CC BY
9
УДК 519.2:621.3:535
ВЛИЯНИС ЗАМЫ К АМИЙ О ИНДУКТИВНОСТИ НА КАЧЕСТВО ЭЛРКТРОМАГНИТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧРГКОЙ ПЛАТФОРМОЙ
С ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМОЙ
В. С. ,Леева. Ь. В. Ивоилов. С. М. Слое один, А. Ф Сехачёв Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Аннотация - Особенность автоматических лазерных систем: необходимость осуществления процедуры поиска и остр уже ии я искомого объекта на начальном этапе работы. Для увеличения поля поиска лазерные системы устанавливают на многокоординатные электромеханического типа динамические платформы. Линаш1ческпе платформы выполняют на элементах, основу работы которых составляют оконме принципы 1мл|И1\1л нсI ичма и лиркпримеханики. Огн11к;<ннын н;> 1снпки11 ».■нкч рнчмли\ и магнитных полей, явления пробоя и замыкания витков в обмотках индуктивности приводов при протекании электрического тока существенно ухудшают состояние элементов и эффективность управления отдельными приводами платформы. В работе разработана математическая модель и псследовапа воз можноегь применения зннамической платформы для наведения лазерной системы. Проведён анализ модели многостепенной тннамичегкой платформы с лазерной системой Модель учитывает ялияние ммм-кання витков в индуктивности обмоток исполнительных приводов платформы. Приведено обобщение результатов.
Ключевые слова: моделирование, лазерное наведение, эффективность, динамическая платформа.
I. Введение
Оптические н лазерные автоматические системы, выполняющие сначала сканирование пространства наооис-дешгя для обиаружеоы в пем искомого объекта с последующим переходом в режим слехсеннл за его перемеще ннсм. в наибольшей мере соответствуют автоматическим средствам контроля пространство наблюдения [1 14]. Особенность автоматических лазерных систем [1-3]: необхох^моегь осуществления проиедуры поиска и обнаружение игжтлгот объекта ня начальном чтап? рч6о~ы
Современные имитагзры динамических процессов н объектов обладают сложной структурой Для лазерных систем наведения спи [1-16] многоуровневый программно аппаратный комплекс. Их созершепстоовашге ведёт
к p<Hiy 1|1ГП-.)НННИЙ К ИОКШ1ГЛ11М Л»«])НМХ ГЛГ.ЦЯЩИХ ГИС1ГЛ1. шии, КИК lIlHHtX'lh. (1мП}Х)ДГ!И1"1НИГ И I II Д.1Н
оиешл э'^фекгидесчггм выи о. жених |ре6оианли к системам шшшшшшие моделирование иршраммным мехи-дом часто оказывается наиболее привлекательным Подобная система для имитации влития среды на деформирование волновогс фронта излучения от подвижного объекта во время его движения может быть реализована на основе привода. Другой вариант имитационного моделирования - использование принципа частотного управления электромеханическим приводом сложения за объектом с учетом вариаций динамических режимов движения объекта. Принцип разделения движений [1. 2] улучшает качество следящих систем более простым, часто и единственно возможным способом.
При исследовании методом имитационного моделирования желательно, чтобы лазерная система наведения объекта как управляющее устройство могло активно изменять параметры системы н поддерживать сс характеристики на требуемом уровне. Этот ypoBeix должен быть максимально приближен к теоретически предельно возможному или оптимальному.
Цель исследования включала разработкой мшфопрсцессорной электромеханической системы управления по доижпой платформой с лазерной системой поведения на базе рекомендованных операционной средой нзвест нслх средств разрабсткн Dcrpoeinioro программного обеспече:п!я процессоров [15-17, 35]. Sioulink [15—16] служит средством для проектпрсвання динамических систем с учётом замыканий в обмотках приводов.
П. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
На примере действия платформы по одной фг, г; v; г] или по углу места, азимут/, скорости движения и тл.) из координат измерительной системы пространства наблюдения лазерной системой подвижного объекта проведен анализ возможности практической работы программного имитатора обобщенного типа динамической платформы е лазерной системой. На базе стандартных программных средств (Simulink. MatLab. протоколов обмена Ethernet, среды разработки встроенного программного обеспечения для процессоров) в среде Windows разработаны математические и компьютерные модели отдельных типов приводов, включая модели оригинальных тткезоприкодов многомерного управления [1—11-14] для виртуального комплекса про-раммной имитации рабггтвт динамической платформы С применением частя оригинальных наработок выполнено имитаг-ион-
Hl** ЧН1ДГ11ИрИ№1НИГ ф\ Н М |НО-1Ир<)К1Н ИМ М.Мп]>1)рМЫ И ¡И4НЫХ JlTXMMílX -СИр I Vil. IhHOI О ГГ ДГИПКИЧ
ТТТ Тгория
S. Апг.иритнах структуры мидели
Аппаратную часть моделируемой системы можно предетазить е виде обобщенной структуры динамической платформы с мнегокоординатнкм приводом. Её структура разработана на оснозе информации о ряде динамических. uj ш i фирм (Муримскши радиозавода. серии DP и др.). иркинниы кешрыл. подробно изложены в швссг-ных источниках. D болыдинстзе дннамнческих платформ применяют как базовый частотно-управляемый электропривод. Для обеспечения прецизионности управления мы используем в испи контуров управления параметрами лазерного пучке системы меделн пьезопрсобразоватслсй [1 9. 11 14] как часть автономных приводов платформы.
Для грубого наведения лазерных систем целесообразно построение приводов по принципу автономности контуров оценки и управления Принцип автономности контуров предусматривает распределение приоритета действия сигналов контуров. Приоритет действия контуров правления осноЕан на весовом ранжировании сигналов формируемых о iccirrvpax управления. Сущность принципа распределения приоритета состоит в весовом paiDicipoDainiH контуров с дальнейшим принятием алгоршма формнрооаиня по данным индивидуальной оцеп кн состояшм каждым id контуров сигнала управления состоянием всей системы грубого паведешея лазерной системы.
9. Особенности моделируемой структуры
Использованный подход управления относит мкогомернокоордпнатную структуру приводов [1-16, 24-27] к классу адаптивных систем с формами инвариантности
Приведем некоторые особенности моделируемой структуры:
- степень приоритета и вес ранга кошура определяется принципом функционирования лазерной системы наведения и условиями решаемой задачи,
- математические процедуры определения координат параметров и соответствующей оценки состояния кон-туроБ управления и системы наведения з делом для формирования сигналов для каждого отдельного контура управления лазерного средства наведения реализуются программным путем.
10. Описями модели
Приведем фрагмент аналитического описания математическое модели структуры с точки зрения реализации отрабо-ки аддитивных гоггавгяютцих о-ттибки наведение в пропессе моделирования Размещение лазерной ги-
ГГГМЫ НИ ДИНИМИЧгЧ'КОИ ll.lrf к]|11(1МГ С'уЩГПНСНЖ! рМГШИрЯГТ ЩЖЧЧр.К-КТКО поиска ОПЬГЮИ IIVI^V «м-ущппклгним нтхщгдурм фуГкио гг нмкгдгнии un qiarKiqiHK) дкижгния iiíim-k ih ТТачгрнаи tmrirva на м.мп]><)рмг глжжипи
сшектромехашгческон следящей системой преобразующей входное воздействие о перемещение шгерщюшюй нагрузка. Структура лазерной системы на платформе будет соответствовать обобщённой структуре системы автоматического управления. Обозначим: р - оператор Лапласа; индексы х^ - координаты наблюдения в систем? измерения и управления; \Т - яектор управления, учитывающий особенности траектории движения лазерной системы навсцсь.нд X - векшр ьозмушсшшй. включая шумы приводив и лазерной системы нааедекид. Другие обозначения, пояснены ниже
Ошибка Д(р) оценки рассогласования состояния координат параметра отдельном (сепаратном) контуре управления определяются псрсдсточнымк функциями контура
1
(1)
И-ТГ(р) " 1+1Г(р| П(р\= л{р)/п\рУ (2)
у\р)=г.(р)/п(р). (3)
где: л{р)и С(р) и ~ соответствующие поликомы описания передаточных функций IV(р} - по
управлению и '/ [р) - по возмущению сеиарат:юго контура.
