CC BY
44
Список литературы
1. Ларкин Е.В., Курочкин С.А. Проблема обеспечения подобия в тренажерах подвижных наземных объектов // Гидропневмоавтоматика и гидропривод-2005. Т. 1. Ковров: Изд-во Ковровской государственной технологической академии, 2006. С. 158 - 166.
2. Ларкин Е.В., Пушкин А.В. Математическая модель динамической платформы тренажера ПНО // XXIV Научная сессия, посвященная Дню радио. Тула: НТО РЭС им. А.С. Попова, ТулГУ, 2006. С. 20 - 23.
3. Ларкин Е.В., Акименко Т.А., Лучанский О.А. Оценка «смаза» изображения в системе технического зрения мобильного колесного робота // Вестник РГРТУ. Рязань: РИЦ РГРТУ, 2008. С. 77 - 80.
E. V. Larkin, V.A. Sokolov
MATHEMATICAL MODEL OF SIMULATOR THREE-DIRECTIONAL MECHANICAL SYSTEM
A kinematics diagram of three-directional dynamical platform is proposed. With use of made assumptions analytical dynamical model of a platform as a control object is formed. Principles of feedback enclosure in platform space position control systems are formulated.
Key words: simulator, dynamical platform, control object, mathematical model, linear vertical co-ordinate, roll angle, tangage angle.
Получено 03.10.11
УДК 623.4.054.2
O.B. Горячев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872)35-38-35, info@sau.tsu.tula.ru,
А.Г. Ефромеев, асп., age47@mail.ru,
Д.И. Степаничев, асп., dmittrstep@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТАМ ИМИТАЦИОННОГО СТЕНДА ПРИВОДА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
Предложена методика формирования требований к основным исполнительным элементам имитационного стенда электрического привода поступательного действия вертикального канала наведения с шарико-винтовой передачей.
Ключевые слова: привод вертикального наведения, шарико-винтовая передача, привод поступательного действия.
Одними из наиболее важных показателей эффективности работы ракетно-артиллерийского комплекса являются высокая точность наведения, время обнаружения и захвата цели. Перечисленные выше параметры определяются в первую очередь характеристиками силовых систем каналов наведения, а именно быстродействием и точностью слежения применяемых приводов.
В качестве привода вертикального наведения (ПВН) инерционных объектов мощностью от 4 кВт, как правило, используют гидроприводы поступательного действия, т.к. они позволяют относительно просто преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное без применения каких-либо механических передач, подверженных износу. Электропривод таким свойством не обладает, однако современные механические передачи позволяют преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное и при этом обладают хорошими нагрузочными и эксплуатационными характеристиками. Примером такого механического преобразователя может служить шарико-винтовая передача (ШВП), для которой характерны малые потери на трение, высокая нагрузочная способность при малых габаритах, перемещение с высокой точностью, высокое быстродействие и т.д. Разработка электрических ПВН поступательного действия сопряжена с рядом трудностей, обусловленных нелинейными характеристиками исполнительных двигателей, действующих нагрузок на выходной вал привода, изменением указанных параметров в процессе эксплуатации, решить которые с помощью математического моделирования практически невозможно или крайне сложно. Поэтому актуальной является задача разработки стендов для экспериментальной отработки алгоритмов управления и исследования характеристик привода с синтезированными алгоритмами и различными способами управления исполнительным двигателем. Однако если мощность разрабатываемого привода высока, то стенд, необходимый для получения его характеристик и отработки законов управления, оказывается слишком дорогим и сложным в эксплуатации. В таких случаях целесообразным является разработка физической модели, которая позволяет проводить экспериментальное исследование характеристик проектируемого привода с силовыми системами меньшей мощности со специально подобранными параметрами.
Кинематическая схема стенда, способного имитировать работу ПВН поступательного действия, представлена на рис. 1.
поступательного действия:
ДУ - датчик угла; ШВП - шарико-винтовая передача
Для вычисления параметров стенда, являющегося физической моделью силовой подсистемы ПВН, воспользуемся её математическим описанием следующего вида:
M (t )=J „
d 2а
dt
2 + MС.т\ ■ sign
/dаЛ
dt
+ Mнр ■ cos(a)+Mаэро ■ sin (а),
аэро
•т
где М(?) - управляющий момент; З - момент инерции нагрузки; МС1 статический момент сопротивления нагрузки; МНр - статический момент
неуравновешенности нагрузки; Маэр0 - аэродинамический момент нагрузки; а - угол поворота качающейся части.
