CC BY
12
Наряду с другими известными методиками, разработанная методика учитывает специфику возникновения и интенсивность отказов в реальных условиях эксплуатации изделий.
Список литературы
1. Артемов И.И., Савицкий В.Я. и др. Моделирование изнашивания и прогнозирование ресурса трибосистем. Пенза: Пенз. гос. ун-т, 2004. 353с.
2. Савицкий В.Я. Информационная технология прогнозирования ресурса сложных триботехни-ческих систем на стадиях жизненного цикла / Надежность и качество: В кн. тр. междунар. симпоз. / Под ред. Н.К. Юркова. Пенза: Информ. - издат. центр Пенз. гос. ун-т, 2002. С. 43-50.
3. Шипунов А.Г., Грязев В.П. и др. Эффективность и надежность стрелково-пушечного вооружения. Тула: Тул. гос. ун-т, 2002. 197 с.
Кустов Василий Геннадьевич, канд. техн. наук, доцент, vgkustov@mail.ru, Россия, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации,
Чурсин Александр Антонович, доцент, chursinperm@mail.ru, Россия, Пермь, Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации
WAYS OF INCREASING THE RESOURCE OF SHORE OF ARTILLERY WEAPONS IN THE PROCESS OF THEIR INTENSIVE OPERATION
V.G. Kustov, A.A. Chursin
The article deals with the issue of assessing the resource of the barrel of artillery weapons. The main factors of changes in the performance of the bore during firing are analyzed. A methodology for estimating the resource of artillery barrels and studying the resource of artillery weapon barrels during long-term operation is given.
Key words: artillery barrel, trunk resource, bore, condition of the bore.
Kustov Vasiley Gennadevich, candidate of technical sciences, docent, vgkustov@mail. ru, Russia, Perm, Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation,
Chursin Alexandr Antonovich, docent, chursinperm@mail.ru, Russia, Perm, Perm Military Institute of the National Guard's Forces of the Russian Federation
УДК 621.396
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-102-109
ЭМУЛЯЦИЯ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ИДЕНТИФИКАЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ
В СРЕДЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ PROTEUS
Н.С. Тархов, А.Н. Тархов, Е.О. Иванникова, Т.В. Пашовкина
В статье рассматривается эмуляция работы устройства идентификации движущихся объектов в среде моделирования PROTEUS.
Ключевые слова: моделирование, движущийся объект, идентификация, микроконтроллер.
Современные информационные технологии предоставляют широкий спектр эмуляторов микропроцессорных систем. Наиболее функциональный из них - пакет PROTEUS [1]. Это среда виртуального моделирования электронных схем, как цифровых, так и аналоговых. Proteus - среда для проектирования и отладки электронных устройств, в т.ч. выполненных на основе микроконтроллеров различных семейств. Предоставляет возможности ввода схемы в графическом редакторе, моделирования её работы и разработки печатной платы, включая трехмерную визуализацию её сборки. Уникальной чертой среды Proteus является возможность эффективного моделирования работы разнообразных микроконтроллеров (PIC, 8051, AVR, HC11, ARM7/LPC2000 и др.) и отладки микропрограммного обеспечения.
Proteus VSM включает в себя более 6000 электронных компонентов со всеми справочными данными, а также демонстрационные ознакомительные проекты. Программа имеет инструменты USBCONN и COMPIM, которые позволяют подключить виртуальное устройство к портам USB и COM компьютера. При подсоединении к этим портам любого внешнего прибора виртуальная схема будет работать с ним, как если бы она существовала в реальности. Proteus VSM поддерживает следующие компиляторы: CodeVisionAVR и WinAVR (AVR), ICC (AVR, ARM7, Motorola), HiTECH (8051, PIC Microchip) и Keil (8051, ARM). Существует возможность экспорта моделей электронных компонентов из программы PSpice.