Учтя в (1) представление полиномями (?) н (?), выражение отттипкн рассогласования состояния гепяратчпго кон I ура можс! быть нрецслишеыи в в*ие
А{р)+В\р) А\р)+£\р) Заменив л{р)± х(р)~ ¿{р) и В[р) /(р) дгя упрощения (4) получим
Д(/> I Е(р) - в{р )»■»+ В{р I • -/(р)п(р)
(4)
(5)
Матемашчссках фирма-икания. анализ н оиенка мних омерноксордина шок системы шижлшл весьма хро-.чоздки. Поли.му их рассмшрение и описание в нзлахаемой раише в дальнейшем. ввиду 1римошхш. упустим.
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ При моделировании в качестве объекта управления принята динамическая платформа с к степенями свободы. Управление платформой, используя протоколы ЕгЬегпеТ осуществляет встроенный компьютер по локальной сета. Задача разработки программной реализации МП-средства управления лазерной системы наведения решалась на баче ичвег~чктх апттарятно-прпграммнчтх гредггя [1-16 119, ?.4-Я 1 ]
иллю'.чуаишх осибеххиисхей функционировании иро1раммний виухуальний реализации ими I л юр а электромеханического средства грубого наведения лазерной следящей системы на рпс. 1 представлены результаты моделирования с двойкой (по номинальное ^^ню) ннерциеннок нагрузкой элементарного стартового пуска е движение платоормы и единичного скачка нагрузки в случайный момент времени за траектории установнв-щегося движения платформы (тест едшлгпюго скачка, отработка цозмущегшя типа действия фушщив Хевисахс да). Поведение о - показателя затухания амплитуды и (5 - фазового угла выходного сигнала на частотной осн ш-за изменения реа^тивноста сопротивления индуктивности обмоток электрического привода платформы при
•61МК КЯННИ НИ I КОК К обмСГГЫ ИрНКГДГТНО ни риг 7 [?}$—??]
ОС.
0,04 0,0?
-0,01
шум— 1'ДДЪ о.с.
У МШП11 а II /ШЛИЖШ
А у ■■ 1 яя пилит • ш ЗЗДСЙСТВИ п.НПН II
0 1.0 2.0 3.0 4,0 .<¡,0 6,0 7.0 Я:0 <5,0 Г. с
Рис. 1. Типичное движение системы на платформе при старте Рис. 2. Изменение (с - амплитуда;
с добавлением двойной инерционной нагрузки р - фаза; со - частота) сигнала при замы-
кании витков обмоток
V ORÍ": VX.TF HHF. PF .TVTTbT ATOR
Обобщим результаты проведенного исследования н оценки эффективности решения задача увеличения размера поля наблюдения объектов путём комплекснравапия лазерной системы с многомерной электромехашгзе скок динамической структурой как сродства поиска н обнаружения подвижных оЪьсктов. 11рограммная нмнта-пня работы грубого населения комплекс ирозаинэго средства с осуществлением процедуры поиска объектов личгрннй i'Hfirviiw, уггитжигнной ни уиряклнгмую ди ним и -к-i кум» нлитфоруу иокжила ртулмтим иодгкг}!-ждающие положительность решения задачн. Существенное преимущество программной имитации заключается в неограниченной возможности процедуры нчаггацнонногс моделирования практически с полным учетом оригинальности подхода, высокой сложности апалнппесхсго ошюашш многомерной и мпогофакгорпой структуры средства с высокой степенью коррекции составляющих ошибок наведения системы по принципу, подобному
ДИХОЮМНОМу ]М<ЛОЖГНг1Н) [8]
VL ВЫЗОЛЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В раооте показана возможность программной реализации системы управления компхекенрооалпым лазерио электромеханическим средством на примере имитации грубого наведения по одной нз координат движения динамической ила j фермы с .шзерной системой наведения в режиме поиска и обнаружения оиьекта. Алгоритм управления учитывает влияние икергтни при задании скорости и ускорения- исполнение ггого задания чо осях» вращения платформы с учетом меняющихся условий и наличия замыканий в ебмотках, обеспечивает двукратную перегрузочную способность привода. Кроме того, алгоритм управления обеспечивает разгон, замедление, торможение вариацией параметров возбуждения привода к контроль границ пространства наблюдения при изменении угловою наложении i.iaiформы.
