CC BY
7
УДК 531.383
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-266-270
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ КАНАЛА ВЫСОТЫ ОПОРНО-ПОВОРОТНОГО УСТРОЙСТВА
Д.М. Малютин, Ю.Н. Адякин, В.А. Орлов, А.П. Шведов, А.В. Ладонкин
В работе приведены математическая и имитационная модели канала высоты опорно-поворотного устройства, закон изменения сигнала задатчика, структура построения усилительно-преобразующего тракта и результаты исследования динамики этого канала
Ключевые слова: следящая система, двигатель, редуктор.
Опорно-поворотные устройства (ОПУ) предназначены для дистанционного изменения направления оптической оси телевизионной системы с изменяемой скоростью по командам оператора в двух плоскостях (вертикальной и горизонтальной), а также управления углом обзора и фокусировкой видеокамеры [1-4]. Также ОПУ широко применяются в радиолокации для дистанционного управления положением антенн радиолокационных станций (РЛС). Если азимутальный канал ОПУ может быть реализован по классической схеме следящей системы [4], то при работе вертикального канала имеются особенности, обусловленные тем, что центр масс нагрузки находится выше оси вращения. В системе присутствует верхняя маятниковость. Целью работы является разработка математической и имитационной моделей вертикального канала ОПУ, разработка закона изменения сигнала задатчика и структуры построения усилительно-преобразующего тракта, обеспечивающих высокую точность и скорость перемещения нагрузки.
Математическая модель. Математическую модель канала высоты ОПУ представим в виде:
AU = Uß- Uос U ß= К ß
Uос = Фв • Kос • Щ (p)
<U = WtK (p) • K упт •AU
^ • iя + *я • R + iCe фв = U
Jв фв = Cм • * я* - b фв - Мтр + mgl sin Фв, где p - оператор Лапласа; U - напряжение на управляющей обмотке исполнительного двигателя;
AU - напряжение сигнала ошибки; Uß - напряжение с выхода задающего устройства канала высоты; Uос - напряжение с выхода устройства обратной связи; Ln - индуктивность якорной цепи двигателя; С- коэффициент пропорциональности между током якоря и вращающим моментом двигателя; Ra - сопротивление обмотки якоря двигателя; Се - коэффициент пропорциональности между скоростью вращения ротора двигателя и обратной э.д.с.; J - суммарный момент инерции на валу канала высоты, WKC (p) - передаточная функция корректирующего устройства прямой цепи, Wф (p) - передаточная функция корректирующего устройства цепи обратной связи, ß - сигнал с выхода задающего устройства (ЗУ) канала высоты, фв - угол поворота нагрузки по каналу высоты (угол места), фв - угловая скорость нагрузки по каналу высоты, К1- коэффициент передачи задатчика, Кос - коэффициент передачи усилительно-преобразующего тракта цепи обратной связи, Ьв - коэффициент вязкого трения в опорах подвеса, Купт - коэффициент передачи усилительно-преобразующего тракта в прямой цепи, Мтр - момент сил сухого трения, Мтрв - амплитуда момента сил сухого трения по оси канала высоты,
i - ток якоря, i - коэффициент передачи редуктора по каналу высоты, m - масса нагрузки, g - ускорение силы тяжести, l - расстояние от центра масс нагрузки до оси вращения канала высоты.
Структурная схема канала высоты ОПУ представлена на рис.1.
Динамические характеристики ОПУ по каналу высоты. Исследование динамики канала высоты ОПУ проведем при следующих численных значениях параметров структурной схемы: i =85, Мтрв = 1Нм, Jв = 1,2 кгм2, m = 11кг, l = 0,26м, Ьв = 0,001Нмс. Параметры исполнительного двигателя: R =18 Ом, c =0,107 Нм/А, c =0,26 Вс/рад, w / R =0,505; w =21,9; U=35B.