Для эмуляции работы устройства идентификации движущихся объектов [2] выбраны: МК «Atmega 328» (частота тактового сигнала - 16 МГц, индикатор - LM 016L, часы DS 1307, кнопка текущего подсчета проехавшей техники, генератор сигналов низкой частоты. Количество идентифицируемых объектов 6 - мотоцикл, легковой автомобиль, грузовой автомобиль, фура, автобус, трактор; полоса движения одна в одном направлении; скорость движения транспортных средств друг за другом - 50 км/ч.
Методика анализа амплитудно-временных характеристик вибросигналов движущихся объектов, с точки зрения идентификации, является достаточно сложной задачей. В связи с этим, предлагается для имитация реальных вибросигналов использовать последовательности сигналов прямоугольной формы различной частоты: мотоцикл (MOTO_FREQ) - 600 Гц, легковой автомобиль (SOFT_AuTO_ FREQ) - 500 Гц, грузовой автомобиль (НАЯТ_ АиТО_ FREQ) - 400 Гц, автобус (ВШ_ АиТО_ FREQ) - 300 Гц, фура (НАЯТ_ НАКТ_АиТО_ FREQ) - 200 Гц, трактор ^ЕШМЕЯ_ АиТО_ FREQ) - 100 Гц. Допустимое отклонение числа отсчетов - 50. Зона приема сигнала - 10м до датчика и 10м после него. С учетом этого, и исходя из заданных частот для транспортных средств, определяется количество периодов счета. Подключенные библиотеки прерываний, часов, индикатора, протокола обмена данными обеспечивают работоспособность программы.
На рис. 1 представлена схема программы работы моделируемого устройства.
_I_
Исходные данные агранг&нир
время дбигения
Настройка таймера
Настройка
/ Вычисление катлестОа / периодов CT
dataArrhkO.
Рис. 1. Схема программы работы моделируемого устройства
Для того чтобы проверить функциональность написанной в среде Arduino IDE программы, необходимо открыть Proteus и загрузить схему стенда для проверки (рис. 2).
* - f fCttbW - .'Ci-.ч
Fie Elb...,, . ,
С О
в-
□
Polsrlly
nolo 2
SIS flu. nässsssB
рп
NN "Г"!-
1
ДОЮТиОСДОСМП» FWTQWCWOHT» роэт юапгаыт21
PBTOC1APC1HTI P62®0ClftPClMT2
PBlUO-JOCJAPOHr!
PCKADCvPOKTe РОЖХЭРСИГМ PC1A0C1TOMTI1 PC4.MJC4.5CATONTI2 РСЬАРСЬЗСиРОНЩ Pca«gCT«wiM
in
±21 ■at
-iL
• Tjiihcv - PtMeuiePtofmonii - S<KHTuticCi(Kurt
«i
L»
в
□
9 / П
lolo IS
№ siu ssaassss
N4
r~r
1
POOfWttPatJTie P0VTXM>CI№TI7 P0iiMTttPaHTia POMNTI/OCiSTOMTIB
рытохсютсштзо рюпюсюрсшз!
Pt»AWWOCWPCINTÖ PDWAJN1TOWZJ
PBÖtCPvClKÜiPClNtO P8VOC1WOMTT PB2^0C1B4>aNT2
PQyADCöPQNTB PCVADCWOMTB PC2MDCWC1WT10 рсэяосотамтп
PWAOCSOWPCIHT12 PCVAECKjCUPCINTU PC&4£SCT<PONTM
Оеишч»' А.милт№ ooMoaus7i;|CPuiö4ü ^
Рис. 2. Схема устройства в среде моделирования PROTEUS
При подаче с генератора той или иной частоты соответствующей определенному транспортному средству начинается подсчет объектов. На индикаторе последовательно отображается информация о количестве объектов при нажатии кнопки (оперативный режим). В 23-00ч. происходит передача данных о количестве проехавших транспортных средств за сутки и обнуление результатов подсчета (основной режим). Работа прекращается при отсутствии напряжения питания. На рис. 2 представлена работа программы по подсчету мотоциклов.
