CC BY
3
The paper considers certain aspects of the development of a digital control system (DCS), which automates the process of functioning of a laboratory stand, for a quick experimental determination of the static, dynamic, energy and frequency characteristics of pneumatic steering drives. Descriptions: the structure of the DCS and the structure of messages for information exchange between the DCS and the upper-level system.
Key words: steering gear, experimental stand, microprocessor control system, automation.
Morozov Oleg Olegovich, candidate of technical sciences, docent, omo@sau.tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tkacheva Maria Evgenievna, junior researcher laboratory of digital control systems for complex dynamic objects, mashutka98@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 681.513.8
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-217-219
ОБОБЩЕННЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ АКТИВНЫХ СТЕНДОВЫХ
ИСПЫТАНИЙ
О.О. Морозов, М.Е. Ткачева
Во время проведения экспериментальных испытаний рулевых приводов для организации программ активных экспериментов, спроектирован обобщенный программный задатчик-регулятор. Представляющий собой программу, выполняемую ядром микроконтроллерной системы управления экспериментом, данный регулятор синхронно со сбором экспериментальных данных формирует входныевоздей-ствиянаисследуемый рулевой привод, зависящие от собранной информации.
Ключевые слова: рулевой привод, экспериментальный стенд, обобщенный регулятор, ПИД-регулятор.
Во время проведения эксперимента, описанного в статье «автоматизация лабораторного стенда дляотработки экспериментальных пневматическихрулевых приводов» этого сборника[1], необходима организация воздействий на объект испытаний, коррелирующих с его состоянием. Для этогобыл спроектирован обобщенный регулятор, структура которогопредставлена на рисунке.
Во время проведения экспериментов по отработке систем пневматического рулевого привода с использованием лабораторного экспериментального стенда необходимо, в частности, регулирование давления в полостях привода [4].
Параметр К представляет собой матрицу тхп, которая задаётся исходя из количества параметров уи, которые необходимо поддерживать в рамках значений, заданных вектором уж.
Регулятор имеет внутренние переменные состянияql и q2, которые могут быть использованы для реализации конечно-разностных уравнений.
Для данной [1] конструкции стенда входные векторыуж и уи имеют размерность 4, q1, q2 и выходной сигнал и- скаляры. В результате получаем размерность матрицы К -10х3.
Расчет выходных параметров производится исходя из уравнения у=к*х[2]. Получаем:
/
(u1 [к]и2[к] q1[k] q2[k])
т _
^11 ^12 ^13 ^14 ^2 1^2 2 ^2 3 ^2 4 ^3 1^3 2 ^3 3 ^3 4 ^4 1^4 2 3 ^4 4 1^5 2 3 4
К 6 1К6 2 К6 3 К 6 4
\
х
УжЛЩ Уж2 И Ужз [к]
Уж4[к]
УиЛк]
Уи2[к]
У из И
Уи4[к]
qdk-i],
\ q2[k-1]/
u[k]1 u[k]2
К71К7 2 з К7 4
1^8 2 ^8 3 ^8 4 ^9 1 ^9 2 ^9 3 ^9 4 40 1 ^10 2 ^10 3 ^10 4
Исходя из вышеуказанного уравнения, выразим выходные параметры системы:
1 •Уж1[^]+^2 1 •Уж2[к]+К3 ! •Ужз[^]+^4 1 •Уж4[^]+^5 1 •Ум [к] +К6 1
УизИ+^8 1^У«л[к]+К9 !• qi[k-1]+K101 • q2[k-1];
Kl 2 •Уж1[^]+^2 2 •Уж2[^]+^3 2 •Ужз[^]+^4 2 •Уж4[^]+^5 2 • УигШ +К6 2
УизИ+^8 2^Уи4[^]+^9 2 • q1[k-1] + K102 • q2[k-1]; q[k]1 = К1 з •УжЛк] + К2 з •Уж2[к]+К3 з •Ужз[к]+К4 з •Уж4[^]+^5 з •УиЛк]+ К6 з Уиа[к]+К7 з^УизИ+^8 з-Уи4М+^9 3 • q1[k-1] + K103 • q2[k-1];
Уи2[к] +К7 1 Уи2 [к] +К7 2
Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 1
ц[к]2 = К1 4 •уж1[к]+К24 •уж2[к]+К34 •уж3[к]+К44 •уж4[к]+К54 •УихИ+Л'б 4^1X1+^74
•УизМ+^8 4 • +^104 • ^[Л"!
Структура обобщенного регулятора: К - матрица коэффициентов; ЭП - элемент памяти.
С помощью рассматриваемого регулятора возможно реализовать различные управляющие алгоритмы и корректирующие звенья. Рассмотрим построение структуры ПИД-контроллера на базе рассматриваемого обобщенного регулятора [3]:
(и[к] = Кп •е[к] +Кд • (е[к] -е[к- 1]) +Ки •1[к] I 1[к + 1] =1[к] + е[к]
где и[к] - управляющий сигнал; Кп- коэффициент пропорциональности; Кэ - коэффициент дифференциального звена; Ки - коэффициент интегратора; е[к] - сигнал ошибки; 1[к] - переменная состояния интегратора.
Сигнал ошибки формируется на основе сравнения заданногоуж И и измеренногоуиМ значения параметров.
£[к] =Уж[к] -УиИ.
