CC BY
1
THE USE OF NATURAL LANGUAGE PROCESSING METHODS IN THE FORMATION OF THE RATING SYSTEM OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS OF THE RUSSIAN FEDERATION
Yu.A. Leonov, R.A. Filippov, I.I. Zhivodovsky
This article discusses the problem of analyzing the activities of educational institutions of higher education in the Russian Federation. The analysis of existing methodologies for the formation of rating systems is carried out. The factors influencing the rating of educational organizations are investigated. Algorithms and methods of aggregation of the result of the analysis of the activities of higher educational institutions are considered. The analysis of the obtained rating and the results of the analytical models is carried out.
Key words: education, analysis of educational institutions. rating of educational institutions, natural language processing, data analysis, data mining, text tonality assessment, regression.
Leonov Yuri Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Bryansk, Bryansk State Technical University,
Filippov Rodion Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Bryansk, Bryansk State Technical University,
Zhivodovsky Ivan Ivanovich, student, libv88@yandex. ru, Russia, Bryansk, Bryansk State Technical University УДК 681.532.55
DOI: 10.24412/2071 -6168-2024-2-28-29
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИНФРАНИЗКОЙ УГЛОВОЙ СКОРОСТЬЮ
С КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОГРЕШНОСТИ, ВНОСИМОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ
Д.С. Положенцев
Представленное в данной работе исследование затрагивает область управления инфранизкой угловой скоростью вращения в прецизионных электромеханических системах. Показана актуальность проведения исследования системы управления с дополнительным контуром компенсации несоосности. Статья содержит методический разбор исследования влияния различных параметров, а также структурных особенностей систем управления на их работоспособность для прецизионных электромеханических систем. Приведены результаты проведенного анализа, которые подчеркивают актуальность проблемы выбора параметров и структуры систем управления для обеспечения их эффективности в различных условиях эксплуатации.
Ключевые слова: Система управления угловой скоростью, инфранизкая угловая скорость, датчик углового положения, механическая передача, плавность углового перемещения, частотный анализ.
Введение. На сегодняшний день существует некоторое количество электромеханических устройств, для работы которых характерно наличие таких режимов, при которых происходит отработка угловых скоростей вращения исполнительной оси (ИО) в пределах от десятых до тысячных долей градуса в секунду. К таким устройствам можно отнести управляющий электропривод солнечной батареи [1], электропривод антенны приемопередающего устройства [2], привода опорно-поворотного устройства телескопа [3] и т. д. Указанный рабочий диапазон угловых скоростей вращения называется инфранизким, так как находятся ниже порога восприятия человеческим глазом. Для осуществления отработки таких угловых скоростей требуется разработка специальных систем управления. Как правило, в таких системах основной задачей является отработка заданной угловой скорости ИО с максимальной точностью и плавностью, при этом погрешность не должна достигать нескольких десятков угловых секунд. Несмотря на свое не частое упоминание в литературе, системы управления инфранизкими угловыми скоростями вращения имеют довольно широкий спектр применений и используются в различных областях, например, в производственных линиях, где необходима точность и стабильность работы на низких скоростях.
В настоящее время требования к точности протекания динамических процессов в рамках работы сложных электромеханических систем становятся все более жесткими, и потому разработанные на современном этапе методы их синтеза и анализа становятся все менее пригодными для соответствующих целей функционирования таких систем. Синтез систем управления инфранизкой угловой скоростью вращения сталкивается с проблемой того, что элементы конструкции у них обладают податливостью, в то время как движущиеся части - значительными моментами инерции. В то же время механические части устройств зачастую находятся под воздействием весовых, ветровых и/или тепловых возмущений, вследствие которых возникают некомпенсируемые деформации составных элементов. В результате воздействия данных причин возникают низкочастотные нелинейные нестационарные процессы, одновременно с которыми происходит слабое демпфирование, что в совокупности оказывает негативное влияние на качество создаваемой системой управления угловой скорости вращения ИО [4, 5].