На рис. 3- 6 представлены схемы подпрограмм.
Схема подпрограммы настройки прерываний представлена на рис.3.
Схема подпрограммы настройки таймера представлена на рис. 4.
По предложенному алгоритму изготовлен макет устройства на элементной базе Arduino UNO. Оригинальная модель Arduino Rev3, произведена в Италии. Она сделана на базе микроконтроллера ATmega328p с тактовой частотой 16 МГц, обладает памятью 32 КБ и имеет 20 контролируемых контактов ввода и вывода для взаимодействия с внешним миром [3].
Рис. 3. Схема подпрограммы настройки прерываний
Модуль для работы микроконтроллерных устройств Arduino и аналогичных в сетях сотовой связи по стандартам GSM и GPRS. Ориентирован на использование в системах автоматики и управления. Обмен данными с другими модулями происходит через интерфейс UART. Модуль собран на модуле SIM900, имеет антенну, слот для SIM карты и 2 гнезда 3,5 мм.
Cf=coun/
Соип!=0
Key*true
___I
Конец
Рис. 4. Схема подпрограммы прерывания по таймеру
Схема подпрограммы отображения на LCD представлена на рис.5.
GPRS/GSM SIM900 Shield с антенной может сопрягаться непосредственно с микроконтроллером через интерфейс UART или работать совместно с персональным компьютером при использовании преобразователя интерфейса порт ПК-UART. Это возможно благодаря программной совместимости на уровне класса команд используемых для управления модемами - АТ команды.
Схема подпрограммы настройки таймера представлена на рис.6.
Плата GSM модуля на стороне компонентов содержит соединители для подключения антенны, наушников и микрофона. На стороне пайки платы размещены держатель батареи CR1220 3 вольта поддерживающей работу часов модуля и контейнер для установки сим-карты.
Одно из применений устройства - система слежения за перемещениями транспорта совместно с устройством ГЛОНАСС или GPS. Отправка SMS сообщений позволяет использовать модуль в диспетчеризации, беспроводной сигнализации и в охранных системах. Модуль незаменим для контроля и управления подвижными объектами, перемещающимися на большие расстояния или в случае удаления оператора на большое расстояние от стационарного объекта.
На рис. 7 представлен макет, собранный на описанных модулях.
Макет собран на оргстекле размером 25х30мм, на котором размещены блоки и монтажная плата. Блок питания обеспечивает питание схемы. С генератора подается сигнал определенной частоты, соответствующий конкретному объекту. Одна кнопка служит для оперативного контроля идентифицированных объектов в любой момент времени, другая - для передачи смс на телефон в необходимый момент времени (рис. 8). Одновременно информация отображается на мониторе ПК. Передача информации о зафиксированных и идентифицированных за сутки движущихся объектов осуществляется в 23-00ч.
Начат
са&О /сМеаг й Ш^Сигшг Ю. 01 Ырпа! ГМоМ. lal.se/Cursor ЮЛ. ыргт/ МИАПМ оса.
сазе 1 Ы.с/шг й 1сй5ё1Сисшс Ю 01 кйрст! ГМо\ (сй&1Сигяг ЮЛ ШргЫ ЬЬевАггП ПШ.
\
¿ВЗР 2
Ыс/еаг И 1Ы$е1Шиг (0. 01 /сЛргт/ ПгискУ. /сй&Кигяг ЮЛ. ¡сйрпп! НашАггШ ха
сазе 3 кйс1еаг 0. Ызе!Сиг$иг /б 01. кйргю/ ГВд ТгискУ, /сйзе/Сипаг ЮН, 1С0Г1ПГ МаеаАШ ОСО,
сазе 4 1сг1с1еаг й ЫяеГСигзиг Ю. й Ыргш/ Шея'/. /сйзе/Сипаг ЮН. ЫргМ {йияАггЫ ПСО.