я ' м ' ' е ' 1 ' м я ' ' е ' '
266
Методом ЛАФЧХ определены численные значения параметров усилительно-преобразующего тракта, обеспечивающие устойчивый режим работы системы и требуемые динамические характеристики. В прямой цепи системы предлагается использовать корректирующее устройство с передаточной функци-
(Т р + 1)(Т2 р +1) б - й й
4 1^ /4 2^ > а в цепи обратной связи корректирующее устройство с передаточной
ей
WKC (p) = ■
Р (ТзР +1)
функцией Wф (р) = 1. Такая комбинация корректирующих устройств позволяет обеспечить устойчивость системы, а так же астатизм первого порядка передаточной функции, являющейся отношением угла поворота ОПУ по оси высоты к сигналу задатчика. При Купт =800, Т1 = 0,4с , Т2 = 0,1с , Т3 = 0,01с,
Кос = 10 в системе на частоте среза 82,5 рад/с обеспечен запас по фазе 47 град. Полоса пропускания
ЛАЧХ замкнутой системы по передаточной функции, являющейся отношением угла поворота нагрузки по каналу высоты к сигналу задатчика, составляет 136 рад/с. В установившемся режиме погрешность отработки сигнала задатчика равна нулю.
ki
и„
ит
Рис. 1. Структурная схема канала высоты ОПУ: Ав - погрешность отработки заданного углового положения нагрузки по углу места
Разработана имитационная модель замкнутой системы по каналу высоты (рис.2). В имитационной модели дополнительно учтены нелинейности, обусловленные ограничением по моменту исполнительного двигателя и действием момента сил сухого трения. Кроме того, конструкция ОПУ выполнена таким образом, что при нулевом значении угла места центр масс нагрузки оказывается смещенным на угол -0,13 рад относительно вертикали (блок Constant 1). Это конструктивное решение позволяет уменьшить момент от верхней маятниковости устройства во всем диапазоне углов поворота. В имитационной модели замкнутой системы дополнительно учтен к.п.д. волнового редуктора (блок Transfer Fcn 10).
Разработанная имитационная модель путем решения сложной нелинейной системы дифференциальных уравнений позволяет:
-визуализировать форму сигнала задатчика (блок Scope7),
-рассчитать процесс программного разворота нагрузки на заданный угол (блок Scopel),
- рассчитать процесс изменения угловой скорости разворота нагрузки на заданный угол (блок
Scope3),
- рассчитать процесс изменения углового ускорения разворота нагрузки на заданный угол (блок Scope12),
-рассчитать процесс изменения напряжения управления на исполнительном двигателе (блок
Scope2),
- рассчитать процесс изменения тока управления на исполнительном двигателе (блок Scope15),
- рассчитать потребляемую мощность (блок Scope18),
-рассчитать процесс изменения момента, создаваемого исполнительным двигателем (блок
Scope5),
- рассчитать погрешность отработки сигнала задатчика (блок Scope4).
При функционировании ОПУ закон изменения сигнала задатчика существенно влияет на динамические характеристики системы. Расчеты показывают, что задание требуемого угла поворота в виде ступенчатого воздействия, что казалось бы, обеспечивает максимальное быстродействие системы, приводит к нарушению устойчивости нелинейной системы. Оптимальным является задание требуемого угла поворота в виде линейно нарастающего значения до требуемого значения угла поворота.
Заданный закон управления обеспечивает поворот нагрузки по каналу высоты от начального значения угла -0,09 рад к углу 0,4 рад и далее от угла 0,4 рад к углу -0,05 рад (рис.3) с перерегулированием, не превышающем 2,5%. Крутизна нарастания и спада сигнала задатчика составляет 0,3 рад/с. Увели-
чение крутизны сигнала задатчика приводит к уменьшению времени переходного процесса, однако при этом возрастает перерегулирование в процессе поворота нагрузки на заданный угол. Поворот нагрузки по каналу высоты происходит с угловой скоростью, график изменения которой приведен на рис.4. Из графика (рис.4.) следует, что в начальный момент времени угловая скорость поворота достигает значения 0,48 рад/с и, затем в процессе поворота, поддерживается постоянное значение угловой скорости 0,3 рад/с. График погрешности отработки сигнала задатчика представлен на рис. 5. К моменту времени 2,5 с погрешность не превышает 0,03 град, а в установившемся режиме отсутствует. Система двигатель - волновой редуктор развивает момент, достигающий значения 17 Нм. Это значение находится в пределах линейной зоны характеристики системы двигатель-редуктор. Потребляемая мощность в момент старта достигает 68 Вт. Проведённые расчёты позволяют сделать вывод о том, что в процессе работы обеспечивается длительный режим работы двигателя без перегрева.