Актуальность исследуемой системы. Для замыкания контура обратной связи для регулирования угловых скоростей вращения инфранизкого диапазона требуется использование датчика углового положения (ДУП) с высокой разрешающей способностью в 23-26 разрядов двоичного кода [6]. Такая разрядность позволяет использовать такие датчики для прецизионной оценки угловой скорости вращения ИО и исключить необходимость применения измерителей угловой скорости [7]. Тем не менее, существуют достаточно строгие требования относительно устойчивости к разрушительным силам космической среды и продолжительному периоду активной работы, наличию резервирования, а также показателям массы и габаритов для указанных ранее изделий, что объясняется спецификой их применения. По этой причине в большинстве случаев накладывается значимое ограничение на разрешающую способность ДУП, которая обычно не должна быть больше 16-19 разрядов [8]. Для того, чтобы сформировался контур прецизионного регулирования угловой скорости вращения ИО, такой показатель не является достаточным.
28
Известная структура системы управления угловой скоростью вращения с помощью ДУП, с разрешающей способностью, недостаточной для точного вычисления отмеченных угловых скоростей вращения, состоит в интегрировании задающего угловую скорость сигнала и последующей работе в режиме следящей системы по линейно изменяющемуся углу [7]. Подобная структура управления позволяет производить плавную отработку угловых скоростей вращения вплоть до тысячных долей градуса в секунду с использованием (16-19)-разрядного ДУП. В то же время, если требуется увеличить чувствительность отработки задаваемой угловой скорости, то в электропривод добавляется также механическая передача, а дополнительный контур обратной связи становится возможным создать с помощью ДУП, установленного на ось ротора двигателя электропривода [9]. В соответствии с современными требованиями к прецизионным электроприводам в отношении их точности, в режиме малых скоростей вращения чувствительность системы управления возможно значимым образом улучшить с помощью применения обратной связи по угловому положению ротора двигателя. Серьезным недостатком таких систем управления является, однако, то, что контур обратной связи охватывает не все элементы конструкции электропривода. Из-за этого определенная погрешность будет наблюдаться в создаваемой угловой скорости вращения исполнительной оси (ИО), которая возникает в том числе в результате несоосности ИО и ротора двигателя. Становится очевидным, что несоосность установки зубчатых колес механической передачи, кинематическая ее погрешность, а также угловые погрешности ДУП являются факторами, определяющими вид разности показаний ДУП.
Ранее в исследовании [7] была разработана структурная схема системы управления, которая в случае замкнутого по угловому положению ротора двигателя контура обратной связи позволяет существенным образом уменьшить воздействие несоосности механической передачи на угловую скорость ИО. Схема изображена далее на рисунке 1, в ней используются следующие условные обозначения: И_Д - интегратор угловой скорости вращения ротора двигателя; КУ - корректирующее устройство; И_ОУ - интегратор угловой скорости вращения ОУ; РУ - регулятор контура угла; ШИМ+УМ - широтно-импульсный модулятор и усилитель мощности; Д - двигатель; Р+ОУ -редуктор и ОУ; ДУП_Д - датчик углового положения ротора двигателя; ДУП_ОУ - датчик углового положения ОУ; №» - задаваемый код скорости; ^_зад_Д - вычисляемый код углового положения ротора двигателя; ^_зад_ОУ -вычисляемый код углового положения ОУ, - код углового положения ротора двигателя; ^_ОУ - код углового положения ОУ; - сигнал рассогласования угла по оси ротора двигателя; А ^_ОУ - сигнал рассогласования угла ОУ; Ышим - код расчетного значения вектора напряжения; "Сум - выходной сигнал усилителя мощности; а_Д - угловое положение ротора двигателя; а_ОУ - угловое положение ОУ; ю_ОУ - угловая скорость ОУ [10].
Рис. 1. Структурная схема системы управления
Для уменьшения влияния несоосности механической передачи вводится дополнительный контур регулирования - сравнивается расчетное «идеальное» угловое положение ОУ и текущее, полученное с помощью ДУП установленного на ось вращения ОУ. Сигнал рассогласования поступает на корректирующее устройство (КУ), которое определяет величину, на которую будет скорректировано значение задаваемой угловой скорости, тем самым компенсируется влияние несоосности. Благодаря этого формирование управляющего сигнала происходит на основе данных ДУП, которые установлены на разных осях системы управления.
