CC BY
28
УДК 621.865.8
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫХ ОБРАЗЦОВ
РОБОТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ РЕГУЛЯТОРОВ
СЛЕДЯЩИХ СИСТЕМ
Д. В. Нефедов
Аннотация. В статье рассмотрены вопросы реализации установок в системах управления роботизированных подвижных комплексов. Проведен анализ и предложена конструкция системы управлений исполнительного механизма, на основе универсального регулятора.
Ключевые слова: система управления, автоматизированный запуск, двигатель.
Введение
Выбор структуры, параметров, организация алгоритмов функционирования и программного обеспечения автоматической микропроцессорной системы управления роботизированных подвижных комплексов (РПК) определяется решаемыми в процессе управления задачами, особенностями конструкции и условий функционирования.
Автоматическая система управления РПК решает задачи, связанные с выполнением функций управления и контроля технического состояния систем и агрегатов. Это задачи автоматизированного запуска двигателя, пуска двигателя и подготовки машины к движению, управления оборудованием и т. д. Однако наиболее важной и сложной в плане технической реализации является задача автоматизации управления движением машины и выполнения ею командных установок.
Серьезным препятствием для решения данной задачи является необходимость получения полной и достоверной информации о параметрах внешних условий, состоянии и режимах работы систем и агрегатов РПК. Недостаток информации и ошибки в ее обработке, воздействие помех и неверно выбранные параметры элементов системы управления приводят к снижению качества процессов управления и, следовательно, эксплуатационных показателей РПК в целом.
Для качественного решения задач управления, при разработке регуляторов следящих исполнительного уровня необходимо учитывать следующие требования:
- высокие точность и быстродействие отработки программного движения, т. е. обеспечение движения исполнительного механизма
со скоростью, близкой к заданной по точности позиционирования;
- отсутствие перерегулирования в точке позиционирования, это связано с тем, что перерегулирование может привести к аварийным ситуациям;
- большая жесткость к внешним возмущающим факторам;
- минимальность амплитуды колебаний исполнительного механизма, вызванных дискретностью цифровой системы;
- минимальность энергозатрат как в режи -ме «ожидания», так и в рабочем режиме.
При этом необходимо учитывать, что управление в реальном масштабе времени накладывает жесткие ограничения на объем вычислений на такт работы специальной цифровой вычислительной машины (СЦВМ).
Необходимость поддерживать заданную программную скорость и обеспечить выход в заданную позицию явным образом выделяет два режима исполнительного уровня:
- режим отработки заданной скорости;
- режим отработки заданного положения.
Кроме того, широко используется комбинированный метод управления исполнительным механизмом, когда одновременно вырабатываются оба вида установок задания: по скорости и по угловому положению.
Все эти три режима могут использоваться с одним регулятором состояния, имеющим дополнительный контур управления по скорости. Структурная схема следящей системы с таким регулятором представлена на рисунке 1.
Подача установок по скорости ык, в таком регуляторе будет осуществляться во внутренний контур, а установок по углу ак - во внешний.
Рис. 1. Структурная схема следящей системы
Простота реализации регулятора с двумя контурами, минимальность изменения алгоритмов (что минимизирует объем программы) при переходе из режима отработки скорости в режим отработки угла и обратно, а также высокое качество отработки программных движений и жесткость по внешним моментам позволяют выбрать такой регулятор для систем слежения исполнительного уровня.
Анализ рассмотренных режимов практически невозможен аналитическими методами вследствие нелинейности объекта управления «ОУ» и дискретного характера цифрового регулятора.
Наиболее предпочтительным в этих условиях оказывается исследование процессов в следящих системах с помощью имитационного моделирования [1, 2]. Для этой цели были разработаны программы интегрирования уравнений объекта управления и модель рабочей программы, в которой в виде разностных уравнений и алгоритмов реализованы регуляторы исполнительного уровня.