сазе 5 Ыс/еаг й ЫюКигзиг Ю. 01. Ыргш! Пгас/агУ, ЫзеКигзог ЮН ЫрпЫ /сЬеаАггЁ! ПСО.
Па
м
-
Рис.5. Схема подпрограммы отображения на ЬСБ
¿7/0
ТСС№*0.
ОГШ--ШМ,
таж Ы1«иемя
тявыи&ш
ттммт
гняаыъ'Охик
Рис.6. Схема подпрограммы настройки таймера 106
Для работоспособности макета необходимо загрузить в память Arduino UNO программу, написанную в среде Arduino IDE с помощью USB кабеля. После загрузки программы подаётся питание на SIM 900, в который установлена сим-карта. Для активирования работы данного модуля необходимо в течение 5 секунд удерживать кнопку питания в нажатом состоянии, после чего происходит синхронизации модулей. Подавая с генератора сигналов фиксированные частоты, соответствующие движущимся объектам, происходит моделирование работы вибродатчика. Нажатием первой кнопки в любой момент времени на экране индикатора LM 016L отображаются идентифицированные объекты (рис.9). При нажатии второй кнопки происходит передача смс на телефон оператора.
На рис. 10 представлен скриншот с экрана мобильного телефона, на который отправляются смс-сообщения.
Изготовленный макет моделирует работу устройства идентификации движущихся объектов и, в дальнейшем, может использоваться в учебном процессе.
22 J 3 0 МнЛ? G±> 8 (999) 784-..» © ^ Я i
e Moto=0; Auto=0; BigAuto=0; HardAuto=Q; 8us=8; Traktor^O
e Moto=0; Auto=0; BigAulo=10; HafdAutoH 7; Bus=17; Traklor=12
e Moto=0; Auto=0; 6igAuto=0; HardAuto=D; 8us=0; Traktor=0
e M0t0=D; AutO=6; BigAutO=4; HardAuto=3; Bus=W; Traktor=i4
о Moto=Q; Auto=9; BigAuto=G; HardAuto=0; 8us=0; Traktor=Q
e Moto=0; Auto=0; BigAuto=6; HardAuto=4; 8us=8; Traktor=10
о Moto=0; Auto=0; BigAuto=66; HardAuto=D; 8us=Q; Traktor=0
© Moto=0; AutO=0; BigAutO=l 54; HardAuto=0; 8its-0; Traktor=0
© IJg Введите SM,_ Q © ^
Рис. 10. Сообщения о количестве я ф < зафиксированных и идентифицированных объектов
на экране телефона
Применение предлагаемого устройства позволит уменьшить массогабаритные характеристики за счет применения микропроцессорной техники, выполняющей идентификацию движущихся объектов по информации, записанной в базу данных и расширить функциональные возможности за счет перепрограммирования и применения радиопередающего устройства, позволяющего передавать информацию на большие расстояния.
Список литературы
1. PROTEUS по-русски/ Радиоежегодник 2013, Вып. 24. М.: РадиоЛоцман, 2013. 443 с.
2. Тархов Н.С., Минаков Е.И., Тархов А.Н., Пашовкина Т.В., Иванникова Е.О. Устройство идентификации движущихся объектов. Заявка №2022103115, приоритет 8.02.2022г.
3. Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino. СПб.: БХВ-Петербург, 2014.
400 с.
Тархов Николай Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, t-ni@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Тархов Андрей Николаевич, магистр, инженер-конструктор 2 категории, tarhovi42009@rambler.ru, Россия, Тула, ОКБ «Октава»,
Иванникова Елизавета Олеговна, магистрант, simajn@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пашовкина Татьяна Владимировна, магистрант, tanyapashovkina@gmail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EMULATION OF THE MOVING OBJECT IDENTIFICATION DEVICE IN THE PROTEUS SIMULA TION
ENVIRONMENT
N.S. Tarkhov, A.N. Tarkhov, Е.О. Ivannikova, T.V. Pashovkina
The article discusses the emulation of the moving object identification device in the PROTEUS simulation environment.