Максимальная механическая мощность, приведённая к выходному валу привода ВН, потребляемая объектом управления,
н max
где ц - КПД редуктора.
Произведём замену переменных по зависимостям
I = 7§ • I, а = А§ • а, где 7§, А5 - постоянные величины той же размерности, что и I, а, I, а -
безразмерные величины.
После замены переменных получим уравнение
• Sign
^А s da ^ v Ts dt
-Мнр ■ cos(As-a)-Маэро ■ sin(As-a).
Поделив каждое уравнение на один из имеющихся в нём коэффициентов при безразмерной величине, получим
d2a T:
dt2 J,, -А,
M (T5‘ T )- M cm I ■ Sign ~Mнр ■cos (A5 •«)-Mfl3po ■ sin(A5 - a)
^A5 da^
v To dt ,
V ¿ У
Выделим все обобщённые параметры:
гт! 2 ' і' 2 ' і'
Ai = T~V'M(T8-О; A2 = -rT4— Mc.m; A3 = 8
J H ‘a5
2
A4 -
Jh ' ^5 A5
2
------M H„:
J„ - As
H T5
Выберем базисные величины следующим образом:
T5= 1, А5= 1,
219
A6 = А5 ; A7 = T5 .
тогда
Ai =
_ M (t)
J
Н
A = —
. Мнр . Маэро
L2 - ——; A3 = » A4 _
н J н
a5 = i; A6=a7 = 1 Таким образом, получаем критерии подобия
^ _ M(t). ^ _ Мст . ^ _ Мир . ^ М
Gi _—;—; °2 _—;—; °3 _—;—; °4
J
н
аэро
J,
J,
J,
Н " Н " Н “ н
Из этого следует, что для физического моделирования силовой подсистемы ПВН при неизменных масштабах по времени и углу необходимо, чтобы выполнялось следующее соотношение параметров реальной системы и физической модели:
M '(t) = м^ = Кр = м'а эро =
M"(t) м"см м’„р М'аэро J’„ ’ где M '{t\M'с m, M 'Нр, M'аэр0, J'H - параметры оригинала, а
M"(/), M"c m, MnHp, M'á3p0, J'ú - параметры физической модели.
Рассчитаем мощность, потребляемую объектом при перемещении с заданной скоростью и ускорением. Для этого необходимо получить зависимость осевой силы, действующей на шток рабочего органа ПВН поступательного действия от суммарного момента нагрузки.
На рис. 2 схематически изображены основные точки подвижной части стенда при нулевом угле возвышения.
Рис.2. Схемарасположения основных точек подвижной части стенда
На рис. 2 точка О - ось вращения пусковой установки; точка А -центр масс пусковой установки; точка В - точка соединения привода ВН и пусковой установки; точка С - точка соединения привода ВН с башней.
Рассчитаем усилие на штоке поступательной передачи, для чего составим уравнение баланса моментов относительно оси вращения ракетной установки:
Ем = о,
d2а (dаЛ
Jн 2 ^ Mс т I'sign 1 ^ Мнр ' соз(а)+Маэро ' (^)_ 'd _ 0,
dt2
V dt у
где а - угол возвышения подвижной части.
Откуда получаем выражение для максимальной силы нагрузки на шток в зависимости от угла возвышения:
F«max (a):
Jh ' ^ max ^ \Mc.m \ ^ Mnp ' cos(a) ^ Ma3po ' sin(^)
HmaxV~' d (a)
Плечо d(a) найдём как расстояние между прямой BC и точкой O, для чего направим оси Хи Y, как показано на рис. 2:
BO • Cy • cos(a - aQ) - Cx • sin (a - ag))
d (a):
BC (a)
Для того чтобы рассчитать максимальную потребляемую мощность, необходимо предварительно получить выражение зависимости поступательного движения штока ПВН от угла подъёма качающейся части. Такую зависимость можно получить из зависимости длины отрезка BC от координат точки B:
Bx = BO • cos (a-aQ),
By = BO • sin (a-aQ).
Длину участка BC в зависимости от угла возвышения объекта управления можно рассчитать по формуле
BC(a) = ^lBO2 - 2 • BO • Cx ‘ cos(a - ag) + Cy • sin(a - ag))+ Cx2 + Cy2 , откуда удлинение штока
ABC (a) = BC (a)- BC (ü).