_., 800 0.4s+1 0.1S+1 ГГЯ
* — * — да
1 Transfer Fcn3 Transfer Fcn11Transfer Fcn Sfturatl°'
с
TransferFcn6
y-v 0.505 I 0 8 I I .¿"^b. —
>9—► — -» T
Transfer FcnTransfer Fcn1( Transfe
0.001 1
[>0
-ansfer Fcn2
Transfer Fcn8
Transfer Fcn9
21.9 1
Transfer Fcn4
Transfer Fcn1
Derivative Scope12
Transfer Fcn5 —►
Ramp3 Saturati°n3 Transport Delay2
Си
Рис. 2. Имитационная модель канала высоты ОПУ
Фв, рад
t, с
Рис. 3. Угол поворота нагрузки по каналу высоты (угол места)
фв рад/с
^ с
Рис. 4. Угловая скорость поворота нагрузки по каналу высоты
268
Transfer F
Trigonometric Functi on
0.13
Ав,рад
Рис. 5. Погрешность отработки сигнала задатчика
Заключение. Реализация предложенных в работе закона изменения сигнала задатчика и структуры построения усилительно-преобразующего тракта ОПУ позволяют обеспечить высокие скорости и точностные характеристики перемещения нагрузки на заданный угол с учётом верхней маятниковости. Скорость перемещения нагрузки достигает 27 градус/с, погрешность позиционирования в установившемся режиме отсутствует.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Правительства Тульской области в сфере науки и техники. Договор ДС/143 от 26 июля 2022 года.
Список литературы
1. Мостовой А.Ю. Поворотное устройство для камеры наружного наблюдения. Патент РФ № 2345501. 2006.
2. Распопов В.Я., Малютин Д.М. Измерительные приборы и системы для ориентации, стабилизации и управления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 372-386.
3. РЛС «Фара-ВР» - качественный скачок в развитии радиолокационной техники // Национальная оборона (электронный журнал) №8, 2021.
4. Малютин Д.М. Исследование динамики системы стабилизации оптической оси // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2003. Т. 46. № 9. С. 49-53.
Малютин Дмитрий Михайлович, канд. техн. наук, профессор, Malyutindm@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Адякин Юрий Николаевич, канд. техн. наук, начальник отдела, nto410@npostrela.net, Россия, Тула, ПАО «Научно-производственное объединение «Стрела»,
Орлов Василий Алексеевич, канд. техн. наук, начальник сектора, Россия, Тула, ПАО «Научно-производственное объединение «Стрела»,
Шведов Антон Павлович, канд. техн. наук, ведущий инженер, Россия, Тула, ПАО «Научно-производственное объединение «Стрела»,
Ладонкин Александр Валериевич, канд. техн. наук, ведущий инженер, Россия, Тула, ПАО «Научно-производственное объединение «Стрела»
FEATURES OF THE DYNAMICS OF THE HEIGHT CHANNEL OF THE PIVOT DEVICE D.M. Malyutin, Yu.N. Adyakin, V.A. Orlov, A.P. Shvedov, A.V. Ladonkin
The paper presents mathematical and simulation models of the height channel of the pivot device, the law of change of the signal of the setter, the structure of the construction of the amplifying-converting path and the results of the study of the dynamics of this channel.
Key words: tracking system, motor, gearbox, pivoting device.
