000sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a změně některých zákonů (autorský zákon). V Praze dne. ii

5 Rád bych využil této možnosti a poděkoval všem co mě podpořili při studiu na vysoké škole, tedy v prvé řadě své matce Ing. Svatavě Fibichové, která mi poskytla nejen materiální a morální podporu, ale navíc přečetla vše co jsem napsal do své diplomové práce. Dále bych rád poděkoval Ing. Pavlu Jelínkovi a Ing. Janu Kudrnovi za jejich cennéradyazatrpělivost smojí osobou. Na závěr chcipoděkovat vedoucímu své diplomové práce Ing. Pavlu Pačesovi, který mě naučil důležitou věc doživota, ževšeje možné realizovat lépe. iii

6 Anotace: Cílem diplomové práce bylo odhalení chyb v návrhu řídící jednotky pro modelářský turbínový motor, navržení způsobu opravy a realizace nové jednotky s implementací oprav nalezených závad. Jednotka snímá nejdůležitější motorové veličiny, otáčky motoru a teplotu výstupních plynů. Jednotka bude umožňovat změnu regulačních algoritmů pro řízení tahu motoru. Další částí realizace je navržení matematického modelu turbínového motoru. Pomocí tohoto modelu a řídící jednotky bude sestavena měřící úloha, která bude umožňovat vizualizaci řízení. Matematický model bude realizován v PC a bude komunikovat s řídící jednotkou, jako náhrada za měřené veličiny poslouží dva generátory frekvence, kterými budou simulovány otáčky a páčka plynu, zdroj napětí, kterým bude simulována teplota výstupních plynů a čítač k měření akční veličiny regulátoru. Všechny tyto přístroje budou ovládány přes rozhranní GPIB. Anotation: The main aim of this diploma thesis was to find mistakes in the control unit s project of a model jet engine, projection of the form of reparation and realization of the new unit with implementation of founded mistakes repairs. The unit measures the most important engine parameteres, that are rotor revolutions and exhaust gas temperature. The unit will allow to change regulation algorithms for controlling propulsion of engine. The other part of realization is to project mathematical model of turbojet engine.a measuring system will be made using this model and control unit, which will allow to visualize controlling. Mathematical model will be realised in PC and will communicate with the control unit, as a substitution for measured parameteres the two generators of frequency will be used, through which revolutions and throttle kontrol, voltage supply will be simulated, which will simulate exhaust gas temperature and counter to a measure actuating signal regulator. All devices will be controlled through the interface GPIB. iv

7 OBSAH 1 Úvod Teoretický rozbor... 3 Řízení motoru... 4 Turbínový motor... 5 Modelářský turbínový motor... 6 Jednotlivé režimy chodu modelářského turbínového motoru Start modelářského turbínového motoru Letový režim Vypnutí motoru Ovládání RC modelů... 8 Rozdělení souprav pro řízení RC modelů... 9 Pulzně šířková modulace PWM Modelářské regulátory Napájení modelů Regulace Regulátory pro řízení turbínového motoru Měřené veličiny Teplota výstupních plynů Měření teploty výstupních plynů Obvody pro měření na termočláncích Otáčky Systém s indikací magnetoindukčního převodníku Systém s impulsním snímačem otáček Optický snímač pro měření otáček Závislost mezi teplotou výstupních plynů aotáčkami Akční veličiny Startér Žhavící svíčka v

8 Palivové čerpadlo Analýza navržené jednotky Kontrola správnosti návrhu plošného spoje Ověření správnosti zapojení schématu Analýza návrhu systému Ověření funkčnosti procesoru na pájivém poli Realizace nové jednotky Napájecí část obvodu Spínaný zdroj MC33063A Lineární stabilizátor TLE Obvod pro realizaci záporného napětí Detailní popis zapojení obvodu napájení Změna obvodu pro sériovou komunikace RS Změny paměti Obvod pro měření teploty z termočlánků Realizace Matematického modelu turbíny PID regulátory Proporcionální regulátor Proporcionálně-derivační regulátor Proporcionálně-integrační regulátor Proporcionálně integračně-derivační regulátor Metody přibližné diskretizace Matematické vyjádření teploty výstupních plynů Návrh regulátorů P-regulátor PD-regulátor PI-regulátor PID-regulátor Porovnání navržených regulátorů Možnost změny regulačních parametrů Realizace Softwaru vi Realizace Softwaru pro mikrokontrolér... 53

9 Popis modulu Main.c Popis modulu Kom.c Popis modulu mereni.c Realizace softwaru pro PC Schéma měřící úlohy Závěr Příloha A OBRÁZKY Příloha B TABULKY: Literatura vii

10 1 Úvod Letecké motory jsou dnes řízeny prostřednictvím systému pro automatické řízení tahu motoru s úplnou autoritou. Úplnou autoritou je rozuměno to, že jiný systém ani pilot nemají pravomoc k odpojení tohoto systému. Tím je částečně omezena autorita pilota. Tento systém řízení motoru se nazývá FADEC (Full Authority Digital Electronic Control), neboli v překladu plně automatický číslicový systém. Prvně byl tento systém použit již v 60.letech dvacátého století na motoru Rolls-Royce Olympus 593, který byl používán v letadlech Concord. Podnětem pro vývoj tohoto systému byla snaha dosáhnout co nejlepší účinnosti motoru za daných podmínek. Systém pro svoji činnost využívá naměřené výstupní veličiny motoru a požadavky pilota na letový režim. FADEC podle naměřených veličin a s ohledem na předem definovaná omezení reguluje chod motoru. Typické omezení jsou např. maximální otáčky, stanovené výrobcem motoru. Pomocí omezení je nastavena pracovní oblast, ve které je motor využíván. Daná omezení nemusejí být zapříčiněna výkonnostními parametry motoru, ale například parametry draku letadla, nebo letovou obálkou. FADEC řídí výkon motoru např. pomocí přísunu paliva do motoru, nebo změnou teploty hnacích plynů pomocí měnící se geometrie lopatek kompresoru. Dnes se systémy pro automatické řízení tahu motoru neomezují pouze na ochranu motoru, ale obsahují výkonnostní charakteristiky celého letadla. Primární funkcí systému však zůstává ochrana motoru před přetížením, nebo dokonce před případným zničením. Systém je využíván i pro svůj vliv na ekonomiku letu. Umožňuje nastavení takového motorového režimu, který zajišťuje nejnižší možnou spotřebu paliva a minimální opotřebení mechanických částí motoru. Systémem je tak zajišťována delší životnost motoru. Letecké turbínové motory se umísťují na křídla a do trupů letadel. Jejich zástavbový prostor je rozdělený z hlediska teplotního namáhání motoru a případného požáru na požární zóny. Obrázek 1 představuje umístění FADECU na proudovém motoru. FADEC se dnes neomezuje na použití pouze u letadel, ale podobné systémy, i když ne tak sofistikované, se používají i u automobilů, např. Citroen C5 má systém omezující otáčky motoru v případě přímo související poruchy. 1