Максимальная механическая мощность, приведённая к штоку ПВН, потребляемая объектом управления
F (П\ d(ABC(a))
P нmaxl } dt
maxV^/- ’
Л
где r¡ - суммарный КПД механической передачи.
Исходя из максимальной мощности, потребляемой объектом управления, выбирается мощность исполнительного двигателя ПВН, однако этого не достаточно для того, чтобы выбрать конкретный двигатель. Чтобы это сделать, необходимо также знать некоторые параметры ШВП.
Расчёт необходимых параметров ШВП проводится исходя из максимальной осевой силы FH max, действующей на винт ШВП со стороны нагрузки, и максимальной скорости линейного перемещения xmax, необходимой для удовлетворения требований к угловой скорости объекта управления.
Находим максимальную частоту вращения винта при различных типовых значениях шага ШВП :
n _ xmax
пв max D •
Ph0
Также необходимо рассчитать момент на валу винта, который необходим для преодоления осевой силы, действующей на гайку FH, для этого используется формула
Мв = Fl'Ph0 ,
2000 -тс-'л р
где цр - рабочий КПД передачи.
Выбирая различный шаг винта ШВП, можно подобрать наиболее подходящее соотношение требуемого развиваемого момента и угловой скорости исполнительного двигателя. Но при этом следует контролировать, не превышает ли требуемая частота вращения винта критической для данной передачи.
Таким образом, определив необходимую частоту вращения винта ШВП и минимально необходимый момент, приложенный к винту передачи, а также мощность, потребляемую объектом управления, можно подобрать исполнительный двигатель привода ВКН имитационного стенда.
В качестве исполнительного двигателя ВКН имитационного стенда рекомендуется применять асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором или вентильный двигатель на базе синхронной машины с постоянными магнитами.
Список литературы
1. Разработка структуры силовой системы вертикального канала наведения перспективных ракетно-артиллрейских комплексов высокоточного оружия / В.В. Артющев [и др.] // Сб. докл. VIII Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов». М.: МАИ-ПРИНТ, 2010.
2. Анурьев В.П. Справочник конструктора и машиностроителя: в 3 т. 8-е изд., перераб. и доп./ под. ред. И.Н.Жестковой. М.: Машиностроение, 2001.
O.V. Goryachev, A.G. Efromeev, D.I. Stepanichev
DEVELOPMENT OF VERTICAL GUIDANCE DRIVE SIMULATOR ACTUATORS REQUIREMENTS
The technique of development of vertical guidance electrical linear motion drive with ballscrews simulator actuators requirements is proposed.
Key words: vertical guidance drive, ballscrews, linear motion drive.
Получено 03.10.11
УДК. 681.5
М.Б. Цудиков, канд.техн. наук, (4872) 350219, tsudickov.mb@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ПАНОРАМНЫЙ ВИДЕОМОНИТОРИНГ ОБЪЕКТОВ
Предложена общая структура панорамно-оптического устройства наблюдения. Рассмотрены компоновочные схемы оптико-механических узлов. Проведен анализ элементов системы, получена общая пространственно-частотная характеристика устройства, предложены алгоритмы для панорамного видеонаблюдения.
Ключевые слова: видеомониторинг, панорамирование, оптический
фильтр, фотоэлектронный преобразователь, дисперсия света.
В последнее время вопросу создания телекамер для панорамного наблюдения уделяется большое внимание [1]. Особую сложность представляет получение круговых панорам с разверткой по горизонтали не менее 360° и приемлемой для практики скоростью обработки видеоинформации. Кроме того, существенное значение имеют массогабаритные характеристики устройства наблюдения.
Структура панорамных устройств видеонаблюдения
Анализ литературы показывает, что возможны различные конфигурации систем панорамного оптикоэлектронного наблюдения [2].
Варианты общих структурных схем панорамных оптико-электронного устройств наблюдения (ПОЭУН) приведены на рис. 1, где 1 - фотоэлектронный преобразователь (ФЭП); 2 - узел оптико-механического сканирования; 3 - канал связи; 4, 5 - два полукомплекта аппаратуры передачи данных; 6 - ЭВМ оператора, обслуживающего систему; 7 - память для хранения образа наблюдаемой сцены в штатном режиме; 8 - видеомонитор; 9 - средства ввода данных; 10 - оператор, обслуживающий систему;
11 - блок управления; 12 -управляющая ЭВМ.
