CC BY
15
Макеев Сергей Михайлович, канд. техн. наук, сотрудник, maksm57@yandex.ru, Россия, Орел, Академии Федеральной службы охраны России,
Шекшуев Сергей Васильевич, сотрудник, sergei.shekshuev@gmail.com, Россия, Орел, Академии Федеральной службы охраны России,
Петров Максим Геннадьевич, сотрудник, max4santosrus@gmail.com, Россия, Орел, Академии Федеральной службы охраны России,
Зюзин Сергей Дмитриевич, сотрудник, naygorka45@yandex.ru, Россия, Орел, Академии Федеральной службы охраны России
NATURAL LANGUAGE PROCESSING MODULE BASED ON A TRAINED NEURAL NETWORK MODEL
WITH A NAMED ENTITY SEARCH ENGINE
S.M. Makeev, S.V. Shechyev, M.G. Petrov, S.D. Zyuzin
The paper describes a natural language processing module that allows you to implement analytic-semantic text processing with subsequent annotation generation. The main methods and means of text annotation automation are considered. The process of automatic annotation of media publications has been decomposed into composite procedures. The input and output data of the annotation system are described.
Key words: text annotation, information entities, natural language processing.
Makeev Sergey Mihaylovich, candidate of technical science, employee, maksm57@yandex.ru, Russia, Orel, The Academy of Federal Security Guard Service of the Russian Federation,
Shecshyev Sergey Vasilevich, employee, sergei.shekshuev@gmail.com, Russia, Orel, The Academy of Federal Security Guard Service of the Russian Federation,
Petrov Maxim Gennadievich, employee, max4santosrus@gmail.com, Russia, Orel, The Academy of Federal Security Guard Service of the Russian Federation,
Zyuzin Sergey Dmitrievich, employee, naygorka45@yandex.ru, Russia, Orel, The Academy of Federal Security Guard Service of the Russian Federation
УДК 517.935.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-64-70
ФОРМИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ СИЛОВЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ
Е.В. Ахрамеева, Т.Р. Кузнецова, В.А. Шаров
Исследуется аппаратный способ формирования широтно-импульсного сигнала при управлении мехатронными и робототехническими системами. Показано, что аналоговый способ не позволяет достичь высокой точности формирования сигналов управления. Предложена схема реализации, основанная на использовании сумматоров, в которой логический сигнал ШИМ формируется на выходе переполнения. Разработана методика расчета частоты тактового генератора, позволяющая получить качество сигнала управления не хуже заданного.
Ключевые слова: широтно-импульсная модуляция, пилообразный сигнал, несущая частота, сервопривод, цифровое управление.
Режим широтно-импульсной модуляции (ШИМ) широко используется в прикладной мехатро-нике и робототехнике для формирования силовых сигналов управления, подаваемых непосредственно на входы сервоприводов, вследствие простоты реализации и относительно высокой экономичности режима, в котором работают силовые усилительные элементы схемы [1, 2].
Общая структурная схема реализации режима ШИМ приведена на рис. 1 а, где используются следующие обозначения: ГПН - генератор пилообразного напряжения; ПУ - пороговое устройство; u(t) -аналоговый управляющий сигнал; пг () - опорный пилообразный сигнал; U(?) - управляющий сигнал ШИМ.
U1(0 Um ___U(/>. U2(t)
с \ -¿к i
0 t1 0 t2 —V
Рис. 1. Общая схема ШИМ (а) и временная диаграмма его работы (б)
Величины иг (() и и () определяются следующими выражениями:
да
- ¿9)-1( - ¿0)-1(0 + 0- г);
ur (( )= X
k=-да
(1)
0
U (t ) = Un
f 1, when u (t) > ur (t); (2)
[0, otherwise,
где ur (t) - текущее значение медленно меняющегося преобразуемого сигнала; ur (t) - опорный пилообразный сигнал; ur max - максимальное значение опорного пилообразного сигнала; Um - напряжение
источника питания преобразователя ШИМ; 0 - период следования опорных импульсов.
Временная диаграмма работы преобразователя ШИМ приведена на рис. 1 б. Преобразователь работает следующим образом. Преобразуемый аналоговый медленно меняющийся сигнал u(t) подается на первый вход схемы сравнения (на рис. 1, б сигналы ui(t) и u2 (t)). На второй вход схемы сравнения подается опорный пилообразный сигнал ur (t) с выхода генератора пилообразного напряжения ГПН. Сигналы сравниваются, и если u (t) > ur (t), то схема ШИМ переводится в активное состояние, которое длится, соответственно в течение времени tj и t2 . Действующее значение силового сигнала управления определяется по зависимости (рис. 1, б):
U(t ) = U
0
(3)
где к - номер периода, для которого определяется действующее значение силового сигнала.