11 Obrázek 1 Turbínový motor Pratt & Whitney F100 2

12 2 Teoretický rozbor Úkolem této práce bylo analyzovat řídící jednotku navrženou pro modelářský turbínový motor, která byla realizována v rámci diplomové práce pana Juříčka. Výslednou analýzu využít k opravě jednotky, a v případně nutnosti navrhnout jednotku úplně novou. Následným cílem práce bylo s takto realizovanou řídící jednotkou sestavit měřící úlohu. Činnost turbínového motoru bude simulována pomocí matematického modelu, jehož vstupní parametry budou pomocí software pro PC přeneseny do řídící jednotky. Další částí práce je realizace software pro PC, který bude umožňovat změnu regulačních parametrů a vizualizovat vliv regulace na matematický model. Výstupní veličiny motoru budou simulovány pomocí přístrojů ovládaných po sběrnici GPIB. Systém FADEC bude měřit dva výstupní parametry motoru, otáčky a teplotu výstupních plynů. Akční veličinou systému bude PWM signál z mikroprocesoru, kterým je v reálném systému řízen výkon čerpadla, tato výstupní veličina bude rovněž měřena přístrojem ovládaným po GPIB sběrnici. Obrázek 2 zobrazuje schéma úlohy. Obrázek 2-Schéma simulační úlohy 3

13 Řízení motoru Pro různé režimy letu, např. přistání nebo optimální let s minimální spotřebou paliva jsou potřeba různé výkony motoru. Požadavek na výkon motoru je závislý na tom, kde se letadlo nachází na vztlakové čáře. Vztlaková čára reprezentuje vztah mezi součinitelem vztlaku c y (někdy také značeným c l )asoučinitelem odporu c x (někdy také značeném c d ) v závislosti na úhlu náběhu α. Dvojeznačení je zapříčiněno evropským potažmo ruským a americkým značením. Obrázek 3 zobrazuje závislosti polohy letadla na vztlakové čáře při jednotlivých režimech letu. Obrázek 3 Vztlaková čára Celkový výkon turbínových motorů je většinou výrobců udáván jednotkou síly [kn], ale umodelářských motorů je výrobci uvádějí Tah [kg] případně v[lb]. Lepší srovnání poskytuje přepočet výkonu motoru na procenta, pro jednotlivé režimy letu: Maximální trvalý režim letu (100%). Maximální vzletový režim, tedy start (115%) omezený na 5 min chodu motoru. 4

14 Cestovní ekonomický režim (68%) - minimální spotřeba paliva. Letový volnoběh (20%). Pozemní volnoběh(5%). Režim zvýšeného vztlakového výkonu (122%) omezený na dobou chodu 2,5 minut, nastává v případě výpadku jednoho ze dvou motorů. Zvýšení maximálního režim letu (108%) omezené dobou chodu 60minut. Tyto hodnoty procentuálního rozdělení jsou uváděny u motoru Rolls & Royce Turbomeca RTM viz [4]. U turbínových motorů, které jsou vybaveny obracečem tahu, lze využít zpětný tah motoru při přistání. Tento princip byl využíván např. u letadla Concord nebo Boeing 737, kdy je během přistání výkon po omezenou dobu zvýšený. Turbínový motor Základní typ turbínového motoru se nazývá turbokompresorový, turbojet, nebo jednoproudový, pracuje na principu Newtonova zákona o akci a reakci. Tah způsobují spaliny vystupující z motoru, které působí opačnou silou na motor, který tím ženou vpřed. Obrázek 4 PV diagram turbínového motoru Obrázek 4 popisuje jednotlivé fáze pracovního cyklu turbínového motoru, dále jsou v textu jednotlivé činnosti motoru v souvislosti PV diagramem vyznačeny kurzívou. 5

15 V přední části se nachází vstupní ústrojí do kterého proudí vzduch, ten je dále nasáván kompresorem. V kompresoru dochází ke stlačování, tím je způsoben růst teploty nasátého vzduchu.. Z kompresoru je takto stlačený a zahřátý vzduch přiveden do spalovací komory, kde je do vzduchu vstříknuto palivo. Zažehnutím směsi dochází ke vzniku tepelné energie. Horké plyny, které se uvolní pak, proudí ze spalovací komory do zadní části motoru, kde je umístěna turbína. Rychle proudící plyny předávají část své energie turbíně, která přes hřídel vedoucí podélnou osou, pohání kompresor. Protože tlak za turbínou je ještě vysoký, tak jsou plyny svedeny do výstupní trysky, touje převedena tlaková energie na energii kinetickou. Horké plyny, které rychle vystupují z trysky, způsobují vlastní tah motoru. Modelářský turbínový motor Princip činnosti modelářské turbíny je velmi podobný turbíně pro skutečná letadla. Primární proud vzduchu je přiveden vstupním otvorem do radiálního kompresoru. V kompresoru dochází ke stlačení vzduchu na požadovanou hodnotu tlaku, většinou okolo 100kPa [7]. Vzduch poté putuje do lopatkového difuzoru, ten slouží ke stlačení, zpomalení a usměrnění proudu vzduchu. Dále je vystupující vzduch z difuzoru přiveden do spalovací komory, ta je tvořena pláštěm motoru a děrovaným plamencem. Plamenec je zařízení sloužící ke zvětšení výhřevné plochy spalovací komory a kochraně vnitřního pláště před přímím hořením. Vzduch se nyní dělí na dvě části, primární proud, jež tvoří cca.30% celkového hmotnostního toku vzduchu, je použit pro spalování paliva, sekundární proud tvořící většinu hmotnostního toku je využíván pro chlazení. V přední části plamence dochází k míchání paliva z palivových trysek s primárním proudem vzduchu, zažehnutím směsi dochází ke vzniku tepelné energie při teplotě cca 2000 C. Do zadní části plamence je přiváděn sekundární proud vzduchu, který se nezúčastňuje hoření, ale je využit pro chlazení spalovací komory a horkých spalin. Takto jsou spaliny ochlazeny na teplotu cca 800 C, proud těchto spaliny, roztáčí turbínu, která přes hřídel pohání radiální kompresor. Spaliny za turbínou jsou svedeny do výstupní trysky, tyto spaliny dosahující teploty C mají dostatek energie k vyvození tahu. Protože modelářská turbína má mnohem menší rozměry než turbína pro skutečná letadla musí se zvýšit provozní otáčky, ty se pohybují okolo 100 tisíc za minutu. 6