Силовая установка ТД описывается следующей системой нелинейных дифференциальных уравнений:
л-С (р-рр-Ар )• п&Ь-Фк). (4) Л = С2(рк - р\ - АЛ )• ^(рк -рл). (5)
и - и (л-><- ^ 4(б>
Ы + Ш + С®- /(иу .
(1)
^дв^ + Кв® + А (Р-Рк )- кв1 - М^щм + Мп .(2) 1к£к + К®к -/1(Р-Рк) + /2(Рк -Рл)-ЩщА®-®Л) .(3)
гдеЦ^0Е - индуктивность, сопротивление и коэффициент самоиндукции обмотк управления тягового двигателя;
- момент инерции ротора тягового двигателя;
Идв - коэффициент скоростного демпфирования тягового двигателя;
Л - момент инерции колеса с учетом подвижных элементов конструкции редуктора;
Ик - коэффициент скоростного демпфирования колеса с учетом редуктора;
М1 - момент трения на оси двигателя;
Мп - момент возмущения за счет нелинейности моментной характеристики двигателя (пульсация момента);
М2 - момент трения между ведущим колесом и опорной поверхностью;
ии, Ии - эквивалентные величины момента инерции и коэффициента скоростного демпфирования БПМ (при расчетах предполагалось равномерное распределение на четыре колеса);
1 - функция, описывающая ограничения по току в УИ;
фл - эквивалентный угол поворота нагрузки КД;
Рк - радиус колеса;
- функция, описывающая нелинейный характер передачи момента в редукторе;
- функция, описывающая нелинейный характер передачи колесе;
С1 - линеаризованный коэффициент упругой податливости редуктора;
С2 - линеаризованный эквивалентный коэффициент упругой податливости привода;
Др - люфт в редукторе;
Дк - зазор в приводе с учетом преднатяга;
кдв,ктг - коэффициент передачи тягового двигателя и тахогенератора;
Д ктг - пульсация коэффициента передачи тахогенератора;
Мв - момент сопротивления при движении модуля;
О0 - величина ограничения напряжения управления двигателем;
к, Т1, Т2, Т3 - коэффициент передачи и постоянные времени параметрической функции УИ управления приводом тягового двигателя;
Тф - постоянная времени фильтра низкой частоты.
Расчетный такт работы СЦВМ составляет Тт - 0,002С.
Рассмотрим теперь два режима работы исполнительного уровня системы управлений исполнительного механизма.
Первый режим отработки заданной скорости. При двух уровневой организации системы управления верхний уровень вырабатывается установкой, которые должны отрабатываться исполнительным уровнем (рис. 2а).
Ф, рад/с , 0,0015
0,0010
0,0005
0,00 0,50 1,00 <■ =
Рис. 2. (а) График скорости движения исполнительного механизма
Обычно такт решения задачи верхнего уровня существенно больше такта работы нижнего, в связи с этим возникает необходи-
мость оптимизировать (преобразовать) установки задания.
Для режима отработки заданных скоростей наиболее критичными является область низких, «ползучих» скоростей. Требование по отработке низких скоростей связано с необходимостью выполнения исполнительным механизмом медленных точных операций, чему может препятствовать дискретность информации исполнительного уровня. Верхняя граница отрабатываемых скоростей определяется в основном характеристиками двигателя, и поэтому, с точки зрения следящей системы, менее критична, чем нижняя.
Второй режим отработки заданного углового положения. Одним из основных режимов работы следящего устройства «СУ» исполнительного уровня является позиционный режим. Вывод исходного объекта в заданную точку пространства применяется и в копирующем, и в программном режимах работы. Требования к отработке заданного углового положения степени подвижности следующие: отсутствие перерегулирования; жесткость к внешним возмущающим моментам;
точное удержание в заданном положении (среднеквадратическое отклонение не более 2 единиц младшего разряда «ЕМР» КПУ1.
На рисунке 2б «соответственно для ин = интах и ин = ^¡п» представлены переходные характеристики позиционной следящей системы на скачок внешнего возмущающего момента «Мвн = 10 Нм и Мвн = 30 Нм». Как видно из рисунков, динамическая ошибка не превышает 4 угл. мин. при величине скачка 30 Нм «эта величина оценочно рассчитана как максимально возможное динамическое влияние на следующую систему со стороны других степеней подвижности».