В аналоговом варианте точность работы преобразователя ШИМ существенно зависит от точности генерации опорного пилообразного сигнала в соответствии с зависимостью (1). Любые отклонения формы сигнала от указанного значения приводят к тому, что интервал ^ из выражения (3) перестает
быть линейно зависимым от медленно меняющегося аналогового управляющего сигнала и(г), а следовательно линейность статической передаточной характеристики нарушается. Для повышения надежности и точности работы широтно-импульсного модулятора может быть использована цифровая схема управления режимом ШИМ, приведенная на рис. 2 [3, 4].
В блок формирования сигнала ШИМ входят: регистр RG, в который из внешнего устройства (на рис. 2 не показано) импульсом V записывается натуральный двоичный код преобразуемого сигнала и^ ((). Генератор G генерирует периодический импульсный сигнал с частотой Ф. Количество импульсов
подсчитывается счетчиком С и суммируется с двоичным кодом и (г). Сигнал Р переполнения сумматора, в том случае, если и (() представлен в инверсном коде, представляет собой логический сигнал ШИМ. Этот сигнал усиливается импульсным усилителем УТ, нагруженным непосредственно на якорную обмотку серводвигателя М. Диод Уи служит для защиты электронной схемы генератора ШИМ от формируемых в процессе управления импульсов противо-ЭДС.
Основным параметром при реализации режима ШИМ является частота импульсов Ф, генерируемых генератором G. Для определения этого параметра следует проанализировать модель функционирования серводвигателя постоянного тока под управлением сигнала ШИМ, которая имеет вид [5, 6]:
а- и (г) = Тта (г) + га(>), (4)
где Т - постоянная времени серводвигателя; а - коэффициент передачи серводвигателя по управляющему сигналу; и) - управляющий сигнал, подаваемый на якорную обмотку двигателя; Т - постоянная времени разгонной характеристики серводвигателя; щ ) - угловая скорость вращения вала серводвига-
теля; щ ( ) = М)
А
угловое ускорение вращения вала серводвигателя; t - время
V
г
<
§
V
G
Ф
V
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
RG
С С0 .
С1
С2
С3
С4
С5
С6
С7
'0Г
А0 БМ
А1
А2
А3
А4
А5
А6
А7
Р
В0
В1
В2
В3
В4
В5
В6
В7
Р
Рис. 2. Цифровой генератор ШИМ
При поступлении и снятии последовательности импульсов сигнала ШИМ на якорную обмотку серводвигателя М в системе возникают переходные процессы, которые имеют вид экспоненты:
t
щ(() = (аида -щс )
1 - ехр| 1 -
Т
(5)
где юс - значение угловой скорости вращения вала серводвигателя в момент прихода очередного управляющего импульса.
Вид переходных процессов для двигателя с постоянной времени Т = 0,1 с для случаев 6 = 0,05 с, 6 = 0,025 с и 6 = 0,0125 с, показан на рис. 3 а, б, в, соответственно. Из рис. 3 следует, что наибольшие отклонения угловой скорости вала двигателя от установившегося значения наблюдаются при угловой скорости, равной 0,5 от номинальной. Поэтому рассчитывать требуемую частоту сигнала, подаваемого на вход усилителя мощности УТ с выхода переполнения сумматора SM, нужно именно для этого случая. Вид нарастания и спада угловой скорости вала серводвигателя М, когда на вход усилителя мощности УТ подается меандр, приведен на рис. 3.
Под воздействием единичного импульса угловая скорость винта ю нарастает за время, равное половине периода 6/2 от величины 0,5 - та до величины 0,5 + та по зависимости, получаемой из (5):
6 6 0,5 + ю = 1 -е 2Т +(0,5-щ)е 2Т .
Из (6) следует
1 - ехр| -
ю = 0,5-
_0_ 2Т
(6)
(7)
1 + ехр| -
или
6 = -2Т • 1п
2Т
0,5 -ю ю + 0,5
(8)
/ /
/ /
/ / / / \ /
/ / / /
г - / г— ГхО
1 ' - -
.0.1)
Рис. 3. Вид переходных процессов в приводе, работающем в режиме ШИМ
Зависимость (7) позволяет по заданному периоду следования управляющих импульсов и постоянной времени привода оценивать величину периодических отклонений угловой скорости от установившегося значения. Зависимость (8) позволяет по заданной величине периодических отклонений угловой скорости от установившегося значения и постоянной времени привода рассчитать период следования управляющих импульсов. Графики зависимостей приведены на рис. 4 а и б.
