CC BY
8Если диагностируемые параметры отличаются от параметров схемы с идеальными элементами, то из анализа АЧХ студенты должны установить причину несоответствия (определить какой элемент схемы имеет дефект и указать возможный тип дефекта).
Рис. 3. Осциллограммы входного и выходного сигналов в схеме с идеальными элементами
Рис. 4. Спектры входного и выходного сигналов для частотно-избирательной цепи с идеальными элементами
Рассмотрим некоторые примеры АЧХ схем с дефектами элементов. 1) Короткое замыкание сопротивления цепи (рис. 5).
Рис. 5. АЧХ при коротком замыкании сопротивления цепи
Резкое увеличение добротности системы и уменьшение полосы пропускания связано с уменьшением сопротивления контура (Я^0, следовательно, в схеме наблюдается короткое замыкание выводов резистора.
2) Короткое замыкание катушки индуктивности цепи.
Эквивалентная схема колебательного контура преобразуется в схему ЯС цепи -фильтра низкой частоты, частота среза которой определяется элементами системы Я и С. Результаты моделирования представлены на рис. 6.
Рис. 6. АЧХ цепи при коротком замыкании катушки индуктивности
3) Короткое замыкание конденсатора цепи, обрыв контактов элементов Я и Ь (рис. 7) определяется отсутствием сигнала на выходе системы и АЧХ зануляется во всем диапазоне частот.
Рис. 7. Результаты моделирования короткого замыкания конденсатора цепи
4) Утечка энергии в катушке индуктивности (параллельно выводам катушки включается шунтирующее сопротивление, характеризующее величину утечки).
Внесенные потери энергии, в зависимости от величины, приводят к уменьшению добротности системы, АЧХ частотно-избирательной системы преобразуется в АЧХ фильтра низкой частоты (рис. 8).
Рис. 8. Пример АЧХ при утечке энергии в катушке индуктивности (Кш=10 Ом)
5) Утечка энергии в конденсаторе С.
Утечка энергии в конденсаторе приводит к уменьшению коэффициента передачи (степень уменьшения определяется величиной шунтирующего сопротивления) и сигнал полностью фильтруется системой (рис. 9).
Устранение дефекта возможно заменой сомнительного элемента схемы на заведомо исправный элемент из встроенной в Multisim элементной базы и дальнейшей диагностике работы схемы.
Рис. 9. Пример АЧХ при наличии утечки в конденсаторе
Результатом выполнения студентом работы является инструкция по методике отыскания дефекта с указанием применяемой измерительной аппаратуры, перечень сомнительных элементов с указанием типа дефекта и метода устранения неисправности.
Предложенная методика диагностики технических параметров радиотехнических цепей и сигналов позволяет выявлять возможные отклонения от нормативных значений, устанавливать и устранять неисправности радиоэлементов, являющихся причиной возникновения полного или частичного отказа реального радиоэлектронного оборудования.
Список литературы:
[1] Хабаров Б.П., Куликов Г.В., Парамонов А.А. Техническая диагностика и ремонт бытовой аппаратуры. Учебное пособие; Под общей редакцией Г.В. Куликова. - М.: Горячая линия -Телеком, 2004. - 376 с.
[2] Гордяскина Т.В. Моделирование радиоэлектронных цепей в Multisim: учебно-метод. пособие по выпол. лабор. работ и курс. проекта для студ. оч. и заоч. обуч.: специальность 162107.65 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» / Т.В. Гордяскина, С.В. Лебедева. - Н. Новгород : Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2014. - 40 с.
THE APPLICATION OF PROBLEM-ORIENTED SOFTWARE PACKAGE MULTISIM IN TECHNICAL DIAGNOSTICS FREQUENCY-SELECTIVE RADIO CIRCUITS
T. V. Gordyaskina, S. V. Lebedeva, A. V. Rubtcov
Keywords: The methodology technical fault diagnosis elements of radio circuits in Multisim.
The radio components, circuits, signals, fault, performance, diagnostics, training.
УДК 629.5.061.11
Л.С. Грошева, кандидат технических наук, доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» В.И. Плющаев, заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
АДАПТИВНЫЙ АЛГОРИТМ УДЕРЖАНИЯ СУДНА С КОЛЕСНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ НА КУРСЕ
Ключевые слова: судно, колесный движительно-рулевой комплекс, адаптивный алгоритм
В России появились принципиально новые суда с колесным движительно-рулевым комплексом, у которых отсутствует традиционный руль. Управление судном осуществляется путем изменения соотношения частот вращения гребных колес, что обеспечивает повышенную управляемость судна, в то же время создает значительные трудности для судоводителя при удержании судна на заданном курсе. В статье предложен адаптивный алгоритм удержания судна с колесным движительно-рулевым комплексом на заданной траектории, учитывающий влияние внешних воздействий.
В России появились пассажирские суда с колесно-движительным рулевым комплексом, использующие два гребных колеса, расположенных в корме судна по левому и правому борту. Гребные колеса имеют независимые управляемые электроприводы (преобразователь частоты - асинхронный электродвигатель). Режим работы колес (направление вращения и частота вращения) задается судоводителем с помощью двух джойстиков. Это теплоходы «Сура» и «Колесовъ». У судов отсутствует традиционный руль, поэтому его удержание на курсе осуществляется путем изменения соотношения частот вращения гребных колес. Такая конструкция с одной стороны обеспечивает повышенную управляемость судна (мгновенно реагирует на любое изменение соотношения числа оборотов гребных колес), с другой стороны, создает значительные трудности для судоводителя при удержании судна на заданном курсе.
