CC BY
44
12. Дулькейт, И. В. Использование сетевых технологий в радиосвязи для передачи информации по безопасности мореплавания / И. В. Дулькейт, В. А. Куринный, В. М. Свирский, Г. Е. Румянцев, А. Р. Шигабутдинов // Морское образование: традиции, реалии и перспективы : сб. материалов науч.-практ. конф. - СПб., 2015. - С. 269-280.
ДУЛЬКЕЙТ Игорь Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры радиотехнических устройств и систем диагностики Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
Адрес для переписки: [email protected] ЗАВЬЯЛОВ Сергей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры радиотехнических устройств и систем диагностики ОмГТУ. Адрес для переписки: [email protected]
БРЫКСЕНКОВ Андрей Александрович, заместитель директора представительства Российского государственного гидрометеорологического университета, г. Москва; член Полярной комиссии Русского географического общества. Адрес для переписки: [email protected] КУЗЬМИН Вадим Александрович, доктор технических наук, заведующий кафедрой гидрогеологии и геодезии Российского государственного гидрометеорологического университета, советник ректора по науке Российского государственного гидрометеорологического университета, г. Санкт-Петербург. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 25.09.2016 г. © И. В. Дулькейт, С. А. Завьялов, А. А. Брыксенков, В. А. Кузьмин
УДК 528.53:004.932:623.482
Л. В. ЗУБАРЬ Э. Л. ГЕЙНЦЕ В. П. ПИВОВАРОВ
Омский автобронетанковый инженерный институт
СПОСОБ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ДЕМПФИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ НАВЕДЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРА ВООРУЖЕНИЯ
В данной н аучной ра боте изложен способ автоматизации процесса измерения и поддержания на заданном уровне пара метров стабилизатора вооружения, а именно величин демпфирования приводов наведения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Особенностью предлагаемого способа автоматической коррекции демпфирования является применение в качестве датчика у г ла цифровой видеокамеры. Приведена структура измерительного приложения, реализующего данный способ, и проведена его экспериментальная проверка.
Ключевые слова: стабилизатор танкового вооружения, демпфирование, цифровая видеокамера, измерительное приложение у гловых отклонений.
В военной технике автоматизация занимает одну из главнейших ролей, определяя такие важные качества образца вооружения, как огневая мощь, защищенность, подвижность и командная управляемость. Автоматизация все больше применяется в комплексах и системах защиты, управления вооружением, работой силовой установки и пр. Соответственно, все более актуальными являются работы, например, [1, с. 176-180; 2, с. 214-224; 3, с. 44-46], направленные на разработку систем диагностирования данных автоматических систем. Причем желательно, чтобы сама система диагностирования требовала минимального привлечения человека и обеспечивала снятие и поддержание на необходимом уровне в автоматическом режиме контролируемых параметров.
Цель данной научной работы — разработка эффективного способа автоматизаций измерения и поддержания на заданном уровне параметров ста-
билизатора вооружения, а именно величин демпфирования приводов наведения в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Особенностью предлагаемого способа автоматической коррекции демпфирования является применение в качестве датчика угла цифровой видеокамеры, что позволит в перспективе:
во-первых, за счет применения только одного датчика для вертикальных и горизонтальных измерений обеспечить более простую конструкцию системы автоматической диагностики;
во-вторых, повысить степень автоматизации выверки линий визирования прицелов и основного вооружения боевой машины.
Сущность данного способа поясняется схемой, представленной на рис. 1.
Предполагается два варианта осуществления автоматической коррекции демпфирования — по удаленной точке и по измерительному щиту.
Рис. 1. Способ автоматической коррекции демпфирования приводов наведения стабилизатора вооружения
При коррекции по удаленной точке в качестве опорной точки принимается объект или участок местности, расположенные на значительном удалении от боевой машины. Например, для танка Т-72Б точка считается удаленной при её расположении на расстоянии не менее 1000 м. Коррекция по измерительному щиту предпочтительна в заводских и парковых условиях, когда дальность прямой видимости ограничена местностью или различными строениями.