16 Jednotlivé režimy chodu modelářského turbínového motoru Tato kapitola obsahuje popis jednotlivých režimů chodu modelářského turbínového motoru, jedná se o start, let a vypnutí motoru Start modelářského turbínového motoru Startovací proces je rozdělen do několika po sobě následujících částí, přičemž by některá část nebyla správně provedena, musí dojít k okamžitému odstavení turbíny. Nejprve je nutné roztočit motor pomocí startéru (někdy nazývaného spouštěč ) na ot/min. Uvedené rozmezí je přibližné, neboť jeho hodnoty jsou závislé na typu, výkonu a velikosti modelářského turbínového motoru. Poté co je dosaženo těchto otáček, je do spalovací komory přivedena směs propan-butanu a zároveň je zapálena žhavící svíčka. Po celou dobu startovacího procesu je měřena teplota výstupních plynů, v okamžiku kdy teplota výstupních plynů dosáhne teplota cca 500 C, bylo ve spalovací komoře dosaženo potřebné hodnoty teploty, dojde k vypnutí svíčky a k uzavření přívodu propan-butanu. Otáčky motoru jsou zvýšeny pomocí startéru a dojde k otevření ventilu paliva. Zároveň nastane spuštění čerpadla, které přivádí do spalovací komory palivo. Otáčky startéru jsou nastaveny tak, aby se co nejvíce blížily volnoběžným otáčkám turbíny, ty se pohybují okolo ot/min, proto jsou otáčky startéru zvýšeny na své maximum. Průtok čerpadla bude rovněž nastaven tak, aby bylo dosaženo volnoběžných otáček. Vokamžiku uvedení motoru do volnoběžných otáček dochází k odpojení startéru od turbíny, která se nyní nachází ve volnoběžných otáčkách Letový režim Chod motoru je řízen pomocí změny výchylky plynové páčky. Přívod paliva do spalovací komory je přímo úměrný výchylce plynové páčky. Čerpadlo je řízeno pomocí PWM modulace, jejíž střední hodnota nabývá hodnot 0-2.5V. Regulace přísunu paliva musí být plynulá, při prudkém vstříknutí většího množství paliva hrozí vyšlehnutí plamenů z turbíny. Při příliš pomalém přísunu paliva naopak může dojít k zhasnutí motoru, což je za letu velmi nežádoucí efekt. 7

17 2.1.3 Vypnutí motoru Nejdříve musí být motor uveden do volnoběžných otáček nastavením polohy plynové páčky. Ve volnoběžných otáčkách musí setrvat určitou dobu kvůli chlazení. Po uplynutí této doby bude vypnut přívod paliva do spalovací komory. K motoru bude připojen startér a pomocí něho se postupně snižují otáčky, tím dojde k chlazení jednotlivých částí motoru. Zároveň jsou pomocí startéru vyfoukány zbytky palivových plynů ze spalovací komory. Po dosažení předem definovaného minima je startér vypnut a otáčky samovolně klesnou k nule a dojde tak k zastavení motoru. 3 Ovládání RC modelů Obrázek 5 popisuje základní princip rádiového řízení (Radio Control) leteckého modelu Obrázek 5 Schéma řízení RC modelu 8

18 Pilot pomocí kniplů (řídících páček) umístěných na vysílači ovládá směrovku, výškovku, křidélka, přípust motoru a další řídící prvky. Na Obrázek 6 je zobrazen řídící panel RC modelu. Modely je možné řídit na hranici dohlednosti, ovšem vysílače mají většinou delší dosah (běžně 1-1.5km). Poloha, ve které se nacházejí řídící páčky, je v pravidelných intervalech zaznamenána, zakódována a následně přenesena pomocí rádiového signálu do přijímače umístěného v modelu. V přijímači je poloha dekódována asignálje přenesen do servomotoru (serva). Servomotor nastaví výstupní páčku do polohy, která odpovídá poloze na vysílači. Dojde k posunu táhla, pomocí něhož je přenášen pohyb páčky servomotoru na páčku kormidla. Tímto způsobem se kormidlo vychýlí do polohy, která odpovídá poloze řídící páčky na vysílači. Obrázek 6 Dálkový ovladač pro řízení leteckých modelů Rozdělení souprav pro řízení RC modelů V leteckém modelářství jsou využívány dva základní principy řízení RC modelů, jedná se o neproporcionální a proporcionální řízení. 9

19 Neproporcionální řízení je dnes již zastaralé a v modelářství není příliš používáno. Velikost výchylky odpovídá celkové době vysílání řídícího impulsu, např. pokud bude po modelu požadován maximální výkon, bude záležet na době, po jakou bude páčka vychýlena, a ne na velikosti výchylky. U proporcionálního řízení je tomu přesně naopak, tedy pokud je požadována maximální výchylka musí být páčka v maximální poloze. Přesněji: proporcionální je takový kanál, kde výchylka na servomotoru je přímo úměrná výchylce vysílače [13]. Tento druh řízení je v současné době nejrozšířenějším způsobem řízení leteckých modelů. Pro ovládání modelů je českým telekomunikačním úřadem vyhrazeno pásmo kanálů v rozsahu MHz. Pro správnou funkci dálkového ovládání je nutné aby vysílač a přijímač pracovaly ve stejném kmitočtovém pásmu a na stejném kanále. U některých RC modelů lze použitý kanál nastavit pomocí vyměnitelných krystalů, které se využívají v případě setkání dvou a více RC-modelů, aby nedošlo k vzájemnému ovlivnění řízení. U modernějších modelů se využívá takzvané kmitočtové syntézy, kdy je příslušný kanál volen pomocí menu. Dalším důležitým faktorem je počet kanálů na ovládacím panelu. Počtem těchto kanálů je myšleno, kolik povelů je schopna souprava vydávat, jeden povel odpovídá jednomu kanálu. Pro řízení běžného modelu letadla stačí 6 kanálový vysílač. Pro modulaci signálu se používají amplitudová a frekvenční modulace. Amplitudová modulace je náchylnější na elektromagnetické rušení. Dále se u RC-modelů používá PPM a PCM modulace. Obrázek 6 představuje dálkový ovládací panel pro piloty RC modelů. Povely z jednotlivých páček jsou seřazeny za sebe a výsledný signál je odeslán jako sled jednotlivých signálů. Signál je odeslán s frekvencí 50Hz z vysílače na přijímač umístěný v modelu. Jako první signály se umísťují ty nejdůležitější, jako jsou poloha směrovky a výškovky. Čím větší je délka signálu, tím se zvyšuje pravděpodobnost rušení signálu. První část signálu má pak vyšší pravděpodobnost, že bude správně přenesena [12]. Některé servomechanismy na občasné rušení signálu nereagují a udržují předcházející pozici. U jiných dochází k trhavému pohybu, při kterém může dojít k úplnému vychýlení nebo poškození servomechanismu. 10

