Исследование применения ПИД-регулятора для управления пространственными механизмами

УДК 629.78.018

Г. В. Кудряшова Научный руководитель - А. В. Барков ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева, Железногорск

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ И ПРОВЕРКИ БА КА

Рассмотрен процесс подготовки и проведения испытаний бортовой аппаратуры, выделены возможные проблемы и предложены варианты их решения.

Современная бортовая аппаратура имеет следующие этапы в своем жизненном цикле: техническое задание, проектирование, изготовление, проведение испытаний и эксплуатация. В данном случае под бортовой аппаратурой будем понимать блоки электронные устройств поворота батарей солнечных и антенн.

Процесс проведения испытаний начинается на стадии проектирования прибора. В это время составляются исходные данные для разработки испытательного оборудования и испытательного программного обеспечения (ПО). На сегодняшний день, в основном, разрабатывается только испытательное ПО. Итак, процесс подготовки испытаний можно описать следующим образом:

- выдача технического задания на разработку прибора;

- выдача исходных данных на разработку испытательного ПО для проверки прибора/блоков;

- разработка и автономная отладка испытательного ПО для проверки прибора/блоков;

- проведение испытаний;

- составление и выпуск отчета о проверке.

Основные проблемы, которые возникают при проведении испытаний:

- испытатели проводят проверки в «ручном» режиме;

- отчет заполняется испытателем;

- погрешности измерений и все необходимые вычисления проводит испытатель.

Эти проблемы решаются путем автоматизации проведения проверок, программным расчетом всех необходимых величин и погрешностей и автоматическим (программным) составлением отчетов о проверке.

Данное решение позволит уменьшить время проведения проверок, повысить точность измерения и контроля параметров прибора/блоков, позволит фиксировать краткосрочные сбои прибора/блоков и уменьшить «человеческий фактор».

Этап «Разработка и автономная отладка ПО» и «Выдача исходных данных» занимает значительные трудовые ресурсы. В данном случае можно предложить следующие варианты улучшения:

- разработать унифицированное ПО для всех приборов/блоков;

- разработать программную систему, позволяющую разработчику прибора составлять наборы тестов на своем рабочем месте без участия программиста;

- разработать программную систему, позволяющую уже по техническому заданию автоматически генерировать наборы тестов.

© Кудряшова Г. В., 2013

УДК 519.673

Р. А. Мирзаев Научный руководитель - Н. А. Смирнов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПИД-РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

Исследуется динамика и кинематика манипулятора параллельной структуры. Для управления сервоприводами механизма применен пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор. При помощи математического моделирования найдены параметры регулятора, при которых отсутствует перерегулирование, а перемещение происходит с приемлемой скоростью.

В работе [1], рассматривающей особенности динамики манипуляторов параллельной структуры и переходные процессы, применен программный комплекс Ма1ЬЬаЪ/81ти1шк, рассчитывающий параметры управления приводами механизмов.

Аналогичный подход использован для решения задач кинематики и динамики дельта механизма. Для моделирования динамических систем использовано

расширение SimMechanics, входящее в пакет прикладных программ MathLab. Используя описание этого программного продукта [2], разработана математическая модель устройства параллельной структуры. Создана блок схема дельта механизма (рис. 1.), в которой: BASE1 - выходное звено, L - звенья, Spherical - шаровая опора, Revolute - цилиндрический шарнир, Joint actuator - привод вращения, Subsystem - подсис-

Секция «Информационно-управляющие системы»

тема управления приводом, Body sensor - датчик перемещений, скоростей, ускорения, Body Actuator -привод линейных перемещений, имитирующий возмущающие воздействия.

Для обрабатывающих станков важно отсутствие перерегулирования при перемещениях, иначе неизбежен брак [3]. При управлении устройствами параллельной кинематики нельзя допускать перерегулирования еще и потому, что в замкнутых кинематических цепях допустимые положения звеньев в одной цепи зависят от положения звеньев другой. Поэтому положения приводов должны иметь определенные значения, полученные решением обратной задачи кинематики манипулятора. В противном случае произойдет быстрый износ и разрушение конструкции манипулятора. С целью отсутствия перерегулирования управление приводами реализовано при помощи ПИД-регуляторов.

В каждой из трех кинематических цепей стоит двигатель, управляемый ПИД-регулятором, обозначенным на рис. 1 подсистемой Subsystem. В регулятор поступают данные о текущем положении звена и дан-

ные о требуемом положении. Разница между этими значениями подвергается математической обработке. После этого корректирующее воздействие выдается на двигатель. При помощи элемента Scope получены графики переходного процесса: изменения положения, скорости, ускорения по трем координатам. На рис. 2 представлены зависимости угла положения звена L„ (см. рис. 1) при различных коэффициентах регулятора. При этом управление происходит одним двигателем из трех.