67
а
б
в
0,5
0
0,5+та
0,5-та
0/2
0
Рис. 3. Нарастание и спад угловой скорости а при подаче на вход усилителя мощности меандра
с периодом в
0,04
0,03
0,02
0,01
а
Т = 0,05 У
Т = 0,1
Т = 0,2
0,03
0,025
0,02
0,015
0,01
0,005
0,005
0,01 а
0,015
б
Т = 0,2
/ У
У Т = 0,1
у Т = 0,05 _______— '
0,005
0,01
0,015
б
Рис. 4. Зависимости (7) - а, и (8) - б
В качестве примера рассмотрим случай, когда серводвигатель нагружен на инерционную массу таким образом что его постоянная времени меняется от Т = 0,05 с до Т = 0,3 с. период следования импульсов должен быть равен 0 = 0,0025 с; для привода Зададимся допустимым значением отклонения угловой скорости от номинального значения ю = 0,005 с-1. По графикам, приведенным на рис. 4 б, определяем, что для привода с постоянной времени Т = 0,05 с период следования импульсов должен быть равен 0 = 0,0025 с; для привода с постоянной времени Т = 0,1 с период следования импульсов должен быть равен 0 = 0,005 с, а для привода с постоянной времени Т = 0,2 с этот период должен быть равен 0 = 0,0075 с. Соответственно частоты ШИМ должны быть равными 400 Гц, и 133 Гц. Если счетчик С имеет 6 разрядов, то частоты сигнала Ф должны быть следующими: Ф1 = 25,6 кГц, и Ф2 = 8,512 кГц. С учетом переменной нагрузки может быть выбрана частота Ф1 = 25,6 кГц,
68
со
1
ю
0
0
0
0
ю
В итоге предложена схемная реализация режима силового управления приводами робототех-нических и мехатронных систем. Для предложенной структуры разработана методика определения основного параметра генератора ШИМ, а именно несущей частоты формирователя пилообразного сигнала.
Список литературы
1. Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., Репин А.И. Автоматические системы регулирования на основе нейросетевых технологий // Труды Международной научной конференции «Control-2003». М.: Изд-во МЭИ, 2003. С.45 - 51.
2. Бойт К. Цифровая электроника / Пер.с нем.М.М.Ташлицкого. М.: Техносфера, 2007. 472 с.
3. Абрамов В.М. Электронные элементы устройств автоматического управления: Схемы. Расчет. Справочные данные. М.: Академкнига, 2006. 680 с.
4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2004.790 с.
5. Герасимов В.Г., Кузнецов Э.В. Николаева О.В. Электротехника и электроника. Кн. 2 Электромагнитные устройства и электрические машины. М.: Еорг.-изд. дом «Арис», 2010. 271 с.
6. Кенио Т., Наамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. М.: Энерго-атомиздат, 1989. 184 с.
Ахрамеева Екатерина Владимировна, магистр, ahkatarina@mail ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кузнецова Татьяна Рудольфовна, канд. техн. наук, доцент, rudik64@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Шаров Вадим Арнольдович, аспирант, vs@aqs.ru, Россия, Шуя, Шуйский филиал Ивановского государственного университета
DIGITAL POWER CONTROL SIGNALS GENERATION E.V. Akhrameeva, T.R. Kuznetsova, V.A. Sharov
The hardware method of generating a pulse-width signal in the control of mechatronic and robotic control systems is investigated. It is shown that the analogue method does not allow achieving high accuracy of control signals generation. An implementation scheme based on the use of adders is proposed, in which the PWM logic signal is generated at the overflow output. A method of estimation of the clock generator frequency has been developed, which makes it possible to obtain a control signal quality no worse than the specified one.
Key words: pulse width modulation, saw-tooth-like signal, carrier frequency, servomotor, digital control.
Akhrameeva Ekaterina Vladimirovna, magister, ahkatarina@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
Kuznetsova Tatjana Rudolfowna, candidate of technical sciences, docent, rudik64@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sharov Vadim Arnoldovich, postgraduate, vs@aqs.ru, Russia, Shuya, Shuya branch of Ivanovo State
University