Слисок. ЛИШРАГУУЫ
1. Слободан М.С.. Слободян С.М.. Цушш АА. Ошическид дефлекюи киррекшра виидшвою фронта Ч Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 5. С. 22-27.
2. Слободян С.М. Ошнмизацня сканирования фазового пространства динамической системой контроля хаотических сред И Измерительная техника. 2ÍXJ6. № 1. С. 3 8.
3. Слободян С.М. Изменение фрактальной размерноеih при деградации изображения!/ Измерительная техника. 2004. №8. С. 56-61.
4. Мишенко Н.И.. Слободян С.М. Бухатый В И.. Чапоров Д П. Телевизионный анализатор лазерного излучения II Приборы н техника эксперимента. 1977. № 5. С. 190.
5. Букатый В.И.. Мшцепко Н.И.. Слободян С.М.. Чапоров ДП. Измерение распределения интенсивности в поперечном ссчснни лазерного пучка // Приборы н техника эксперимента. 1У/6. 2. С. 166 16В.
6. Слободян CJM.. Галахов D II.. Сазановнч В.М. Следящая система с диссектором для измерения угловых флукгуаций оптического пучка /у Приборы и техника эксперимента. IPSO № 4. С.192-194
7. Волков В.Ф., Пешель AJC , Слободян С.М., Тырышхнн И.С. Регистрация импульсного лазерного нзлуче-пия фогопрне>пшком па основе матрицы ГОС Ч Приборы и техника эксперимента. 1581. № 6. С. 176-178.
Ь. Слободян С.М. Оптимизация оиморфного привода оптических измерительных систем с обратной связью // Измерительная техника. 2033. К® I. С. 19-23.
9 Лу*НН R ТТ , Сичанпкич R ?vf , ГлоГюДНН С. \Т СлуЧИИНЫГ СМПЦГНИ* И«>ПрИЖГНИ> при Л(Кг11.ИИ и ryjKiy-леншой атмосфере !> Изв. вузов. Радиофизика. 1980 № б. С. 721-729.
10. Арутюнов В.А., Мельников В.Г.. Слободян С Ж., Чапоров Д.П., Попов О.Н Источники погрешностей измерений быстропротекающих процессов приборами с переносом заряда!/ Измерительная техника. 1983. № 8. С.32 34.
11. Боиднианин А.А.. Сиобидш С1/... Яков.1ев АР.. Васильева Г..А. Оптический двухкана.1ьный датчик для системы технического ярения // Измерительная техника 1987 10 С 17-18
12. Sloocdyan S.M., Deeva V.S. Optimal placing CCD TDI in focal plane /I Edited by: Gowrimthan S.. Shanley J.t; Contcrcncc on Survcillancc lcchnolcgics Д. Location: Orlando, IrL: April 21-23, 1УУ2:1'roc. Si'lb. IL>92 Volume 1693. pp. 133-135.
13 Слободян С M Влияние* iioipr-n HIH IH фокуг.ирокки нн пцгнку i[»j:¿ik'i<i:ihH<)n [шмг|)Н1к:1И ихобриАгнин '/
Известия Томского политехнического университета. 2004. Т. 307. № 1. С. 43—45.
14. Слободян МС., Шншигин С. А., Слободян С Ж. Метод диагностики акустического датчика И Измери-телы1ая техппка. 2008. № 7. С. 6Í-67.
lí>. Novotny D.W.. Lipo Г .A. Vcctcr Control and Dynamics о: AC Drives, Department ol Ucctncal and Computer Engineering - Oxford: Clarendon Press. 2003. — 738 p.