Malyutin Dmitriy Mikhailovich, candidate technical sciences, professor, Malyutindm@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Adyakin Yury Nikolayevich, candidate technical sciences, head of department, nto410@npostrela.net, Russia, Tula, РФ^ Shareholder Society "Scientific And Production Association "Strela",
269
Orlov Vasily Alekseevich, candidate technical sciences, sector chief, Russia, Tula, Public Shareholder Society "Scientific And Production Association "Strela",
Shvedov Anton Pavlovich, candidate technical sciences, lead engineer, Russia, Tula, Public Shareholder Society "Scientific And Production Association "Strela",
Ladonkin Aleksandr Valerievich, candidate technical sciences, lead engineer, Russia, Tula, Public Shareholder Society "Scientific And Production Association "Strela"
УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-270-274
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТА ГЕНПОДРЯДНОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ В НАПРАВЛЕНИИ FIT-OUT
Т.Х. Бидов, А.Д. Котельникова
В данной работе выявлена база факторов, которые позволяют определить эффективность реализации строительного проекта генподрядной организацией в направлении Fit-out и принимать верные организационно-технологические решения при производстве работ строительного проекта генподряд-ной организации в направлении Fit-out. Определение эффективности проекта способствует повышению устойчивости, стабильности и конкурентоспособности генподрядной организации на рынке. В качестве инструмента для оценки эффективности принят КПЭ «комплексный показатель эффективности».
Ключевые слова: строительный проект Fit-out, эффективность строительного проекта Fit-out, факторы эффективности, комплексный показатель эффективности.
В настоящее время актуальной темой для исследования в строительной отрасли является оценка эффективности реализации строительных проектов генподрядной организацией. Связано это с реализацией нетиповых проектов, появлением более сложных и комплексных проектов, отсутствием комплексных инструментов, позволяющих дать прогностическую оценку влияния организационно-технологических решений на результативность реализации строительного проекта[1], расширенной географией строительных проектов, климатические условия которой возлагают определенные обстоятельства на реализацию строительного проекта и выбор технологических решений - условия низких температур, сухой и жаркий климат[2], изменение нормативно-правовой базы и нестабильность рыночных отношений и экономической обстановки.[3]
В научных статьях и работах нередко упоминается о повышении эффективности организационно-технологических решений за счет применения инновационных материалов, прогрессивных сметных нормативов, создания модели комплексной оценки эффективности и потенциала эффективности организационно технологических решений при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте.[4-10] В направлении Fit-out нет такого инструмента для комплексной оценки эффективности, а он также необходим, особенно со стороны деятельности генподрядной организации.
Эффективность функционирования генподрядной организации во многом зависит от качества отбора им тендеров для участия. [11] Для подрядной организации выиграть тендер, заполучить контракт на крупный проект, значит обеспечить себя работой, а, следовательно, и стабильным доходом на четко обозначенный срок. Устойчивость на рынке и стабильность генподрядной организации определяют: количество реализованным генподрядной организацией проектов, количество исполняемых в один и то же период времени договоров генерального подряда и этап реализации этих договоров, организационная структура компании, техническая компетенция и финансовое обеспечение.
На основе всех вышеперечисленных обстоятельств рассмотрим эффективность строительного проекта в направлении Fit-out и выделим факторы, влияющие на эффективность строительного проекта.
Определяемые факторы делятся на прямые и косвенные. К прямым факторам относятся факторы, которые зависят от самой генподрядной организации и на которые генподрядная организация может повлиять, а косвенные факторы - зависят от других участников или условий строительного проекта.
Необходимо рассмотреть каждый фактор в отдельности:
1. Сроки производства работ. Ключевым фактором, который так или иначе упоминается в каждом из факторов как следствием или причиной, являются сроки производства работ.
Продолжительность строительства и сроки выполнения отдельных работ являются важным показателем эффективности организации строительства в целом. Директивные сроки строительства регламентируются строительными нормами и правилами, но практика показывает, что продолжительность производства работ не всегда соответствует директивно заданным срокам.