В данном варианте предлагаемого способа установка цифровой камеры предполагается на дульном срезе канала ствола танковой пушки с таким исполнением, чтобы ось симметрии пушки и оптическую ось объектива камеры можно было считать параллельными.
Изображения окружающей местности в цифровом виде по проводной или по беспроводной связи передается в ЭВМ.
Изображение удаленного объекта на изображении с видеокамеры указывается или оператором в ручном режиме, или автоматически программным способом.
Начальный кадр с исходным положением опорной точки и все следующие кадры с текущими положениями опорной точки обрабатываются измерительным приложением, осуществляющим прием видеоизображений с цифровой камеры и их дальнейшую автоматической обработку с получением переходных характеристик, определением показателей демпфирования и выработкой ступенчатых воздействий на приводы стабилизатора вооружения.
Согласование ЭВМ с приводами стабилизатора вооружения осуществляется через проводное соединение, выводы которого соединены с блоком электронных сопротивлений блока управления стабилизатора.
Предполагается, что в качестве электронных сопротивлений могут применяться ИС, например, семейства Ба11а81а1 Б81869 [4], представляющие собой цифровые реостаты с 64 равными ступенями изменения сопротивления в диапазоне полного со-
противления и выпускаемые в стандартных номиналах 10 кОм, 50 кОм, и 100 кОм. Потенциометры семейства Dallastat могут управляться либо управляющим сигналом с механическим замыканием контакта, либо источником цифрового сигнала, таким как CPU.
Электронные сопротивления включаются в блоке управления стабилизатора вооружения для шунтирования цепей пульта управления и цепей обратных связей.
Таким образом, управляющие ступенчатые воздействия, выработанные измерительным приложением ЭВМ, через электронные сопротивления, шунтирующие цепи пульта управления, позволяют осуществлять выход танковой пушки и башни на пере-бросочные скорости в вертикальной и горизонтальной плоскостях. А через электронные сопротивления в обратных связях стабилизатора осуществляется изменение величин их передаточных коэффициентов, выполняя корректировку показателей демпфирования.
Функционально структура измерительного приложения поясняется рис. 2.
Измерительное приложение содержит исполняемые модули или команды, выполненные с возможностью исполнения, по меньшей мере, одним процессором и обеспечивающие: прием изображений с видеокамеры, прием исходных данных с устройства ввода, обработку полученных изображений в вычислительном блоке с формированием необходимой информации на мониторе ЭВМ, вывод сигналов в блок управления стабилизатора вооружения с целью коррекции его характеристик.
Модуль формирования видеоизображения обеспечивает возможность создания интерфейса программы для отображения через видеосмотровое устройство, такое как жидкокристаллический монитор.
Интерфейс программы обеспечивает возможность отображения видеоданных, взаимодействие пользователя с видеоданными и указания опорных точек для проведения измерений.
Рис. 2. Функциональная схема измерительного приложения
Для обеспечения взаимодействия пользователя с видеоданными служит устройство управления и ввода данных (например, мышь, шаровой указатель, стилус, сенсорная панель и т. д.).
Модуль оверлейных маркеров выполнен с возможностью приема данных о положении объектов из памяти и маркирования их на изображении.
Модуль определения дальности содержит команды и модули, обеспечивающие возможность проведения точных измерений дальности до измерительного щита и определение угла относительно оптической оси камеры на щит. Пример работы измерительного приложения по распознаванию геометрических примитивов на измерительном щите на основе алгоритмов математической морфологии [5, с. 747 - 759; 6, с. 229 - 239] представлен на рис. 3. В данном случае модуль определения дальности применяет операции эрозии, что позволяет вычесть из изображения ненужные элементы и убрать шумы, а затем операции дилатации, позволяющие восстановить исходную форму и размер калибровочного изображения. Далее применяется алгоритм распознавания геометрических примитивов, в результате чего вычисляются геометрические центры «квадратов». Эта операция позволяет определить размер длин проекций калибровочного изображения от измерительного щита и вычислить расстояние до него.