20 Obrázek 7 Příklad PPM modulace V případě PCM (Pulse Code Modulation), jsou povely z jednotlivých páček přečteny a zakódovány do číselného formátu, pak je z tohoto formátu vytvořen balík dat pro přenos. Přenášejí se binární data a každý balík je opatřen kontrolními bity. Tento přenos je analogický s přenosem dat pomocí modemu. Pokud je některý balík dat poškozen, je toto poškození přijímačem identifikováno a poškozený balík je ignorován. Systém pak čeká na první nepoškozený balík dat. Nevýhoda tohoto systému spočívá v takzvaném digitálním efektu [11]. Vše se jeví dlouhou dobu v pořádku a najednou celý systém vypoví službu. Přijímače pracující na principu PCM jsou většinou vybaveny funkcí FailSafe, ta určuje k čemu má dojít po uplynutí stanovené doby, kdy nejsou přijaty nepoškozená data. Existují dva způsoby, podle nichž se funkce FailSafe řídí, buďto udržovat model v pozici, která byla určena posledními platnými daty, nebo je stažen plyn a jsou vysunuty vzdušné brzdy. Výhody a nevýhody obou režimů jak PPM, tak PCM jsou častým tématem diskuze na modelářských webech. Oba dva systémy mají své nesporné výhody a nevýhody a není úkolem této práce určit, který systém je pro modelářské lítání výhodnější. Obrázek 7 zobrazuje příklad PPM modulace. Pulzně šířková modulace PWM K řízení výkonových prvků, tedy servomotorů se používají regulátory, které převádějí řídící signál na výkonový. Jako řídící signál je většinou používána PWM modulace. Obrázek 8 zobrazuje průběh (Pulse-Width Modulation, neboli v překladu pulsně šířkové 11

21 modulace).jednáseořízení využívající změny šířky obdélníkového impulzu, kdy frekvence signálu zůstává stejná. Jako základní zapojení obvodu je používán generátor pilových impulsů a komparátor. Např. pomocí potenciometru je nastaveno požadované napětí, to je pak komparátorem porovnáno s napětím na pile a výstupem jsou obdélníkové pulzy. Obrázek 8 PWM Modelářské regulátory Regulátory jsou děleny na dvě základní skupiny, a to jednosměrné a obousměrné, dále pak podle typu motoru na stejnosměrnéastřídavé. Obousměrné regulátory umožňují řízení zpětného chodu motoru. Modelářský turbínový motor by musel být vybaven obracečem tahu, který usměrňuje proud spalin vyvozujících tah motoru. S takto vybaveným modelářským turbínovým motorem je možné použít zpětný tah motoru pro brzdění. Teorie podobnosti stanovuje existenci takovéhoto modelu, ale jen čistě teoretickou. Praktický model nemusel být doposud realizován z důvodů přílišné složitosti, případně pro neúnosně vysoké ekonomické náklady. Přesto však nemůže být praktická existence takto sofistikované turbíny vyloučena. U většiny modelářských turbínových motorů jsou používány jednosměrné regulátory. Jedná se o zařízení, která převádějí 12

22 Napájení modelů URCmodelů musí být vyřešen způsob napájení jednotlivých elektrických zařízení, které jsou umístěny na palubě modelu letadla. Napájení musí být řešeno pro přijímač, obvod pro řízení motoru, regulátory, startér, servomechanismy a servomotory. Všechny tyto obvody mohou být napájeny buďto z jednoho zdroje, nebo z více různých zdrojů. Pokud bude rozhodnuto napájet obvod z jednoho zdroje, je výhodné použít obvod BEC (Battery Elimination Circuit). Obrázek 9 představuje zapojení s BEC obvodem. Tento obvod umožňuje napájení přijímače, regulátorů, startéru, servomechanismů a servomotorů z pohonné jednotky elektroletu. Touto jednotkou je myšlen akumulátor, který je používán jako zdroj pohonu pro elektrický motor. U turbínových motorů je zdrojem pohonu turbína, lze tedy použít akumulátor s nižší kapacitou a obvod BEC využít pouze pro napájení řídících a výkonových obvodů. Použití obvodu BEC se jeví velmi výhodným, na vše stačí pouze jeden zdroj. Výrobci však nedoporučují k obvodu BEC připojovat více než tři servomotory, protože nadměrný odběr proudu by mohl obvod poškodit. Dále pak někteří výrobci regulátorů, vyrábějí regulátory s optickým oddělením vstupů avýstupů, tyto regulátory nemohou být připojeny k obvodu BEC např.jeti SPIN [11]. Obrázek 9 Napájení modelu letadla s využitím obvodu BEC Obrázek 10 reprezentuje druhý způsob, který je založen na napájení z více různých zdrojů, výhodou je možnost použití libovolného počtu servomotorů. Další výhodou tohoto zapojení je oddělení jednotlivých funkčních částí modelu, kdy je model částečně říditelný i při nefunkčnosti akumulátoru pro regulátor motoru. Mezi nevýhody tohoto řešení patří zvyšující se hmotnost, kterou musí model nést. 13

23 Obrázek 10 Napájení modelu letadla bez obvodu BEC 4 Regulace Regulace je řízená změna velikosti fyzikální veličiny např. otáček, teploty atd. Regulace je většinou realizována pomocí zpětné vazby, která nám na základě naměřených výstupních hodnot sděluje informace o regulační odchylce. Regulační odchylka je hodnota, která stanovuje, o kolik se liší aktuální naměřená výstupní hodnota od hodnoty požadované. Požadované hodnoty je pak dosaženo změnou regulačního zásahu. Regulátory pro řízení turbínového motoru Regulační systém je zařízení, které umožňuje řídit výkon motoru a tah propulsního systému na základě požadavků pilota. Nejjednodušeji je dosaženo změny výkonu změnou množství paliva vstříknutého do spalovací komory. Při plném výkonu je dodáváno do spalovací komory maximální množství paliva. Snižování výkonu je realizováno škrtícím ventilem, který je ovládán plynovou pákou pilota. Tah turbínového motoru je možné sledovat pomocí dvou výstupních parametrů, a to otáček a teploty výstupních plynů. Teplotu výstupních plynů je možné regulovat změnou geometrie průtočné cesty viz [4]. Dosáhnout změny geometrie je možné pomocí změny úhlu natočení lopatek turbíny. Pokud má motor pevnou geometrii, není možné takto regulovat teplotu spalin. Modelářské turbínové motory jsou realizovány pouze s pevnou geometrií průtočné cesty. Z tohoto důvodu nelze u těchto modelů regulovat výkon změnou teploty výstupních plynů. Jemožné regulovat pouze otáčky a to množstvím paliva vstříknutým do spalovací komory. Jsou dva základní systémy této regulace. 14

24 Obrázek 11 zobrazuje regulaci podle funkčního vztahu. Tento druh regulace neobsahuje zpětnou vazbu a nevyužívá tudíž regulační odchylku, tím značně klesá přesnost této metody regulování. Při této regulaci může dojít k překročení maximálních povolených otáček, toto překročení snižuje dobu bezporuchové provozuschopnosti motoru, případně může motor trvale poškodit. Obrázek 11 Regulace podle funkčního vztahu Nepřesnost zmíněné metody regulace odstraňuje druhý regulační systém, který využívá zpětnou vazbu pro stanovení regulační odchylky. Obrázek 12 popisuje tento systém, který s vysokou přesností řídí otáčky motoru podle nastavení výchylky plynové páky. 15

