Автоматизированная технология генерации программы в среде Matlab для реализации алгоритмов управления рулевого привода

Список литературы

1. Понятский В.М., Колесников Г.И., Федорищева В.Г. Проектирование систем управления с CAD/CAE элементами SolidWorks в среде имитационного моделирования MATLAB // Доклады Российской конференции с международным участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» (УКИ’08). М.: ИПУ РАН, 2008. С. 445-452.

V.M. Ponyatsky, E.L. Matveev, V.G. Fedorishcheva, A. N. Knyazev RESEARCH IN THE ENVIRONMENT OF MA TLAB 3D-MODELS OF OPTIKO-ELECTRONIC SYSTEM

The approach is considered, allowing to use design 3D-models of mechanical elements CAD SolidWorks for research in the environment of Matlab dynamics of optiko-electronic systems. Research of dynamics of functioning of the mechanism of the excess including the step-by-step engine with a cam on its shaft and the lever with a lens is carried out. The dynamic model of reproduction of vibrations on the adaptation with optiko-electronic system is developed.

Key words: the mechanism, 3D-model, translation, dynamic model, optiko-electronic

system.

УДК 681.51

B.M. Понятский, канд. техн. наук, доц., нач. сектора, (4872) 46-94-16, pwmru@rambler.ru,

Д.В. Кушников, нач. сектора, (4872) 46-94-86,

В.Г. Федорищева, вед. инженер-программист,

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ГЕНЕРАЦИИ ПРОГРАММЫ В СРЕДЕ MATLAB ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ РУЛЕВОГО ПРИВОДА

Рассмотрено применение модельно-ориентированного подхода проектирования сложных динамических систем, основанного на использовании конструкторских 3D-моделей механических элементов и динамических моделей, при синтезе С-кода в среде Matlab алгоритма управления для рулевого привода летательного аппарата.

Ключевые слова: алгоритм управления, рулевой привод, генерация программы, микропроцессорная система.

В настоящее время одной из сложных проблем проектирования технических систем является разработка программ, реализующих синтезированные алгоритмы управления в микропроцессорных системах.

Методика генерации программ в среде Matlab включает следующие этапы. Этап 1. Построение динамической модели технической системы с

алгоритмом управления в среде МайаЬ. Этап 2. Разработка в среде МайаЬ динамической модели технической системы с механической частью, построенной по ЗЭ-модели конструкции БоНсЬУогкБ, - уточнение алгоритмов управления. Этап 3. Получение дискретной структуры алгоритма управления и генерация С-кода модели блока управления в среде. Этап 4. Отладка полученной дискретной структуры алгоритма управления как автономно, так и в составе контура рулевого привода с ЗЭ-моделью конструкции.

В соответствии с приведенной модельно-ориентированной методикой рассмотрен синтез С-кода алгоритма управления для рулевого привода (рис. 1) летательного аппарата.

Рис. 1. Структурная схема автоколебательного рулевого привода: корректирующий фильтр

Модель динамического контура рулевого привода (рис. 2) создана в соответствии с математическим описанием с помощью блоков библиотеки 81шиНпк.

Рис. 2. Динамическая модель рулевого привода в среде Simulink

Для создания модели, наиболее адекватной реальному рулевому приводу, используется подход, сочетающий в себе применение конструкторских ЗБ-моделей механических элементов и динамической модели системы управления рулевого привода [1]. В качестве инструмента моделирования используется пакет Matlab.

Исходная ЗБ-модель механической части рулевого привода в САПР БоНсЬУогкз приведена на рис. 3.

В модели рулевого привода воспроизведение удара при выходе на упоры осуществлено с помощью пружин, подключаемых в момент удара и учитывающих при ударе линейные и угловые жесткости элементов конструкции (рис. 4).

Рис. 3. 3D-модель механической части рулевого привода в SolidWorks

Рис. 4. Модель механической части рулевого привода в 8тиИпк для моделирования ударных воздействий

Основными задачами программной реализации алгоритма управления являются:

- преобразование аналоговых фильтров 1¥ф(р) , являющихся в данном случае прототипами, к виду цифровых фильтров Wd>(z) с бесконечноимпульсной характеристикой (БИХ-фильтров);

- реализация Wd>(z) БИХ-фильтров как алгоритмов вычисления реакции в виде разностных уравнений. Алгоритмы должны быть приведены к формату вычислений с фиксированной точкой. Формат фиксированной точки реализуется средствами целочисленной математики и в силу этого существенно превосходит по производительности вычисления в формате плавающей точки;

- изложение полученных алгоритмов на языке высокого уровня С.