16. Vas P. Sensorless vector ami direct torque control. — Oxford: Oxford University Press, 1998. - 240 p.
17. Rornanishina S.A.. Katvuk D.Y., Deeva VS., Slobodyan S.M. Dynamics layer of the sliding contact collector elements II2015 EEEE 35 th International Conference on Electronics and Nano technology. EI. N A NO 2015 - Conference Proceedings 7146848, pp. 116-118.
18. Bavtekin H.T.. Patashinski A Z.. Branicki M.. Soli S., Grzibowski B.A The mosaic of surface charge ш contact electrification// Science. 2011. V_ 333. pp. 308-311.
19. Waghmare A.K.. Sahoo P. Friction analysis at elastic-plastic contact of rough surfaces using n-pomt asperity model // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part J: Journal of Engineering Tribology February. 2016 V. 10 in press.
20. Deeva VS., Slobodyan M.S., Elgina G.A., Slobodyan S.M., Lapshin VB. Identification of space contact for a dynamics medium. In book: Informatics. Networking and Intelligent Computing: Proceedings of the 2014 International Conference on Informatics. Networking and Intelligent Computing (Ш1С 2014); Chapter 52. Edited by Jiaxing Zhang: CRC Press 2015. pp. 257-261
21 Deeva Vera. Slobodyan Stepan. Dynamics of electrical conduction field of the sliding current collec-tor//Applied Mechanics and Materials. 2015. V. 698 P 258-263.
22. Deeva VS., Slobodyan S.M. Physical model of the sliding contact of conductors of the alloy Cu-Zr (Cu-Re) under high current density7 // Proceedings of Conference on Advances in Refractory and Advances 111 Refractory and alloys (ARRMA 2016): January 27 to 29, 2016 Anushaktinagar, Mumbai, India: 2016, pp 114-115.
23. Vera Deeva, Stepan Slobodyan. Assessment of the quality of the dynamic interaction between surfaces using entropy method. In book: 15й1 European Mechanics of Materials Conference: Proceedings of the 1S111 European Mechanics of Materials Conference (EMMC15), September T01-^ 2016, Brussels, Belgium: CRC Press {United States') 2016. m press.
24. Goicochea A G., Guardiido S.J.A. Computer simulations of the mechanical response of brushes on the surface of cancerous epithelial cells // Sci. Rep. 2015. No. 5.1321.
25. Elgina Gnlinn, Ivoylov Evgeny, Slobodyan Stepan. Physical modeling of induction internal fault // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 698. P. 46-51.
26. Chen-Lun H.. Hm-Guang Z.. Chen J., Yang Y.-J., Jing Q, Yang W., Bai P. Harmonic -resonator-based triboe-lectric nanogenerator as a sustainable power source and a self-powered active vibration sensor // Adv Mater. 2013. V. 25. pp. 6094—6099.
27. Chen X., Taguchi D., Marmka Т., Iwamoto M., Wang Z.L. Direct probing of contact electrification by using optical second harmony generation technique //Sci. Rep. 2015. No. 5.13019.
2S. Деева B.C., Слободян C.M. Смена принпнпа действия индукционной катапульты при замыкании витков // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2015. № 1. С. 35—42.
29. Ивойлов Е.В., Слободян С.М. Принцип золотого сечения в контроле индукшв-ностн // Электроника и электрооборудование транспорта. 2015. № 1. С. 10—14.
30. Ивойлов Е.В., Слободян С.М. Изменение свойств индуктивности при замыкании витков на корпус // Доклады ТУСУРа. 2014. № 4(34). С. 203-208.
31 Деева B.C.. Слободян С.М. Метод повышения точности МП—датчиков [MP-sensor accuracy increasing method] ■'/ [Electronics and Transport Electrical Equipment] Электроника и электрооборудование транспорта. 2014. № 2. С. 46^7.
32. Sekadiev A.F , Teterin V.S.: Deeva VS.. Ivanov R.N.. Slobodyan S.M.. Shalav V.V., Scherban K.V. Hie design of the disperser for separating viscous oil II International Conference on Oil and Gas Engineering. OGE 2016; Омск С. SI.