Модуль автоматического слежения осуществляет операции:
— кадрирования изображения, полученного с камеры и определения размеров и координат об-
ласти поиска — данная операция обеспечивает повышение быстродействия и надежности определения объекта на изображении за счет того, что в процессе нахождения координат анализируется не все изображение, а только его узкая часть, соответствующая области поиска;
— сканирования, путем осуществления последовательного кадрирования области поиска окном с размерами по горизонтали и вертикали, соответствующим размерам области положения объекта;
— вычисления нормированной двумерной корреляционной функции между областью положения объекта интереса и каждым из поступающих из модуля сканирования участков области поиска;
— определения координат максимума путем определения порядкового номера (координат) и максимального значения массива значений корреляционной функции;
— перевода координат максимума нормированной двумерной корреляционной функции в координаты положения изображения объекта на изображении в текущем кадре относительно его положения в предыдущем кадре.
Модуль вычисления отклонений:
— принимает из модуля автоматического слежения данные по смещениям центра изображения объекта;
— преобразует эти смещения в значения углов отклонения орудия и башни;
— принимает данные из модуля управляющих воздействий;
Распознавание геометрических примитивов
ь -Щ- 1 Ш Л|Г Ш Т 1 * ' 1 . . . > Щы*. 1 1. -____ .
Маркирование центров примитивов Е за и - лег» — ■ ■" ЧЧ^ ' ' [сходном изображении
Рис. 3. Пример работы измерительного приложения
Рис. 4. Блок-диаграмма измерительного приложения в среде графического программирования ЬаЬ'УТБШ
Рис. 5. Экспериментальная проверка программы измерения угловых отклонений стабилизатора вооружения и её интерфейс
ta^град верт.откл. |А|0.80
Гор. откл. |А||-9.40 |
1 , Верх.ур. <"12,20
Г/'А- ) Нижн.ур. 1-0.80 Г
и
Вертикальные
колебания 1 t, с -
'Рп град Верт.откл. А| 15.88 I
Гор. откл. I А|| 0.00
Верх.ур < "| 0,80 I
Нижн. у ft']-, i-8.00 |
Горизонтальные
колебания V t, с -
Рис. 6. Переходные характеристики
— производит анализ переходных процессов и вырабатывает воздействие на электронные сопротивления, шунтирующие потенциометры изменения коэффициентов усиления в обратных связях стабилизатора горизонтального и вертикального наведения.
При этом преобразование смещений изображения объекта в пиксельной системе координат в значения углов отклонения орудия и башни в метрической системе координат осуществляется по выражениям [7, с. 74 — 80; 8, с. 34 — 42], приведенным ниже.
Для измерительного щита:
an @ arctg\
A tor(1 a k°r(2 + A k°r(1 a k°r{2
A kor(2 A kor{2 _ A k°r( 1 A k°r( 1
Rn sin| arctg
■ a M1 A tor!,2 + A k°rW A k°r(2
AK1 AK1 ^AK 0 AK1
A kor(2 A M2 _ A M1A kor( ^
¿Lisa -'ifc'i -ti-w 1 'Ifn
Rn + D
(1)
P n @ arctg\
RgSini arctg
A kor(0 A kor(2 + A kor(0 A kor(2
A kor(2 A kor(2} _ A kor(^0 A k°r(0} —K1 —K1 —K1 AK0
Akor(0) A kor(2) + A kor(0) A kor(2)
A kor{2 A kor{2 _ A kor{0 A kor{0
Re + D
, (2)
Для удаленного объекта:
' A kor(^ A kor(2) + A kor(^ A kor(2
sarctg
pn arctg
- M ^ - kor(2 _ - kor( ^ A kor W
K1 K1 K1 K0
A kor(0} A kor{2) + A kor(0} — kor{2} A kor(2 A kor (2} _ A kor(0) — kor(0}
(3)
(4)
где Э — расстояние до измерительного щита; аП, РП — углы отклонения соответственно пушки и башни при выверке по щиту;
ЛБ — расстояние от дульного среза орудия до центра вращения башни;
ЯП — расстояние от цапф орудия до дульного среза; Л^Л^1 — значения первого и второго столбцов матрицы ЛкО =(хц0г0 у500 I 1), содержащей слева направо скорректированные на величины дисторсии горизонтальную, вертикальную и продольную начальные координаты изображения опорной точки (координаты изображения центра измерительного щита, удаленной точки) в системе координат видеокамеры камеры, где / — фокусное расстояние объектива камеры;
Лк!^ЛК°Г2 — значения первого и третьего столбцов матрицы ЛК! =(хщ0 ущ0 I 1), содержащей, всвою очередь, соответствующие текущие скорректированные координаты опорной точки в кадре видеокамеры, снимаемые в процессе измерений.