Key words: modeling, moving object, identification, microcontroller.
Tarkhov Nikolay Sergeevich, candidate of technical science, professor, t-ni@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tarkhov Andrey Nikolaevich, master, design engineer of 2 categories, tarhovi42009@rambler.ru, Russia, Tula, OKB «Oktava»,
Ivannikova Elizaveta Olegovna, undergraduate, simajn@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pashovkina Tatyana Vladimirovna, undergraduate, tanyapashovkina@smail.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 681.5.09
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-109-112
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ НЕЙРОСЕТЕВЫХ И КЛАССИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ НА ПРИМЕРЕ НЕУСТОЙЧИВОГО ОБЪЕКТА
Д.С. Феофилов
В данной работе приводится сравнение нейросетевых и классических регуляторов на примере обратного маятника. В качестве классического регулятора использован ПИД-регулятор. Приводятся результаты экспериментов при малых, больших начальных условиях и в нижней точке устойчивости.
Ключевые слова: САУ, нейронные регуляторы, ПИД-регуляторы, обратный маятник.
Введение. Большинство современных объектов представляют собой сложную многозвенную систему, требующую автоматического управления [1]. Составить точную математическую модель такого объекта управления сложно, а в некоторых случаях невозможно, что затрудняет настройку классических регуляторов. В настоящей работе на примере обратного маятника рассмотрено регулирование канала угла обратного маятника при помощи нейронных сетей и сравнение нейросетевых и ПИД регуляторов.
Нейроуправление - частный случай интеллектуального управления, использующий искусственные нейронные сети для решения задач управления динамическими объектами [4].
Искусственные нейронные сети - совокупность искусственных нейронов, которые связаны между собой синаптическими соединениями. Сеть обрабатывает один или несколько входных сигналов. Базовым модулем нейронных сетей является искусственный нейрон, который моделирует основные функции естественного нейрона.
Построение нейронной сети основано на процессе обучения, при котором определяются значения весовых связей между нейронами соседних слоев и достигается наилучшая аппроксимация зависимости выхода от входов. Например, если нейронная сеть должна реализовывать функцию у = £ (х), которая задана в табличном виде: (х1, у1), процесс обучения нейронной сети будет сводиться к подбору весов так, чтобы нейронная сеть реализовала функцию f' максимально близкую к функции £, то есть ошибка Е = f'— £ была бы минимальна. Обучение нейронной сети является итерационной процедурой,
где на каждой итерации производится подборка весов нейронов, то есть после каждой итерации будет реализовываться новая функция.
Схема объекта и описание. В качестве нелинейного объекта взят обратный маятник на каретке.
Для объективного сравнения регуляторов поставлена задача: возврат маятника в нулевое (верхнее) положение из начального отклонения. Каждый регулятор проверим при малых, больших начальных условиях и в нижней точки устойчивости [3]. Управление в каждом режиме оценивается по нескольким критериям: установившаяся ошибка, максимально достигнутый угол в переходном процессе, время вхождения в интервал ±0,5° относительно установившегося значения [2].
Для построения нейросетевого регулятора предлагается распространённая схема с четырьмя задержанными значениями, тремя слоями по двенадцать нейронов в каждом [5].
За классический регулятор взят ПИД-регулятор, оптимизированный по линеаризованной модели.
Линеаризованная модель обратного маятника в окрестности нуля угла и угловой скорости выглядит следующим образом:
/ т1 \ т1 1
(т + М)ь)Х+ (т + М)Ь91д = (т + М)Рупр'
(1--=--(1)
V (т+М)и Ь (т+М)Ь упР у '
где Ш'М — массы маятника и каретки соответственно; гупр — управляющая сила; I = ——; ] — момент инерции маятника вокруг центра масс; д — ускорение свободного падения.