Ф, рад/с 0,0015
0,0010
0,0005
0,00 0,50 1,00 1, с
Рис. 2. (б) График скорости движения исполнительного механизма
Из-за конечной жесткости выходного вала нагрузки в установившемся режиме есть ошибка, величина которой прямо пропорцио-
нально внешнему моменту и обратно пропорциональна коэффициенту упругости Сн.
Таким образом, с точки зрения постоянства характеристик замкнутой следящей системы при переходе от одного режима к другому предпочтительно иметь один универсальный регулятор. При этом переключение режимов может происходить в блоке оптимизации установок. Рассматривалось два варианта построения этого блока: с дифференцированием установок угла, выдаваемых бортовой цифровой вычислительной машины, и последующим заданием угла и полученной скорости в регулятор и без дифференцирования.
Амплитуды колебаний при нижнем уровне скоростей 0,001-0,005 рад/с для всех вариантов приблизительно равны и зависят от жесткости системы и ее дискретности по уровню. Таким образом, анализ вариантов построения режима «ползучих» скоростей позволяет сделать вывод, что при реализации этого режима предпочтительнее использовать вариант, когда поступающая с БЦВМ установка скорости интегрируется и подается в контур угла, при этом собственно установка скорости подается во внутренний контур.
Библиографический список
1. Львовский, Л.Н. Статистические методы построения эмпирических формул [Текст] / Л.Н Львовский. - М. : Высш. шк., 1982. - 224 с.
2. Понтрягин, Л.С. Дифференциальные уравнения и их предложения [Текст] / Л.С. Понтрягин. -М. : Наука, 1988. - 208 с.
CONTROL SYSTEM MOBILE MODELS OF ROBOTIC COMPLEXES ON THE BASIS OF REGULATORS TRACKING SYSTEMS
D. V. Nefedov
In article questions of realizations of installations in control systems of the robotized mobile complexes are considered. The analysis is carried out and the design of system of managements of the executive mechanism, on the basis of a universal regulator is offered.
Нефёдов Дмитрий Владимирович - кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры Двигателей. Омский танковый инженерный институт имени Маршала Советского Союза П. К. Кошевого филиал Военного учебно-научного центра Сухопутных войск «Общевойсковая академия ВС РФ», г. Омск. Основное направление научных исследований: автоматизация двигателестроения, системы управления. Общее количество публикаций составляет: тридцать. Адрес электронной почты: tesa1978@mail. ru
УДК 629.084
ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРУЕМОГО СОСТОЯНИЯ УПРУГО-ВЯЗКОЙ СРЕДЫ ПРИ ВИБРАЦИОННОМ НАГРУЖЕНИИ
С. В. Савельев, В. В. Михеев
Аннотация. Статья посвящена исследованиям напряжённо-деформируемого состояния упруго-вязкой среды при приложении внешней цикличной нагрузки. В качестве практического примера рассматривается уплотняемый грунт, представленный как упруго-вязкая среда. Исследования позволяют оценить состояние материала в процессе деформирования, повысить эффективность процесса его уплотнения, выбрать рациональные режимы процесса уплотнения.
Ключевые слова: деформация, интенсификация, вибрация, реология, исследования энергоэффективности, адаптация.
Введение
Деформирование различных материалов путем приложения к ним внешней нагрузки зачастую является самым дешёвым и распространённым способом придания им необходимой прочности или формы. Многообразие материалов и их свойств заставляет использовать различные виды нагружения. Именно этим и обусловлена широкая номенклатура
различной уплотняющей и формующей техники, реализующей различные виды нагружения обрабатываемой среды. Применение вибрации позволяет значительно ускорить процесс деформирования среды по сравнению со статическими методами. Тем не менее, проблема осуществления эффективного уплотнения различных сред не ограничивается только правильным выбором средства нагружения.