где ап РПя — углы отклонения соответственно пушки и башни при выверке по удаленной точке.
Модуль управляющих воздействий вырабатывает управляющие ступенчатые воздействия, которые после обработки в модуле вычислений отклонений изменяют значения электронных сопротивлений.
На рис. 4 показана реализация измерительного приложения в виде блок-диаграммы разработанной «Программы измерения угловых отклонений стабилизатора танкового вооружения» с реализацией на языке G в среде графического программирования LabVIEW с библиотекой компонент обработки и анализа изображений IMAQ Vision.
Программа реализована на трех циклах по условию (While) (позиции 1, 2 и 3), аналогичных циклу While, используемому в текстовом языке программирования Си, выполняющих многократное повторение операции над потоком данных, пока не выполнится логическое условие выхода. Особенностью цикла 3 является то, что он запускается после подачи на его терминал условия TRU, он начинает выполняться и будет находиться в таком состоянии до подачи на терминал условия FALSE. За выработку данных условий отвечает форма «ЗАХВАТ ИЗОБРАЖЕНИЯ» на лицевой панели программы.
Виртуальные приборы 4 реализуют функцию инициализации камеры и задание условий её работы. Виртуальные приборы 5.1-5.3 реализуют функцию модуля оверлейных маркеров. Виртуальный прибор 5.4 реализуют функцию модуля вычисления отклонений. Виртуальный прибор 7 отвечает за формирование области поиска. Кроме того, в виртуальные прибор 7 интегрирована функция IMAQ ShapeMatch-Tool [6, с. 32], выполняющая поиск геометрических примитивов с выводом координат центров маркеров.
При запуске цикла 3 осуществляется кадрирование (виртуальные приборы 8), сканирование изображения, вычисление двумерной корреляционной функции и поиск её максимума с переводом максимума в смещение изображения найденного объекта относительно центра изображения. Т. е.
a
П
_arcsin
реализуются функции модуля автоматического слежения.
Испытание разработанной программы было проведено в ходе проверки демпфирования СТВ танка Т-72Б (рис. 5). При проведении испытаний измерение показателей демпфирования проводилось по удаленной точке. В качестве цифровой камеры использовалась камера GoPro с широкоугольным объективом, закрепленная с помощью специального хомута на срезе канала ствола танковой пушки. Видеоизображения с камеры передавались в ЭВМ по Wi-Fi каналу в режиме реального времени, ЭВМ при этом находилась у оператора боевой машины, который и осуществлял воздействия на органы управления танка с целью выхода на перебросочные скорости вооружения в двух плоскостях. В результате обработки изображений с видеокамеры были получены переходные характеристики (рис. 6), позволяющие определить степень демпфирования, а именно количество перебегов, величину первого перебега и перерегулирование в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Полученные переходные характеристики полностью подтвердили работоспособность разработанной программы для ЭВМ, практическую реализуемость предлагаемого способа автоматической коррекции демпфирования приводов наведения стабилизатора вооружения и справедливость принятых теоретических положений при его разработке. Это, в свою очередь, обусловливает возможность применения данного способа при проектировании системы автоматического диагностирования в составе перспективной информационно-управляющей системы управления огнем модернизируемых или вновь создаваемых образцов вооружения.