Проведение частотного анализа. Одним из важных этапов в разработке новой системы управления является проведение сравнительного частотного анализа. Этот метод позволяет оценить производительность системы управления в различных условиях и сравнить ее с другими системами, которые были разработаны ранее. Частотный анализ позволяет определить, какая система управления лучше всего подходит для конкретной задачи, и какие изменения необходимо внести в новую систему, чтобы она стала более эффективной.
Для проведения исследований и анализа работы предложенной системы управления была составлена ее функциональная схема, представленная на рис. 2. На схеме приняты следующие обозначения: Шр-у - передаточная функция тракта «регулятор угла - усилитель мощности»; Ки д, Киоу - коэффициенты передачи интегратора угловой скорости вращения двигателя и объекта управления, соответственно; Кдуп д, Кдуп оу - коэффициенты передачи датчика углового положения двигателя и объекта управления, соответственно; Тдуп д, Тдуп оу - постоянная времени датчика углового положения двигателя и объекта управления, соответственно; Крп - коэффициент редукторной передачи; С -коэффициент угловой жесткости, Ку - коэффициент передачи корректирующего устройства; К - коэффициент про-тиво-ЭДС двигателя; Зд, Jоу - момент инерции ротора двигателя и момент инерции объекта управления, соответственно. В исследуемой системе управления используется вентильный двигатель постоянного тока, с передаточной функцией (формула 1):
— • Км
^ + 1
(1)
где Яэ - эквивалентное фазовое сопротивление двигателя; Км - коэффициент электродвигателя по току; Ь э — эквивалентная фазная индуктивность двигателя.
Входным сигналом в исследуемой системе управления является угловая скорость вращения ю3ад, а выходным - угловое положение объекта управления аоу. На Рис. 3 представлены логарифмические амплитудо-частотные
характеристики (ЛАЧХ) двух систем управления с дополнительным контуром компенсации несоосности и без него. Стоит отметить, что рабочий спектр частот для исследуемых систем управления лежит в области до 1 рад/с.
<%<70„
К,,
К,
к
р»
1 1
V
к,
к.
д
01
К„ +
и _оу
к.
д\и оу
и^ + 1
Рис. 2. Функциональная схема исследуемой системы управления
Видно, что использование дополнительного контура компенсации несоосности значительно увеличивает общий коэффициент усиления разомкнутой системы на низких частотах. Однако, при увеличении частоты входного сигнала разница между величинами коэффициентов передачи систем управления с контуром компенсации несоосности и без него постепенно снижается. Коэффициент передачи разомкнутой системы управления с контуром компенсации несоосности может быть вычислен по следующей формуле (2):
К1 • {1+Ки_оУКу)
где ^
К =- ,
1 + К1 • Ку • Кд упоу
- коэффициент передачи системы без дополнительного контура.
(2)
Без дополнительного контура С дополнительным контуром
<
101
105
10=
Частота, рад/с
Рис. 3. ЛАЧХ системы управления с дополнительным контуром и без дополнительного контура
Таким образом, можно сделать вывод, о том, что выбор параметров имеет важное значение при проектировании подобных систем. Неверный выбор разрядности ДУП, регулятора или коэффициента передачи интегратора угловой скорости при синтезе системы управления может привести к тому, что контур компенсации несоосности не будет обеспечивать требуемого качества работы.
Также стоит обратить внимание, что резонансная частота, связанная с двухмассовым представлением исследуемой системы, не изменяет своего значения, несмотря на полный охват механической системы контуром компенсации несоосности. Сама частота определяется по формуле (3):
С {1„у+1д^)
(3)
1оу
где i = ИКрп - передаточное число редуктора.
На рисунке Рис. 4 представлен набор ЛАЧХ системы управления с контуром компенсации несоосности с переменным значением добротности внутреннего контура регулирования. Входом исследуемой системы являлась задаваемая угловая скорость вращения ИО, а выходом - величина компенсации угловой скорости (сигнал с выхода КУ).
Видно, что при увеличении коэффициента передачи системы величина компенсации угловой скорости нелинейно снижается в низкочастотной области, вместе с этим наблюдается изменение частоты полосы режекции в низкочастотном спектре. Так же, при изменении коэффициента усиления внутреннего контура происходит изменение частоты режекции. Данные факты требуют тщательного дополнительного изучения, так как вид частной характеристики в этой области определяет качество работы всего устройства.
