CC BY
7УДК 621.86
ПРОГРАММИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ МАКЕТА КАНАТНОЙ ДОРОГИ
А.В. Химич, Е.Н. Толкачев
ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского»
В статье представлены подходы к программированию микроконтроллерных систем управления макета канатной дороги. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых-докторов наук ,№МД-422.2020.8.
Ключевые слова: канатная дорога, макет, система управления, программирование.
В настоящее время разработана концепция нового поколения систем канатного транспорта [1]. В частности, канатные транспортные системы с распределенным приводом могут использоваться в городской среде для организации пассажирских перевозок. В свою очередь, мобильные канатные дороги предназначаются для строительно-монтажных и транспортных работ в труднодоступной местности [1-3].
План работ по проекту, поддержанному грантом Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых-докторов наук №МД-422.2020.8, предполагает создание масштабного макета мобильной канатной дороги для проверки разработанных математических моделей [2, 4].
При создании систем управления макетами подъемно-транспортных машин хорошо себя зарекомендовали микроконтроллеры «Ardшno» [3]. Их основным недостатком является невозможность совмещения нескольких движений при управлении макетом с помощью одного микроконтроллера. Однако мобильная канатная дорога имеет точечный привод канатной системы (один двигатель), что не требует совмещения движений.
В составе мехатронных систем под управлением микроконтроллера «Ardшno» используются приводы двух типов: сервоприводы и шаговые моторы (рис. 1) [5]. Сервопривод имеет ограниченный угол поворота и подходит для механизмов, совершающих возвратно-поступательные движения, значит, не подходит для привода макета канатной дороги. Шаговый мотор позволяет обеспечить непрерывное вращение в любом направлении.
Программирование системы управления макетом выполняется с помощью среды «Arduino IDE». Программа управления загружается на микроконтроллер по интерфейсу USB. Программирование сервопривода типа SC-90 выполняется с использованием библиотеки управления сервоприводами «Servo.h».
а)
б)
Рис. 1. Электроприводы в составе систем управления на основе АМшопо: а - сервопривод SC-90; б - шаговый мотор 28BYJ-48
Рассмотрим структуру программы микроконтроллера для управления сервоприводом типа SC-90.
1. В заголовке программы определяем переменные (имена) сервоприводов с помощью команды
Servo <ИМЯ Сервопривода>, например, сервоприводу движения канатной ситсемы присваиваем имя Privodl:
Servo Privodl;.
2. После подключения к питанию или после сброса питания проводится инициализация микроконтроллера. За эту операцию отвечает функция Setup. Структра функции выглядит следующим образом:
void setup() {
Serial.begin (9600);
<ИМЯ Сервопривода 1>.attach(<НОМЕР пина 1>);
<ИМЯ Сервопривода 2>.attach(<НОМЕР пина 2>); }. "
Команда Serial.begin(<Скорость>) отвечает за скорость обмена данными. При программировании макета этот параметр принимался равным 9600. Далее каждому сервоприводу сопоставляется номер контакта микроконтроллера, к которому он подключен.
3. Управление движением сервопривода выполняется с помощью команды
<ИМЯ Сервопривода>.write(<УГОЛ поворота>); В частности, сервопривод SC-90 позволяет задавать углы позиционирования от 0 до 180 градусов с шагом 15 градусов. Например, выполнение команды
Privod1.write(45);
Приведет к повороту вала сервопривода с именем Privodl на 45 градусов относительно исходного положения.
Для привода макета мобильной канатной дороги рекомендуется собрать устройство управления на базе микроконтроллера «Arduino», содержащее органы управления макетом (кнопки остановки, изменения направления и скорости вращения) [3].
Шаговый мотор 28BYJ-48 позволяет организовать непрерывное вращательное движение за счет последовательного поворота вала на стандартный шаг (один оборот содержит 64 шага). Для этого необходимо запрограммировать последовательность позиционирования следующим образом:
1. Определяем номера контактов, к которым подключен мотор:
int pins[] = {<Номер 1>, <Номер 2>, <Номер 3>, <Номер 4>};
2. Определяем номера контактов, к которым подключены кнопки управления:
int buttonPin = <Номер 5>;
3. Определяем номера контактов, к которым подключен резистор изменения скорости:
int resist = <Номер 6>;
4. Задаем матрицу, определяющую последовательность позиционирования мотора:
bool motorTact[8][4] = { {1, 1, 0, 0}, {0, 1, 0, 0}, {0, 1, 1, 0}, {0, 0, 1, 0}, {0, 0, 1, 1}, {0, 0, 0, 1}, {1, 0, 0, 1}, {1, 0, 0, 0}};
5. Выполняется инициализация работы мотора:
void setup() {
for (int i = 0; i < 4; i++) pinMode(pins[i], OUTPUT); pinMode(buttonPin, INPUT); pinMode(resist, INPUT);
};.