25 Obrázek 12 Regulace se zpětnou vazbou 5 Měřené veličiny Na turbínových motorech používaných např. pro dopravní letadla jsou snímány stovky veličin. Nejdůležitější snímané veličiny se nazývají primární, mají přímou souvislost s účinností motoru. Do této skupiny je možné zařadit otáčky nízkotlakého i vysokotlakého kompresoru, teplotu výstupních plynů, okamžitou a celkovou spotřebu paliva. Pro dohled nad správným chodem motoru jsou snímány další veličiny zvané sekundární motorové veličiny. Mezi tyto veličiny patřínapříklad vibrace motoru, teplota a množství mazacího oleje. V následující kapitole budou popsány dvě nejdůležitější veličiny, které jsou měřeny na modelářskémturbínovém motoru. Teplota výstupních plynů Teplota výstupních plynů (Exhaust Gas Temperature dále jen EGT ) je velmi důležitá veličina, z jejích naměřených hodnot je možné vyhodnotit řadu parametrů ovlivňujících průběh letunapř. otáčky, tah motoru, spotřebu paliva atd. Tato veličina se neměřípouze u turbínových motorů, alerovněžumotorů pístových. Pomoci ní lze správně nastavit poměr vzduchu a paliva ve spalovacích válcích, a tak významně ovlivnit spotřebu letadla. U turbínových motorů je tento parametr ovšem mnohem důležitější, neboť 16

26 slouží ke stanovení v jakém pracovním režimu se turbína nachází. Změnou EGT může být regulován chod motoru. Při akceleraci motoru dochází k růstu EGT, decelerace se projevuje poklesem EGT. Tento parametr je rovněž sledován při startu turbínového motoru, kdy při překročení startovacích teplotních limitů je start ukončen a přívod paliva je okamžitě uzavřen Měření teploty výstupních plynů Tato veličina je měřena pomocítermočlánku, jehož princip vychází ze Seebeckova jevu. Tento jev je založen na vzniku termoelektrického napětí mezi dvěma vodiči z různých materiálů, které jsou na jednom konci spojeny. Pokud je spoj zahříván, dojde ke vzniku termoelektrického napětí a obvodem začne protékat proud. Používané vodiče jsou většinou drátky malého průměru 0,1-0,5 mm, které jsou na jednom konci spojeny svarem a uložené v keramickém pouzdře. Svařený konec je nazýván teplý a využívá se pro měření neznámé teploty. Druhý konec je rozpojený, je nazýván studený, a je na něm udržována konstantní teplota, která musí být známa, aby bylo možné určit hodnotu vzniklého stejnosměrného termoelektrického napětí U T : U T = K T ( T T ) m s (1) Kde K T je konstanta termočlánku [V. C -1 ] T m je teplota teplého konce (tedy toho, kterým je měřena teplota) T s je teplota studeného konce (tedy toho, kterým je měřena referenční teplota) Pro malé rozdíly teplot je charakteristika termočlánku lineární, pro větší rozdíly teplot se linearita ztrácí a konstanta K T se mění. Pro přesnější vyjádření se používá polynomu vyššího řádu, nebo tabulkové hodnoty [2]. Tyto hodnoty jsou závislé na použitém druhu materiálu. Obrázek 13 zobrazuje kompenzační vedení, které je používáno z důvodu ustálení teploty a omezení vlivu teploty okolí. 17

27 Obrázek 13 Princip termočlánku s kompenzačním vedením Ochrana proti vlivům okolního prostředí může být ještě zvýšena uložením termočlánku ve vícevrstvé keramické izolaci. Zejména v číslicových měřících systémech se měří termoelektrickými články na více místech, což má nezanedbatelný vliv na přesnost měření. Obrázek 14 principiálně zobrazuje konstrukci snímače sezbrzděnými plyny. Protože výstupní plyny mají vysokou rychlost, využívá se tato konstrukce při měření. Obrázek 14 Konstrukce termočlánkového snímače sezbržděnými plyny Rozsah měřených teplot je určen typem materiálu, který je pro daný termočlánek použit. Norma IEC 584 poskytuje základní informace o používaných materiálech a teplotním rozsahu termočlánků, viz Tabulka 1. 18

28 Tabulka 1 Měřící rozsahy termočlánků Obvody pro měření na termočláncích Měřící obvody s termočlánkem nejsou obvykle tvořeny jen termočlánkem a měřícím přístrojem, pomocí něhož je vyhodnoceno měřené napětí. V praxi jsou běžně používány dva způsoby pro stanovení neznámé teploty Tm. V případě prvního způsobu je teplota studeného konce termočlánku měřena pomocí jiného teplotního senzoru a pak je od výsledné teploty číslicově odečtena. Druhým řešením je kompenzace, která spočívá v přímém odečtení napětí, které odpovídá teplotě studeného konce od napětí termočlánku. K tomuto účelu je s určitými obměnami dodnes využívána tzv. kompenzační krabice. Jedná se o Wheatstoneův můstek, který je vyvážen pro teplotu 20 C, jako senzor teploty zde funguje buď drátkový odpor nebo dioda. Pokud dojde ke změně teploty studeného konce, je můstek rozvážen a napětí na diagonále se odečítá od napětí termoelektrického. 19

29 Obrázek 15 Zapojení Wheatsonova můstku s termočlánkem Pro zlepšení citlivosti je odpor (případně dioda), pomocí něhož je měřena teplota studeného konce, umístěn co nejblíže studenému konci a oba jsou umístěny v izotermální svorkovnici. Jedná se o blok materiálu s dobrou teplotní vodivostí např. hliník. Pokud dojde ke změně teploty na studeném konci, projeví se tato změna co nejdřívetakénaodporu.tímtozpůsobem se tedy podstatně sníží doba ustálení změny teploty. Izotermální svorkovnice je často využívaná v číslicovém měření, kde je na ní umístěn větší počet studených konců termočlánků a jeden senzor teploty pracující na jiném principu. Obrázek 15 ukazuje základní zapojení Wheatstoneova můsteku. Pro zesílení napětí z termočlánků, které je velmi nízké např. 40μV/ C, tedy pro 1000 C je toto napětí 40mV, se používají buďto velmi přesné operační zesilovače snízkou vstupní napěťovou nesymetrií, nebo nulované operační zesilovače, u kterých je tato nesymetrie nulována. Protože operační zesilovače nejsou zcela symetrické, objeví se na výstupu operačního zesilovače určité napětí, přestože napětí mezi oběma vstupy je nulové. Vstupní napěťová nesymetrie je tedy rovna napětí, které je nutné přivést na vstupní svorky operačního zesilovače, aby výstupní napětí bylo nulové. U běžných operačních zesilovačů je toto napětí řádu milivoltů, např.5mv by pro dříve zmíněné výstupní napětí 40mV při 1000 C znamenalo chybu 12.5% tedy 125 C. Tuto chybu lze eliminovat změřením vstupní napěťové nesymetrie a odečtením její hodnoty od výsledného zesílení, ta ovšem nemusí být v celém pracovním rozsahu stejná a může se měnit např. sezměnou teploty okolí. Proto je lepší použít operační zesilovač sco nejnižší vstupní napěťovou nesymetrií. 20