120
100
Eil
60
У <
а -20 -40
10"1(1 Ю-2 10-» 1<г! 10° 101 10Ч м4
Частота, рад/с
Рис. 4. ЛАЧХ системы управления при разных коэффициентах усиления
При дальнейшем росте коэффициента усиления можно наблюдать, во-первых, снижение общего коэффициента усиления системы (то есть теряются компенсационные свойства дополнительного контура), а во-вторых, появление резонансной частоты в области высокочастного (относительно рабочих частот) спектра. Правее частоты резонанса величина компенсации угловой скорости уже не зависит от величины коэффициента усиления и резко падает с увеличением задаваемой угловой скорости.
Выводы. Проведенное исследование показывает важность систем управления инфранизкой угловой скоростью вращения, особенно в контексте прецизионных электромеханических систем. Методический анализ ЛАЧХ системы управления с дополнительным контуром компенсации несоосности позволяет утверждать, что выбор параметров имеет решающее значение в разработке подобных систем. Применение отмеченной структурной схемы имеет потенциал для улучшения качества регулирования на низких частотах, что подчеркивает важность внедрения дополнительных контуров обратной связи. Однако, увеличение частот входного сигнала приводит к снижению различий между системами управления с и без контура компенсации несоосности. Кроме того, анализ изменений величины компенсации угловой скорости при изменении коэффициента передачи системы подчеркивает важность тщательного дополнительного изучения таких аспектов. Необходимо принимать во внимание вышеуказанные факты, осуществляя синтез систем управления со способом компенсации несоосности, предлагаемым в настоящем исследовании, а также при выборе параметров КУ для таких систем.
Список литературы
1. Положенцев Д.С., Джукич Д.Й., Захаров Д.Н. Система управления исполнительного электропривода устройства поворотного солнечной батареи космического аппарата // Омский научный вестник. 2019. № 5(167). С. 72-76.
2. Дубаренко В. В., Кучмин А. Ю., Артеменко Ю. Н., Шишлаков В. Ф. Радиотелескопы миллиметрового диапазона с регулируемыми поверхностями зеркал: монография. СПб.: ГУАП, 2019. 239 с.
3. Садовников В. А., Томасов В. С., Толмачев В. А. Прецизионный электропривод для оптических комплексов контроля космического пространства // Изв. вузов. Приборостроение. 2011. №6. С. 81-86.
4. Томасов В. С., Денисов К. М., Толмачев В. А. Следящие электроприводы систем наведения оптико-механических комплексов нового поколения. Проблемы и достижения // Тр. V междунар. (XVI Всеросс.) конф. по автоматизированному электроприводу. СПб: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2007. С. 175-177.
5. Янгулов В. С. Экспериментальные исследования влияния параметров редуктора на динамику электромеханического исполнительного органа // Известия ТПУ. 2008. № 2. С. 139-146.
6. Садовников М. А. Измерение скорости движения силового электропривода с помощью оптических датчиков угла // Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51. № 6. С. 52-57.
7. Положенцев Д. С., Казаков Е. П., Малых Б. И. Способ компенсации влияния несоосности механической передачи в низкоскоростных прецизионных электроприводах // Известия Высших Учебных Заведений. Приборостроение. 2021. Т. 64. № 8. С. 638-648.
8. Кирьянов А.В. и др. Повышение точностных параметров лазерных генераторов изображений с круговым сканированием для формирования прецизионных углоизмерительных структур // Системы анализа и обработки данных. 2013. № 3 (52). С. 46-50.
9. Якимовский Д.О., Положенцев Д.С., Джукич Д.Й. Исполнительный электропривод перспективного силового гироскопического комплекса // Доклады ТУСУР. 2018. Т. 21. № 3. С. 103-108.
10. Положенцев Д. С., Казаков Е. П., Сольницев Р. И. Частотный анализ системы управления низкоскоростного прецизионного электропривода с контуром компенсации влияния несоосности механической передачи //
Волновая электроника и инфокоммуникационные системы: материалы XXV Международной научной конференции. СПб: Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2022. С. 242246.