6. Запускается бесконечный цикл вращения мотора:
void loop() {
int delaytime = map(analogRead(resist), 0, 1023, 1000, 16000);
bool isButtonDown = digitalRead(buttonPin);
tact + = step;
if (tact > 7) tact = 0;
if (tact < 0) tact = 7;
for (int i = 0; i < 4; i++)
digitalWrite(pins[i], ((motorTact[tact][i] == 1) ? HIGH : LOW)); delayMicroseconds(delaytime);
};.
Разработанная система управления использована при создании макета мобильной канатной дороги в масштабе 1:72. Приводная базовая станция собрана на колесном, неприводная - на гусеничном шасси. Выполненные измерения показали, что привод обеспечивает на приводном шкиве крутящий момент 34,3 мНм, который соответствует силе тяги канатной системы 980 Н.
Список литературы
1. Лагерев А.В. Концепция инновационной системы городского транспорта «Канатное метро города Брянска» / А.В. Лагерев, И.А. Лагерев, А.А. Короткий, А.В. Панфилов // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2012. -№3. - С. 12-15.
2. Лагерев А.В. Обеспечение общей устойчивости базовых колесных станций мобильных канатных дорог / А.В. Лагерев, В.И. Таричко, С.П. Солдатченков // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. - 2019. - №2. - С. 210-220.
3. Лагерев И.А. Создание экспериментального макета мобильной канатной дороги с использованием 3Б-печати / И.А.Лагерев, В.И. Таричко, С.П. Солдатченков, Д.А. Игнатов // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. - 2019. -№2. - С. 221-230.
4. Вершинский А.В. Расчет металлических конструкций подъемно-транспортных машин методом конечных элементов / А.В. Вершинский, И.А. Лагерев, А.Н. Шубин, А.В. Лагерев. - Брянск: РИО БГУ, 2015. - 210 с.
5. Лагерев И.А. Сравнительный анализ гидравлических кранов-манипуляторов транс-портно-технологических машин и гидравлических манипуляторов промышленных роботов / И.А. Лагерев // Научно-технический вестник Брянского государственного университета. -2016. - №3. - С. 16-43.
6. Лагерев И.А., Лагерев А.В. Современная теория манипуляционных систем мобильных многоцелевых транспортно-технологических машин и комплексов. Конструкции и условия эксплуатации. - Брянск: РИО БГУ, 2018. - 190 с.
Сведения об авторах
Химич Анна Васильевна - магистрант ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: annahimich14@mail.ru.
Толкачев Евгений Николаевич - инженер ФГБОУ ВО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского», e-mail: tolkachev_en@mail.ru.
PROGRAMMING THE CONTROL SYSTEM FOR A ROPEWAY MODEL
A.V. Khimich, E.N. Tolkachev
Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky
The article presents approaches to the programming of microcontroller based control systems layout the ropeway. The study was supported by President Grant for Government Support of Young Russian Scientists No. №MD-422.2020.8 Keywords: ropeway, model, control system, programming.
References
1. Lagerev A.V., Lagerev I.A., Korotkiy A.A., Panfilov A.V. The concept of an innovative urban transport system «Cable car metro of the city of Bryansk» // Vestnik Bryanskogo gosudar-stvennogo tekhnicheskogo universiteta. - 2012. - №3. - P. 12-15.
2. Lagerev A.V., Tarichko V.I., Soldatchenkov S.P. General stability of a base vehicle of a mobile ropeway // Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. -2019. - №2. - P. 210-220.
3. Lagerev I.A., Tarichko V.I., Soldatchenkov S.P., Ignatov D.A. The experimental model creation of a mobile ropeway by 3D-printing // Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2019. - №2. - P. 221-230.
4. Vershinskiy A.V., Lagerev I.A., Shubin A.N., Lagerev A.V. Calculation of metal structures of lifting and transport machines by the finite element method. - Bryansk: RIO BGU, 2015. - 210 p.
5. Lagerev I.A. Comparative analysis of hydraulic crane-manipulating installations transport and technological machines and industrial robots hydraulic manipulators // Nauchno-tekhnicheskiy vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo universiteta. - 2016. - №3. - P. 16-43.
6. Lagerev I.A., Lagerev A.V. Modern theory of manipulation systems of mobile multipurpose transport and technological machines and complexes. Design and operating conditions. -Брянск: RIO BGU, 2018. - 190 p.
About authors
Khimich A.V. - Student, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: annahimich14@mail.ru.
Tolkachev E.N. - Engineer, Bryansk State University named after Academician I.G. Petrovsky, e-mail: tolkachev_en@mail.ru.