Библиографический список
1. Кисмерешкин, В. П. Диагностика стабилизатора танкового вооружения / В. П. Кисмерешкин, В. А. Майстренко, А. Б. Мусин // Совершенствование систем эксплуатации вооружения, военной и специальной техники : материалы II Межвуз. науч.-практ. конф. — Омск : ОАБИИ, 2015. — С. 176-180.
2. Пивоваров, В. П. Оптико-электронный комплекс диагностирования стабилизаторов танкового вооружения / В. П. Пивоваров, С. А. Тишин, О. О. Соломин, А. А. Поречин // Совершенствование систем эксплуатации вооружения, военной и специальной техники : материалы II Межвуз. науч.-практ. конф. - Омск : ОАБИИ, 2015. - С. 214-224.
3. Кисмерешкин, В. П. Диагностика стабилизаторов танкового вооружения / В. П. Кисмерешкин, В. А. Майстренко, В. П. Пивоваров // Национальные приоритеты России. Наука и военная безопасность : науч.-практ. журн. - 2015. - № 1 (1). - С. 44-46.
4. Рынок микроэлектроники, DS1869-010 Dallastat™ - 3 В, электронный реостат с цифровым управлением. - Режим доступа : http://catalog.gaw.ru/index.php?page = component_ detail&id = 29041 (дата обращения: 29.09.2016).
5. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. - М. : Техносфера, 2005. - 1072 с.
6. Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW IMAQ Vision / Ю. В. Визильтер [и др.]. -М. : ДМК Пресс, 2007. - 464 с.
7. Зубарь, А. В. Математическое обеспечение процесса определения параметров демпфирования приводов наведения стабилизатора танкового вооружения / А. В. Зубарь, В. П. Пивоваров, Э. А. Гейнце // Вестник Академии военных наук : воен.-науч. журн. - 2016. - № 3 (56). - С. 74-80.
8. Зубарь, А. В. Автоматизация процесса определения параметров демпфирования стабилизатора вооружения / А. В.ТЗубарь, В. П. Пивоваров, А . В Ковалев [и др.] // Национальные приоритеты России. Наука и военная безопасность : науч.-практ. журн. - 2016. - № 2 (5). - С. 34-42.
ЗУБАРЬ Алексей Владимирович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры электрооборудования и автоматики.
ГЕЙНЦЕ Эдуард Александрович, адъюнкт кафедры электрооборудования и автоматики. ПИВОВАРОВ Владимир Петрович, кандидат технических наук, начальник кафедры электрооборудования и автоматики.
Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 11.10.2016 г. © А. В. Зубарь, Э. А. Гейнце, В. П. Пивоваров
Книжная полка
Винокуров, Б. Метрология и измерительная техника. Уровнеметрия жидких средств : учеб. пособие / Б. Винокуров. - М. : Юрайт, 2016. - 188 с. - ^N978-5-9916-7230-6.
Серия «Университеты России» позволит высшим учебным заведениям нашей страны использовать в образовательном процессе учебники и учебные пособия по различным дисциплинам, подготовленные преподавателями лучших университетов России и впервые опубликованные в издательствах университетов. Все представленные в этой серии учебники прошли экспертную оценку учебно-методического отдела издательства и публикуются в оригинальной редакции. В пособии рассмотрены современные представления об уровнеметрии жидких сред. Излагаются физические основы построения приборов измерения и контроля уровня. Наряду с техническими характеристиками приборов и устройств указывается предпочтительная область их применения. Для студентов, обучающихся по направлению 200100 «Приборостроение» и специальности 200106 «Информационно-измерительная техника и технологии». Материал может быть полезен также инженерно-техническим работникам, занимающимся выбором и эксплуатацией соответствующих приборов и устройств.