30 Otáčky Otáčky jsou spolu s teplotou výstupních plynů hlavními parametry pro regulaci výkonu motoru. Některé systémy jako např. TCC (Thrust Control Computer) používaný na letadle Airbus 310 přepočítávají maximální využitelný tah motorů na N1, což jsou maximální otáčky turbíny, které stanovují mez, při které nedojde k poškození motoru. Tato mezní hodnota otáček je stanovována z následujících údajů [9]: Výška letu. Machovo číslo. Pravá vzdušná rychlost. Absolutní teplota okolního vzduchu. Celkový tlaku okolního vzduchu a jeho dynamické složky. Funkce odmrazovacího systému a klimatizace. Tento výpočet je prováděn pro několik různých režimů letu jako je vzlet, maximální dolet, stoupání atd. Výhody tohoto systému jsou redukce zátěže pilotů, snížení reakční doby na změnu vstupních parametrů např. teploty, výšky letu, rychlosti. Většina leteckých motorů je stavěna na určité přetížení tedy např. překročení maximálních otáček, v případě výpadku jednoho motoru, druhý musí pracovat na zvýšený výkon. Je tedy nutné, aby otáčky překročily dovolenou mez, motor ovšem nemůže v tomto režimu pracovat bez časového omezení. Letadlo musí snížit výšku a rychlost a v tomto nouzovém režimu musí co nejdříve přistát. Jestliže by hrozilo zničení motoru příliš dlouhým zatížením, tak systém FADEC automaticky sníží otáčky, aby motor mohl dále pracovat a to za cenu snížení rychlosti a ztráty výšky. Systém FADEC tak chrání motor letadla před zásahem pilota, který by mohl motor poškodit. Jak již bylo řečeno v kapitole 3. musí kvůli mnohem menším rozměrům modelářské turbíny oproti turbíně pro skutečná letadla dojít k růstu otáček, ty se pak pohybují okolo 100 tisíc za minutu. Umodelářské turbíny se otáčky musejí pohybovat v předem daných mezích, při jejich nedodržení dojde buď k poškození motoru, případně k vypnutí motoru což je nežádoucí efekt. Dále jsou uvedeny dva základní systémy pro měření otáček, které jsou používány na dopravních a vojenských letadlech. Třetí uvedený systém je využíván převážně v leteckém modelářství. 21

31 5.1.3 Systém s indikací magnetoindukčního převodníku Tento systém byl úspěšně využíván v letadlech staršího data výroby a nyní jsou jím vybavena malá letadla. Obrázek 16 zobrazuje tento systém. Obrázek 16 Systém pro měření otáček s magnetoindukčním převodníkem Klecový magnetický obvod na jehož osu se přivádějí vstupní otáčky n je tvořen dvěmi kotoučky z magneticky měkkého materiálu, které jsou vzájemně spojeny. V těchto kotoučcích jsou zalisovány válečkové permanentní magnety, protilehlé dvojice těchto magnetů generují ve vzduchové mezeře magnetické pole. Magnetický tok Φ je uzavírán nosnými kotoučky. Uprostřed vzduchové mezery je umístěn tenký hliníkový kotouček, výstupní osa tohoto kotoučku není mechanicky spojena s klecí magnetického obvodu. Magnetický tok Φ je kolmý vůči hliníkovému kotoučku. Otáčky, které jsou přivedeny na vstupní osu vyvolávají pohyb klecového magnetického obvodu, uvnitř tohoto obvodu vzniká rotující magnetický tok Φ. Časová změna tohoto toku vyvolává proudy, které protékají fiktivními uzavřenými závity vodivé plochy hliníkového kotoučku. Pomocí zpětného působení těchto proudů s magnetickým tokem, je kotouček unášen ve směru točení klece magnetického obvodu, tomuto pohybu však brání moment, který vyvozuje pružina připevněná k výstupní ose. Takto jsou přivedeny otáčky na ručkový ukazatel.[1]. 22

32 5.1.4 Systém s impulsním snímačem otáček Vdnešnídobě se jedná o nejrozšířenější systém měření otáček v letadlech. Pracuje na principu Faradayova indukčního zákona. Přirotačním pohybu dochází k časové změně magnetického toku, tato změna indikuje do snímací cívky periodické napětí. Frekvence tohoto napětí odpovídá měřeným otáčkám. Existuje řada různých praktických realizací tohoto sytému. Obrázek 17 je příkladem jedné realizace, kterou je systém s otevřeným obvodem. Při průchodu zubu, který je z feromagnetického materiálu, kolem permanentního magnetu je vyvolána časová změna magnetického toku. Tato změna indukuje napětí do snímací cívky. Toto napětí má periodický průběh. Velikost jeho amplitudy je ovšem závislá na rozptylové vodivosti a tak tuto hodnotu není snadné určit.otáčky, které jsou měřeny z frekvence indukovaného napětíse určují ze vztahu: n = f z s p 60 (2) Kde n jsou otáčky za minutu, f s je frekvence výstupního napětí v [Hz], z p je počet zubů snímače. Obrázek 17 Systém s otevřeným obvodem 23

33 5.1.5 Optický snímač pro měření otáček V poslední době je v modelářském odvětví stále více využíváno optického systému pro měření otáček [11]. Tento systém nejdříve využívali modeláři pro pístové motory, kde není potřeba využívat externího zdroje světla, plně postačuje přírodní osvětlení. Otáčky se u tohoto systému měří přímo na vrtuli. Poslední dobou se tento systém rozšířil i na turbínové motory, kde je nutné použít zdroj světla, obvykle je používána led dioda. Proti ní bývá umístěna buď fotodioda, nebo fototranzistor. Na vnitřním plášti turbínového motoru je umístěn fototranzitor tedy přijímač, proti němu na druhé straně je umístěna led dioda, mezi nimi se nachází rotor ve kterém je otvor, který zajišťuje přechod světelného signálu od led diody k fototranzistoru. Proto je během jedné otáčky fototranzistor dvakrát sepnut. Výstup z fototranzistoru je připojen k obvodu, který zajistí tvarování signálu. Obdélníkový signál je pak přiveden na vstup do mikrokontroléru, poloviční hodnota frekvence odpovídá otáčkám rotoru. Závislost mezi teplotou výstupních plynů aotáčkami U motorů s pevnou geometrií, kde nelze regulovat teplotu výstupních plynů, jetato hodnota závislá na otáčkách. Z křivky představující závislost teploty T4 výstupních plynů na otáčkách je zřejmé, že se jedná o parabolu. Tento graf také vysvětluje startování turbínového motoru. V motoru musí být zachována rovnováha práce na turbíně a na kompresoru. Aby bylo dosaženo tahu motoru i při nízkých otáčkách, musí se zvýšit teplota hnacích plynů nad hodnotu, při které se motor nachází ve volnoběžných otáčkách. Obrázek 18 popisuje závislost teploty výstupních plynů na otáčkách viz [4]. 24

