Применение программной среды LabVIEW для разработки и исследования систем управления летательными аппаратами

Крюков А.И., Кузнецов А.В., Тройков С.М., Шубникова И.С., Бебенин В.Г., Палагута К.А.

ФГБОУ ВПО «Московский Государственный Индустриальный Университет», Москва, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОЙ СРЕДЫ LABVIEW ДЛЯ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМИ АППАРАТАМИ

В современной образовательной среде высших учебных заведений существует серьезная проблема -отсутствие прямой связи между теоретическими основами знаний и их практическим применением. Особенно остро эта проблема стоит при подготовке специалистов в области систем управления летательных аппаратов. Заполнить подобный пробел можно с помощью специальных программно-аппаратных решений на основе лабораторных стендов. Однако порой данные стенды оказываются излишне сложными для студентов и не оправдывают своего назначения для закрепления базовых знаний. Студент абстрагируется от теоретических основ и выполняет лабораторный практикум по пунктам, не углубляясь в понимание его первооснов. Хорошим решением в сложившейся ситуации является применяемый во МГИУ для студентов целевого набора ФГУП «НПЦ АП им. акад. Н.А.Пилюгина» направления 220400 «Управление в технических системах» лабораторный практикум на основе среды разработки LabVIEW и системы сбора данных myDAQ.

Набор простых элементов схемы и интуитивно понятный графический язык программирования LabVIEW позволяют абстрагироваться от вопросов, связанных с передачей данных на уровне протоколов, и вопросов, касающихся умения программировать на языках как высокого, так и низкого уровня.

В ходе лабораторных работ студенту предлагается разработать интерфейс пользователя для управления различными элементами стенда на основе его принципиальной электрической схемы и заданного алгоритма работы.

Применяя LabVIEW в сочетании системой сбора данных myDAQ студенты могут как осуществлять сбор и анализ сигналов, так и управлять простыми процессами. Используя технологию LabVIEW, myDAQ хорошо подходит для изучения электронных устройств и сбора данных с датчиков, что позволяет студентам измерять и обрабатывать сигналы реального мира.

Для ознакомления с возможностями устройства сбора данных myDAQ создан стенд (рис. 1), позволяющий настроить управление восьмью цифровыми выходами, к которым подключен семисегментный индикатор с дополнительной секцией в виде точки, сфомировать сигнал на светодиоде с помощью ЦАП и оцифровать сигнал тумблера и потенциометра с помощью АЦП. Все элементы на схеме подключены на прямую к портам myDAQ, что позволяет видеть реакцию интерфейса в среде LabVIEW без каких-либо искажений.

а) б)

Рис. 1. Интерфейс пользователя (а) и расположение элементов на стенде (б):

1 - NI myDAQ; 2 - светодиод; 3 - тумблер; 4 - потенциометр; 5 - семисегментный индикатор с дополнительной секцией в виде точки.

Следующим шагом освоения основ управления устройствами и сбором данных служит лабораторная работа (рис. 2) по измерению окружающей температуры с помощью термистора. Выполнение лабораторной

работы предполагает решение следующих задач:

Создать систему сбора данных с термистора;

Разработать систему нагрева;

Выполнить индикацию режима работы.

К устройству сбора данных myDAQ (рис. 2) подключена электрическая схема, содержащая термистор, расположенный напротив фена, управляемого через контактное и бесконтактное реле, два светодиода (зеленый и красный). Для отображения запуска фена установлен флажок. На стенде размещена вебкамера.

Рис. 2. Расположение элементов на стенде:

1 - камера; 2 - фен; 3 - флажок; 4 - myDAQ; 5 - зеленый и красный светодиоды; 6 - бесконтактное реле; 7 - контактное реле; 8 - термистор.

Предполагается, что интерфейс пользователя (рис. 3) содержит: элемент отображения текущей температуры и порога;

ползунок настройки порога, при переходе через который графиком температуры происходит переключение светодиодов и индикатора 3; индикатор превышения порога; кнопку включения фена; переключатель режимов работы; кнопку выключения приложения; элемент отображения видеосигнала.

Рис. 3. Примерный вид интерфейса программы

Следующий шаг подготовки студента предполагает освоение специфики управления различными устройствами, такими как, например, шаговые привода, сбор данных с датчиков и т.п. Хорошим примером подобного рода задач служит лабораторная работа по управления двумя сервоприводами с установленной на них веб-камерой (рис. 4).

а

)

)

б

Рис. 4. Расположение элементов на стенде (а):

1 - NI myDAQ; 2 - элемент питания; 3 - бесконтактное реле; 4 - стабилизатор напряжения на 5В; 5 - разъем для подключения сервоприводов; 6 - кожух сервоприводов; 7 - веб-камера; интерфейс

пользователя (б): 1 - изображение с веб-камеры; 2 - регулироква положение камеры; 3 - переключатель режимов работы; 4 - настройка скорости вращения камеры в автоматическом режиме; формирование управляющих ШИМ-сигналов на сервопривода.

Выполнение лабораторных работ подобного рода позволяет научить студентов использовать на практике полученные теоретические знания.

Применение технолигии LabVIEW позволяет в разы сократить процесс разработки электронных устройств позволяя гибко перенастраивать систему на интуитивно понятном графическом языке программирования под изменяющиеся задачи в области автоматизации научных исследований.

ЛИТЕРАТУРА

1. Суранов А. Я. LabVIEW 8.20: Справочник по функциям. - М.: ДМК Пресс, 2007. - 536 с.

2. Руководство по эксплуатации устройства сбора данных NI myDAQ. -М.: National Instruments

Corporation, 2011. - 54 с.

3. Тройков С. М., Палагута К. А. Полунатурное моделирование электронной системы управления двигателем внутреннего сгорания (ЭСУ ДВС), Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. I. С. 331-333.

4. Палагута К.А., Чиркин С.Ю., Тройков С.М. Использование среды MatLab для моделирования системы управления ДВС, Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 58-60.

5. Палагута К.А., Кузнецов А.В., Система измерения параметров взаимодействия автомобиля с грунтом, Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 60-61.