Для реализации аналога дифференциала ошибки будем использовать элемент памяти (ЭП), обеспечивающего задержку на такт.
Реализация переменной состояния интегратора будет осуществляться аналогично.
Перейдем от формальных переменных к фактическим:
ф^ерБ, q2^I; ц1[к] = Уж[к] -уД]; Ц2[к] = Уж[к] ~Уи[к] + Ч2 [к - 1].
Раскроем скобки и приведём подобные слагаемые:
и[к] = (КП + Кд)^е[к] -Кд •е[к-1]+Ки •1[к].
Подставим:
и[к] = (Кп + Кд)^(уж[к] -Уи[к])-Кд • Ч1[к-1] + Ки• (Уж[к] -Уи[к] + 42 [к- 1]).
Раскроем скобки:
и[к] =Ка •уж[к] +Кд •уж[к] -Кп •уи[к] -Кд •у^к] -Ка • Ч1[к-1]+Ки^Уж[к] - Ки •уЛк] +
+Ки •я2 [к- 1].
Приведём подобные:
и[к] = (КП + Кд+Ки)• у[к]ж -(КП + Кд+Ки)• у[к]и -Кд •Ч1[к- 1] + К^ч2 [к - 1]
В результате получаем коэффициенты матрицы К для формирования управляющего сигнала, следовательно матрица будет иметь вид:
(Кп + Кд+Ки) 0 1 1\ (Кп + Кд+Ки) 0 1 (Кп + Кд+Ки) 0 1 1
(Кп + Кд+Ки) 0 1 1 ~(Кп + Кд+Ки) 0-1-1 ~(Кп + Кд+Ки) 0-1-1 ~(Кп + Кд+Ки) 0-1-1 ~(Кп + Кд+Ки) 0-1-1
-Кд 0 0 0
Ки 0 0 1
Данный регулятор выполнен в виде кода программы, которая обеспечивает формирование выходного сигнала, при отработке которого параметры системы будут варьироваться в заданном диапазоне желаемых параметров. Указанный код является обобщенным и не требует изменения принеобходимости корректировки параметров и структуры регулятора.
Список литературы
1. Морозов О.О., Ткачева М.Е. Автоматизация лабораторного стенда для отработки экспериментальных пневматических рулевых приводов. Тула: Известие, 2022.
/
К =
\
)
2. Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред. И.М.Макрова, В.М.Лохина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. 576 с.
3. Проектирование следящих систем. Физические и методические основы: учеб.для вузов / ред. Лакота Н.А. М.: Машиностроение, 1992. 352 с.
4. Подчуфаров Ю.Б., Мозжечков В.А. Физическое моделирование систем автоматического регулирования: учебное пособие. Тула: ТПИ, 1984. 76 с.
Морозов Олег Олегович, канд. .техн. наук, доцент, omo@sau.tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ткачева Мария Евгеньевна, младший научный сотрудник лаборатории цифровых систем управления сложными динамическими объектами, mashutka98@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
GENERALIZED REGULATOR FOR ORGANIZING ACTIVE BENCH TESTS O.O. Morozov, M.E.Tkacheva
In the course of experimental testing of steering gears for the organization of program experiments, an active program setter-regulator is pursued. Representing a program that implements the impulse of the microcontroller system for managing the experiment, this controller, synchronously with the collection of experimental data, forms input effects on the use of the steering gear, the impact from the collected information.
Key words: steering gear, experimental stand,generalized controller, PID controller.
Morozov Oleg Olegovich, candidate of technical sciences, docent, omo@sau.tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tkacheva Maria Evgenievna, junior researcher laboratory of digital control systems for complex dynamic objects, mashutka98@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 623.4.082
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-219-221
ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ МАЛОГАБАРИТНОГО БОЕПРИПАСА, ПРИМЕНЯЕМОГО С БОРТА ВЕРТОЛЕТА
А.Н. Шабалин
В статье обоснованы требования к малогабаритному боеприпасу, применяемому с борта вертолета.
Ключевые слова: проектирование, боеприпас, вертолет, траектория, старт.
На сегодняшний день актуальным направлением научно-технического развития в интересах обороны и безопасности нашей страны является разработка средств защиты летательных аппаратов с помощью пиротехнических средств постановки помех. Рассмотрим типичные требования, предъявляемые к пиротехническому средству защиты, применяемому с борта вертолета:
1. Быстрая доставка боеприпаса в заданную область пространства
2. Сила отдачи, воздействующая на элементы конструкции, с точки зрения безопасности применения должна быть минимальной.
Приведенные требования не учитывают специфических требований к боевой части боеприпаса (пиротехническое и иное снаряжение), а определяют характеристики проектируемого изделия только как средства доставки полезной нагрузки в заданную область пространства [1-3]. К этим требованием можно добавить исходные данные по условиям применения:
- габаритный размер боеприпаса, размещаемого в пусковой установке контейнера, устанавливаемого на вертолет;
- влияние потока воздуха от несущего винта вертолета на траекторию полета боеприпаса
Как следует из приведенных исходных данных, боеприпаспредставляет собой достаточно сложное изделие. Анализ возможности выполнения предъявляемых к нему требований предполагает проведение исследований в двух областях. Одна часть исходных данных относится к условиям применения проектируемого изделия, другая - непосредственно определяет требования по его назначению.