34 Obrázek 18 Závislost teploty výstupních plynů na otáčkách 25

35 6 Akční veličiny Na základě měření výstupních veličin (kapitola 5) a požadavků na chod motoru jsou nastavovány akční veličiny. Pomocí akčních veličin se uskutečňuje řízení motoru. Pro ovládání turbínového motoru skutečného letadla je potřeba řídit velké množství akčních veličin. V této kapitole budou popsány tři nejdůležitější akční veličiny, které se používají při řízení modelářského turbínového motoru. Startér Jako spouštěče jsou používány elektromotory, které se využívají pro pohon malých leteckých modelů. Např. firma Graupner dodává celou řadu těchto motorů pod názvem SPEED [19]. Režimy, pro které je startér využíván jsou popsány v kapitole 0. Startér je nutné zvolit na základě několika kompromisů. Primární požadavek na zvolení startéru je, aby dokázal roztočit turbínový motor na požadované otáčky. Z důvodu umístění elektromotoru na palubě modelu letadla, je volen s ohledem na hmotnost, rozměry a také na spotřebu. Pro lepší přehled je uveden odkaz na rozdělení těchto motorů [20]. Startér je řízen pomocí PWM modulace (kapitola 0) jejíž výhodou je, že proud i napětí mají po celou dobu regulace stejnou velikost, ale je měněna aktivní doba průchodu proudu motorem, proto je motor schopný poskytovat stejnou sílu v celém rozsahu otáček. Obrázek 19 zobrazuje elektromotor SPEED 300, který je široce využíván v RC modelářství. Obrázek 19 Elektromotor SPEED

36 Žhavící svíčka Svíčka je zařízení, které se u modelářských turbínových motorů používá výhradně při startu. Používá se pro zapálení směsi propan-butanu a pro předehřev spalovací komory. Svíček je používána celá řady typů: super studená - pro vysoké kompresní poměry a vysoké otáčky; studená - pro velké objemy; střední univerzální; teplá - pro malé objemy, nízké kompresní poměry a nízké otáčky. Pro teplotu svíček je zavedeno číselné značení, např. číslo 6 odpovídá univerzální svíčce pro teploty C. Pokud jde číselné značení směrem dolů, pak se jedná o svíčky teplé, vhodné pro nízké teploty [12]. Jako zdroj pro žhavení svíčky je používán externí akumulátor, případně lze použít regulátor žhavení. Regulátory jsou většinou součástí startovacího boxu. Výhodou regulátorů je možnost nastavení napětí na svíčce a indikace žhavení. K řízení svíčky se používá PWM modulace a regulátor, to umožňuje svíčku zapínat a vypínat, aby nedošlo k vypálení vlákna. Takto řízená svíčka má delší životnost. Obrázek 20 zobrazuje běžnou modelářskou svíčku pro pístové motory. Obrázek 20 Modelářská svíčka Palivové čerpadlo Palivové čerpadlo je nejdůležitější akční člen u modelářské turbíny. Pomocí regulace množství paliva vstříknutého do spalovací komory je řízen výkon motoru. Řízení palivového čerpadla probíhá pomocí plynové páčky umístěné na ovládacím panelu vysílače a je realizováno pomocí PWM modulace a regulátoru. V okamžiku, kdy 27

37 čerpadlo pracuje na plný výkon, by měla turbína poskytovat maximální možné otáčky a motor by měl mít maximální možný tah. Řízení přísunu paliva do motoru musí probíhat pozvolně, většina výrobců dodává k turbínám i příslušné palivové čerpadlo. Pomocí řídící jednotky je pak nastaven rate limit, jedná se o omezení doby náběhu. Tato hodnota je většinou udávána ve voltech za sekundu a nesmí být překročena, jinak hrozí vyšlehnutí plamenů z turbíny. Pomocí tohoto limitu je omezena doba náběhu turbíny zvolnoběžných otáček na maximální výkon na několik sekund, běžně se tato hodnota pohybuje okolo 4 sekund, záleží na typu turbíny a rozsahu otáček. Při nedostatečném přísunu paliva do spalovací komory může dojít ke zhasnutí motoru [4]. Obrázek 21 ukazuje modelářské čerpadlo. Obrázek 21 Palivové čerpadlo 7 Analýza navržené jednotky Analýza navržené jednotky spočívá ve shromáždění všech dostupných informací, které jsou k dispozici. Z důvodu návaznosti na diplomovou práci pana Juříčka viz [8], byly nejprve analyzovány postupy a výsledky z této práce. Tato práce popisuje návrh, odzkoušení a realizaci řídící jednotky. V závěru této diplomové práce pan Juříček sděluje Po zapájení součástek byla jednotka plně funkční a plně vyhovovala zadání, ale po několika hodinách chodu došlo k trvalé nefunkčnosti této jednotky. Bylo diagnostikováno, že některé piny použitých součástek jsou propojeny, aniž to bylo v návrhu. Kvůli tomuto sdělení bylo nejdříve přikročeno ke kontrole návrhu plošného spoje, který je popsán v následující podkapitole. 28

38 Kontrola správnosti návrhu plošného spoje V návrhovém prostředí Layout od firmy Cadence ve kterém byl plošný spoj realizován, je nutné nastavit několik důležitých parametrů nežsezapočne se samotným návrhem. Těmi parametry jsou třída přesnosti, která určuje minimální velikosti šířky spojů, izolační vzdálenosti, prokoveného otvoru a pájecí plošky. Např. pokud je realizován plošný spoj ve třídě přesnosti 4, je šířka vodiče 12milů ašířka izolační vzdálenosti také 12 milů. Pokud je parametr šířky vodiče nastaven na 12 milů a šířka izolační vzdálenosti na 8 milů, pak program kontroluje, zda je dodržena vzdálenost 8 milů místo 12. Proto je návrhář mylně informován o chybách, které se nacházejí v návrhu. Pokud je v celém návrhu dodržena izolační vzdálenost 8 milů a není-li v návrhu další chyba, pak kontrola v programu nehlásí žádnou chybu. Výrobce zhotoví plošný spoj v dané třídě přesnosti, pro kterou byl navržen, tedy 4. Při nenastavení všech důležitých parametrů lze realizovat plošný spoj, který obsahuje chyby. Uvedená chyba byla nalezena v návrhu řídící jednotky. Při odstraňování této chyby byly v návrhu objeveny další chyby: použití nestandartního pouzdra pro procesor vedení spojů do pravého úhle příliš blízké umístění prokovů vedle sebe zbytečně velké rozmístění součástek vzdálenost blokovacích kondenzátorů od příslušných součástek je příliš velká občasné tažení spojů přes celý plošný spoj autor správně oddělil analogové a digitální napájení tlumivkou, ale zapomněl oddělit rovněž analogovou a digitální zem filtračním kondezátorem a propojkou Některé z těchto chyb pramení z toho, že autor navrhoval svůj první plošný spoj. Nedodržení izolačních vzdáleností, použití nestandartního pouzdra pro procesor a příliš blízká vzdálenost některých prokovů jsou hrubým porušením návrhových pravidel. Vzhledem ke sdělení autora viz 7, je velmi pravděpodobné, že tři zmiňované hrubé chyby byly příčinou nefunkčnosti obvodu, kterou zapříčinilo neplánované propojení některých pinů. 29