Положенцев Дмитрий Сергеевич, старший преподаватель, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
RESEARCH OF THE CONTROL SYSTEM OF INFRA-LOW ANGULAR VELOCITY WITH MISALIGNMENT
COMPENSATION
D.S. Polozhentsev
The research presented in this paper focuses on the topic of ultra-low angular velocity control ofprecision electromechanical systems. The relevance of the study of the control system with an additional misalignment compensation scheme is shown. The paper contains a methodical analysis of the investigation of the influence of various parameters as well as design features of control systems on their performance for precision electromechanical systems. The results of the analysis are presented, which emphasize the relevance of the problem of selecting the parameters and structure of control systems to ensure their efficiency in various operating conditions. The findings of this analysis underscore the significance of selecting appropriate parameters and control system structures to ensure efficiency in diverse operating conditions.
Key words: Angular velocity control system, infra-low angular velocity, angular position sensor, mechanical transmission, angular motion smoothness, frequency analysis.
Polozhentsev Dmitry Sergeevich, senior lecturer, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation
УДК 331.45
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-2-32-33
ПРОЦЕССЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВИБРАЦИИ И ШУМА ПРИ РУЧНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
А.Г. Исаев
Обеспечение безлопастных условий труда при реализации технологических операций является важной и актуальной задачей в современном производстве. К одной из популярных технологических операций относится сварка и абразивная обработка, которая является обязательным этапом по итогу проведения сварочных работ. Однако процесс обработки сопровождается повышенным шумовыделением, что подтверждается в различных источниках. Превышение предельно-допустимых уровней шума приводит к снижению производительности и эффективности труда. В данной статье рассмотрены теоретические вопросы, связанные с образованием шума и вибрации при ручной обработке. В большинстве случаях приходится выполнять абразивную обработку вручную, а в этом случае, обеспечить выполнение санитарных норм уровня шума довольно сложно. Получены скорости колебаний абразивного инструмента при ручной зачистке сварных соединений. Представлены способы обеспечения безлопастных условий труда в рабочей зоне.
Ключевые слова: абразивная обработка, уровни звукового давления, спектры шума, сварное соединение, рамные конструкции, стержневые конструкции.
В современном производстве для большинства металлических конструкций в качестве технологического процесса соединения этих конструкций используется сварка. Так как сам процесс довольно популярный из-за своей доступности и обеспечивает надежное неразъёмное соединение. Одним из обязательных этапов изготовления сварного соединения является механическая обработка зоны сварки абразивным инструментом. Однако при абразивной обработке возникает ряд опасных и вредных производственных факторов. Одним из таких факторов можно выделить повышенное шумообразование, значение которого превышают предельно-допустимые значения, что является актуальной научной проблемой /4-6/.
Процесс обработки абразивным инструментом сварных соединений может быть выполнен как на специальном шлифовальном станке, так и вручную. Однако стоит отметить, что в большинстве случаях обработка выполняется вручную, при обслуживании конструкций во время эксплуатации и обработке громоздких, цельных конструкций для которых использование станка невозможна. При этом добиться обеспечения безопасных условий труда по обеспечению санитарных уровней шума довольно сложно. Полученные экспериментальные исследования /1-3/ показали, что доминирующем источником шума при реализации технологического процесса является обрабатываемая деталь и сам инструмент. Превышение уровней шума при ручной абразивной обработке представлены на рисунке 1.
Стоит отметить, что превышение уровней шума при ручной абразивной обработке внутри металлических конструкций выше на 3-5 Дб, чем снаружи, что объясняется возбуждением внутреннего пространства. Превышение значений наблюдается в среднечастотном диапазоне на 3-17 Дб, однако высокие значения превышений наблюдаются в высокочастотном диапазоне и составляют 17-24 Дб. Это требует теоретической проработки вопроса и разработки предложений инженерных решений обеспечения безопасных условий труда.
Скорости колебаний абразивного инструмента при ручной зачистке сварных соединений. Ручную обработку абразивным инструментом рассматривается как система «человек-машина-среда», так как рабочий играет важную роль в данном процессе. Несмотря на многообразие конструктивных исполнений в качестве акустических