Пусть необходимо реализовать для рулевого привода корректирующий фильтр вида:Щ|Ш =

Встроенная в язык Matlab функция bilinear позволяет представить передаточную функцию цифрового фильтра Жф(г) на основе передаточной

функции аналогового фильтра прототипа 1¥ф(р) посредством следующего преобразования: ^ ^ ^ ^

где Т5 - период дискретизации.

Формат вызова функции:

[Ь, a]=Ыlmear(bs,as,Fs), где Ь5, а5 -коэффициенты числителя и знаменателя Жф(р); /^=1/7* - частота дискретизации, Ь, а - коэффициенты числителя и знаменателя передаточной функции ]¥ф(г).

Для приведённого выше фильтра будем иметь:

[Ькф,Окф\= ЬШпеаг([1], [0.012 1], 10000).

В результате выполнения данных функций получим:

Встроенная оболочка Filter Design & Analysis Tool (рис. 5) позволяет провести дальнейший расчёт фильтра.

Получена дискретная структура корректирующего фильтра (рис. 6).

Рис. 5. Меню процедуры Filter Design & Analysis Tool

Рис. 6. Структура квантованного фильтра

С помощью процедуры Tool Fixed-Point Advisor (рис. 7) можно исходную модель фильтра преобразовать в модель с фиксированной точкой.

Рис. 7. Меню процедуры Fixed-Point Advisor

Например, после выполнения процедуры Fixed-Point Advisor получена модель с фиксированной точкой.

При трансляции с помощью Real-Time Workshop (рис. 9) модели дискретного фильтра в текст программы возможно задание режимов оптимизации получаемого кода, например, по времени выполнения, по его длине и т.д.

Рис. 8. Результат выполнения преобразования Fixed-Point Advisor: а - исходная схема, б - преобразованная схема с фиксированной точкой

Рис. 9. Вкладка Optimization для настройки параметров

оптимизации кода

Следовательно, для фильтра Wk<p(z) получена последовательность С-кода в виде функции

void Filter_step

{ Sum = (int16)(Input + (2031 * Delay >> 11));

Output = (int16)((67 * Sum >> 14) + (67 * Delay >> 14));

Delay = Sum; }

и полученный код соответствует разностному уравнению

Предложенный подход позволяет сократить время и расходы на разработку программы для реализации корректирующего фильтра рулевого привода.

Список литературы

1. Компьютерные технологии проектирования приводов летательного аппарата с использованием САПР Solidworks и Matlab/ В.М. Понятский [и др.] // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Фундаментальные основы баллистического проектирования». СПб.: БГТУ, 2010. Т. 2.

V.M. Ponyatsky, D. V Kushnikov, V. G. Fedorishcheva

THE AUTOMATED TECHNOLOGY OF GENERATION OF THE PROGRAM IN THE ENVIRONMENT OF MATLAB FOR REALIZATION OF ALGORITHMS OF MANAGEMENT OF THE STEERING GEAR

Application of the modelling-focused approach of designing of the difficult dynamic systems based on use of design 3D-models of mechanical elements and dynamic models is considered, at synthesis of the S-code in the environment of Matlab algorithm of management for a steering gear of a flying machine.

Key words: Algorithm of management, steering gear, program generation, microprocessor system.

УДК 621.372.542

Е.В. Мележиков, асп.,

ВЫДЕЛЕНИЕ ПОДВИЖНЫХ ЦЕЛЕЙ НА ФОНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Сформулирована задача получения идентификационного признака для распознавания подвижных наземных объектов. Показано, что идентификационным признаком может быть периодическая амплитудная модуляция зондирующего сигнала с максимумом на частоте механического резонанса.

Ключевые слова: подвижный наземный объект, зондирующая система наблюдения, механическое колебание, резонанс, амплитудная модуляция.

Одной из задач мобильных информационных роботов является задача автоматического обнаружения на сцене подвижных малоконтрастных объектов, трудноразличимых на фоне подстилающей поверхности. Для