39 Ověření správnosti zapojení schématu V dalším kroku následovalo ověření správnosti zapojení schématu podle manuálů dodaných příslušnými výrobci. Autor uvádí v závěru větu Systém byl navržen a odzkoušen na nepájivém kontaktním poli Z této věty jasně plyne, že v návrhu schématu realizovaném v programu Capture by neměly být žádné chyby. I zde bylo nalezeno několik zavádějících informací. Autor navrhoval dva plošné spoje, jednotku centrální s mikroprocesorem a jednotku umístěnou blízko motoru, která byla určena k předzpracování signálů. V diplomové práci pana Juříčka [8] se v přílohách A a B nacházejí schémata pro zapojení obou jednotek. Obě jednotky by pak měly být propojeny pomocí 9 pinového konektoru. Tento konektor je skutečně umístěn na centrální jednotce, ale na jednotce pro předzpracování signálu se nachází pouze 6 pinový konektor. Analýza návrhu systému Autor práce ze které bylo vycházeno zvolil mikroprocesor ADuC836, tuto volbu odůvodňuje odstavcem Jádrem celého systému je mikrokonvertor ADuC836 s mikroprocesorem s jádrem Důležitou částí, proč byl k realizaci systému vybrán právě tento mikrokonvertor, je 16-ti bitový AD převodník, převádějící analogový výstup z výstupních obvodů pro termočlánek na číselnou hodnotu. Ta je poté zpracována mikroprocesorem. Další důležitou částí, která je součástí tohoto mikrokonvertoru, jsou výstupy PWM. Zde je nutné doplnit, že systém modelářského turbínového motoru je velmi pomalý a k vzorkování tohoto systému postačuje vzorkovací frekvence 10Hz. Proto je možné použít tento mikrokonventor jehož taktovací frekvence je 12.58MHz a který se touto frekvencí řadí mezi pomalé jednočipy. Autor správně oddělil napájecí část pro jednotku a pro výkonové prvky (regulátor pro řízení startéru atd.). Nelze však souhlasit s minimálním provozním napětím pro řídící jednotku, to autor zvolil 17.5V a doporučuje 20V. Při hledání vhodného zdroje na modelářských serverech nebyl takovýto zdroj nalezen. Bylo by nutné takovýto zdroj postavit např. z jednotlivých článků onapětí 1,2V, to by znamenalo minimálně 15 článků, nebo ze dvou akumulátorů onapětí 10,8V. Každopádně se jedná o zbytečně velký zdroj, který je jednak drahý, dále pak model sebou poveze větší zátěž. Pro 30

40 samotného modeláře je toto řešení velmi nepraktické. Pokud by autor trval na použití všech součástek, je možné řešit problém příliš vysokého napětí použitím DC/DC měniče, případně spínaného zdroje. Dalším řešením je vyměnit obvod AD597, který jediný potřebuje napájení 13.5V a kvůli němuž je v zapojení umístěn druhý stabilizátor na 15V. Tento obvod lze vyměnit např. za přesný operační zesilovač, který bude napájen z 5V. Autor oddělil digitální a analogové napájení, ale neučinil tak s digitální a analogovou zemí, tudíž rušení způsobované digitální částí obvodu není dostatečně odděleno. Není ani možné souhlasit s výběrem a umístěním obvodu pro převod úrovní sériové linky na úroveň TTL. Autorem byl vybrán obvod MAX3232, který může být napájen z3,3vaz5v.všekromě jíž dříve zmiňovaného obvodu AD597 je napájeno z 5V, není tedy nutné používat obvod MAX3232, stačí použít obyčejný MAX232, který je podstatně levnější. Umístění příslušného obvodu MAX3232 a konektoru pro připojení sériové linky Canon 9 přímo na plošný spoj na němž je realizována řídící jednotka je nevhodné. Zbytečně je zvětšena plocha plošného spoje řídící jednotky. Jednodušší řešení je vyvést pouze 4 vodiče na 4 pinový konektor. Dále pak vyrobit si malý plošný spoj pro MAX232, ten pak umístit do pouzdra ze kterého budou dva vývody, jeden bude portikus k 4 pinovému vývodu z řídící jednotky, druhý pak bude Canon 9, pro připojení sériové linky. Výroba takovéto redukce není složitá ani nákladná.. Ksoučástce U15 neuvedl autor žádné bližší informace, jako např. označení, případně výrobce. Ověření funkčnosti procesoru na pájivém poli Pro tuto část úlohy byl použit místo procesoru vývojový kit od firmy JalSoft [21]. Obrázek 22 ukazuje, že kit nemohl být přímo zasunut do nepájivého pole, z důvodu dvou řad vývodů na každé straně. Z tohoto důvodu bylo rozhodnuto umístit kit na pájivé pole. 31

41 Obrázek 22 Vývojový kit s procesorem ADuC836 Nejdříve byla realizována napájecí část, posléze část komunikační a tlačítka RESET a PSEN. Pomocí přesně definované kombinace těchto tlačítek (Stisknout PSEN poté stisknout RESET, pustit RESET a posléze pustit i PSEN) je mikroprocesor přepínán do režimu, ve kterém je do něj možné přes RS232 nahrát software. Tento režim je komunikačním programem rozpoznán tak, že mu mikroprocesor zašle své označení ADuC836. Poté je možné pomocí speciální aplikací do mikroprocesoru nahrát software. Vprůběhu pokusů bylo spojení s mikroprocesorem navázáno, ale při pokusu nahrát jakýkoliv software byla komunikace přerušena ze strany mikroprocesoru. Posléze bylo zjištěno, že mikroprocesor vysílá data s rychlostí 9600 baudů, ale přijímá rychlostí baudů. Tato chyba byla velmi nestandartní, protože podle dokumentace mikroprocesoru není schopen komunikovat touto rychlostí při použití externího krystalu kHz. Právě tento krystal byl použit pro nastavení rychlosti komunikace na 9600 baudů. Tato nestandardní záležitost byla konzultována s panem docentem Jaloveckým, který je autorem tohoto vývojového kitu. Po delší době bylo zjištěno, že problém se zřejmě nacházel v oddělení digitálního a analogového napájení, avšak mohlo se jednat o vadný kus, nebo nevhodným zacházením poškozený kus. Při oživovaní mikroprocesoru na plošném spoji k tomuto problému již nikdy nedošlo. 32