Насущной задачей является разработка систем контроля и управления для данного класса судов, обеспечивающих как контроль специфических параметров (например, величины и направления вектора тяги и др.), так и реализацию алгоритмов управления судном (маневрирования, удержания на курсе и т.п.).
Динамическая модель судна с КДРК, учитывающая внешние воздействия, предложена в [1]:
Т . + n, = f (t,U, ) • n ;
P dt 1 P max
т •dnL + n = f (t,U) • n ;
P dt 2 P maX
m~r = A•icP(n1 ,V)• n • sign(n) + Cp(n2,V)• n¡ • sign(n2)]-ZPV—qcm; dt 2
J^ = B \Cp(nl,V) • n- - Cp(n-,V) • n- ]-MR • sign( ю); (1)
dt
dy =ra + ksin( 2 • (у + ф)); dt
dy =V sin у + v sin ф(cosу + 3|sin у);
dX =V cos у + vcos ф (\sin у + 3 |cos у),
где n1 - частота вращения левого гребного колеса, n2 - частота вращения правого гребного колеса, птах - максимальная частота вращения колеса,
fpr(z, U) - кривая разгона частотного привода (программируется при его настройке), V- линейная скорость движения судна, m- масса судна,
J - момент инерции судна с учетом присоединенных масс воды относительно центра масс,
M R - момент силы сопротивления воды,
ю - угловая скорость поворота судна относительно центра масс,
U12 - управляющие воздействия,
Осм - площадь смоченной поверхности корпуса судна,
Z - коэффициент сопротивления,
р - плотность воды,
Cp(n, V) - коэффициент упора, полученный в результате модельных испытаний на этапе проектирования судна, А,В - коэффициенты, зависящие от конструкции и размеров гребных колес и корпуса
судна, у - угол курса судна,
ф - угол, определяющий направление силы ветрового воздействия, V - константа, определяемая скоростью ветра, аэродинамическим коэффициентом и
площадью надводной части корпуса судна, к - коэффициент, зависящий от момента, создаваемого воздействием ветра на корпус судна. Подробное описание параметров системы (1) приведено в [2].
В статье [3] предложен алгоритм удержания судна с КДРК на заданной траектории. Для его реализации используется вспомогательная «управляющая» функция вида:
R = ка (а - az) + к а ю + ко (y - yz), (2)
где: a, az - угол отклонения от курса и заданный угол; ю - угловая скорость поворота судна;
y - yz - отклонение судна от заданной траектории yz = f(x);
Л.С. Грошева, В.И. Плющаев
Адаптивный алгоритм удержания судна с колесным движителем на курсе ка, к т , к0,— коэффициенты пропорциональности.
При использовании алгоритма, реализованного на базе вспомогательной функции (2) в системе возникает статическая ошибка при ветровом воздействии (отклонение от заданной траектории). Существенное влияние на ее величину оказывает коэффициент к0. Его увеличение снижает величину отклонения от заданной траектории, но увеличивает колебательность переходного процесса [4]. В [5] предложен алгоритм управления с автоматическим выбором величины к0, обеспечивающий минимизацию величины отклонения судна от курса при сохранении устойчивости в любых условиях плавания. Однако указанный алгоритм не обеспечивает полное устранение статической ошибки.
Влияние направления ветра на судно (при одной и той же скорости ветра) продемонстрировано на рис. 1. При боковом ветре (ф = п/2) наблюдается максимальное отклонение судна от траектории (около 2 м). Ошибка снижается до нуля при попутном ветре (ф = 0).
¿У, М 2.5 2 1.5 1
0.5 0
-0.5 -1 -1.5
1 1ГН1 ';пп чип /то кпп кпп /пп нпп
X, м
ф = п/2 _
ф = п/3
- L-— ф = п/6 _
ф = 0
V- г г ф = -п/3 - г г г г
100
200
300
400
500
600
700
800
Рис. 1. Зависимость величины отклонения судна от заданной траектории от направления ветра
Один из способов снижения статической ошибки - компенсация ветрового воздействия за счет изменения величины и направления вектора тяги гребных колес (формально это сводится к изменению заданного значения курса az в (2) в зависимости от условий плавания - поворот носа судна к заданной траектории движения):
а7= а7 - Да,
где Да - вводимая поправка.
С введением поправки Да можно получить любое отклонение от заданной траектории. На рис. 2 приведены траектории судна при введении различных поправок в (2). Однако выбор величины поправки Да затруднен тем обстоятельством, что она зависит от трех переменных: силы ветра, направления ветра и скорости судна.
Легко подобрать значение поправки для постоянных условий плавания. На рис. 3 приведены траектории движения судна с V = const, v = const. Без поправки отклонение составляет 2 м, с поправкой - отклонение отсутствует. Однако изменение внешних условий (направление ветра меняется с ф =п/2 на ф = п/4) приводит к значительному увеличению отклонения (примерно до -1 м) при сохранении неизменными двух других параметров V = const, v= const.