Пропорциональный коэффициент регулятора определяет тангенс угла наклона кривой переходного процесса. При малых коэффициентах пропорциональной составляющей переходный процесс очень долгий (кривая 1 на рис. 2). Если пропорциональный коэффициент оптимальный, и другие коэффициенты соответственно подобраны, время переходного процесса минимальное, а перерегулирование отсутствует (кривая 3 на рис. 2). Если пропорциональный коэффициент значительно превышает дифференциальный, скорость процесса большая, но неизбежно перерегулирование (кривая 5 на рис. 2).

Subsystem

Рис. 1. Блок-схема математической модели манипулятора

\ N

V

1 \ 1 >

¡А у2

\ ^

Рис. 2. Графики переходного процесса: зависимость угла положения звена механизма от времени при различных коэффициентах пропорциональной составляющей: 1 - Кп = 5; 2 - Кп = 10; 2 - Кп = 30, 4 - Кп = 50; 5 - Кп = 200. На всех графиках дифференциальный и интегральный коэффициенты постоянны: Кд = 40, Ки = 1

Реализовано математическое моделирование дельта-механизма. Найдены и проанализированы параметры регулирования привода: время, тип переходного процесса, величина перерегулирования. При помощи анализа графиков получены коэффициенты ПИД-регулятора, обеспечивающие наиболее быстрый переходный процесс при отсутствии перерегулирования. Результаты работы могут быть использованы при проектировании аналогичных манипуляторов.

Библиографические ссылки

1. Волкоморов С. В., Каганов Ю. Т. Карпенко А. П. Моделирование и оптимизация некоторых параллель-

ных механизмов // Информационные технологии М. : Новые технологии. 2010. Вып. 5. С. 1-32.

2. Герман-Галкин С. Г. ЫайаЬ & БШиНпк. Проектирование мехатронных систем на ПК. М. : Корона-Век, 2008.

3. Мирзаев Р. А., Смирнов Н. А., Смирнов А. Н. Расчет параметров движения приводов механизма параллельной структуры // Вестник СибГАУ. 2011. Вып. 5. С. 62-64.

© Мирзаев Р. А., 2013

УДК 004.772

Ю. Н. Тютюник Научный руководитель - М. Н. Петров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СЕТИ

Рассматриваются основные характеристики производительности канала связи информационной сети, которые являются главными показателями повышение эффективности использования сети и улучшение качества предоставляемых услуг.

В последние десятилетия у нас в стране и за рубежом широкое развитие получили различные сети и системы, построенные на основе интегрированного использования средств вычислительной техники и техники связи, обеспечивающие взаимодействие информационных процессов (ИП) и предоставляющие абонентам (пользователям) широкий спектр услуг по обмену и обработке различных видов информации. Следовательно, возросло и появление новых видов передающих устройств информации, и соответственно с ростом новых источников обмена информации, постоянно растет и требования к качеству передачи и приема информации различных видов (данные, видео, звук и т. д.).

Чтобы улучшить качество информационной сети необходимо рассмотреть следующие показатели, такие как:

- производительность;

- надежность;

- безопасность;

- расширяемость;

- масштабируемость;

- прозрачность;

- управляемость;

- совместимость.

А также, стоит учесть ещё и основные характеристики производительности сети: время реакции, скорость передачи трафика, пропускная способность, задержка передачи и вариация задержки передачи, среднее время доставки пакетов. Ко всему этому ,не стоит и забывать о том, что пропускная способность сети зависит ещё и от характеристик физической среды передачи (медный кабель, оптическое волокно, витая пара).

Для определения пропускной способности канала (линии) связи в расчет берется взаимосвязь между возможной пропускной способностью и полосой пропускания канала (линии) связи. Причем для определения и расчета в данном случае не важен способ физического кодирования. Из выше сказанного велелся закон Шеннона-Хартли, которые и определили формулу (1) для расчета пропускной способности канала (линии) связи:

С=ль&3

где С - максимально возможная пропускная способность канала (линии) связи; В - ширина полосы пропускания; Р$/Рп - соотношение существующего сигнала к шуму

В качестве примера можно привести обычный телефонный канал с тональной частотой, в котором максимальная пропускная способность может быть 33 Кбит в секунду. При условии, что для расчета пропускной способности канала (линии) связи мы использовали максимальные значения ширины пропускания (В = 3.1 кГц) и соотношения сигнала к шуму р/Рп = 30 Дб).

Из расчета пропускной способности по закону Шеннона-Хартли можно сделать вывод, что надо использовать более широкий кабель, либо соотношение сигнала к шуму сделать в разы больше или увеличить наш сигнал или увеличить внешние шумы.

Но рассчитав пропускную способность, мы улучшим лишь один спектр инфосети - производительность. А так как инфосети - это современные технологии предоставления широкого спектра услуг связи, то необходимо учитывать и развивать качество всех показателей сети, улучшая характеристики различными методами.