Интерактивная компьютерная модель шагового двигателя

Информационно-управляющие системы

нагрузками, измерительными приборами и так далее осуществляется через интерфейсы RS 232 / RS 485, Ethernet по различным протоколам информационного обмена в зависимости от модификации подключаемого устройства.

По этой же структуре с решением аналогичных задач строится программное обеспечение для испытаний других приборов систем ориентации и управления.

Таким образом, разработанная система «Лотос» дает возможность унифицировать программные модули и использовать их в других проектах.

В настоящее время система «Лотос» применяется при разработке нескольких проектов. Ее использование позволяет сократить сроки разработки и отладки ПО верхнего уровня и обеспечить начало отработки алгоритмов проверки функционирования прибора сразу после готовности аппаратной части КИА.

O. S. Golysheva, A. V. Dunaev JSC «SPC «Polus», Russia, Tomsk

SOFTWARE SYSTEM TESTING SPACECRAFT DEVICES

There is a software system which is developed for the automatization of spacecraft devices testing process. Our invention is a unified system «Lotos». We presented the supposition of the system for software engineering. There are given basic functions of the system «Lotos», the cooperation with the hardware is described, system components and its interrelationship are presented.

© Голышева О. С., Дунаев А. В., 2010

УДК 378.164/. 169

Г. М. Гринберг Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика. М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск,

Д. В. Романов Красноярский государственный педагогический университет имени В. П. Астафьева, Россия, Красноярск

ИНТЕРАКТИВНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Описана разработанная интерактивная компьютерная модель шагового двигателя. Предложенная модель полезна для организации лабораторного практикума в техническом вузе.

Современные достижения в области техники ав-тематического управления различными объектами и процессами имеют весьма высокий уровень. Достигнутые успехи являются следствием технологического совершенства и высокой степени развития элементной базы систем автоматического управления. Поэтому студентам необходимо иметь представления и сведения об элементах систем управления, а также знать присущие им технические характеристики и некоторые методы их экспериментального исследования.

Одним из видов экспериментального исследования, направленного на формирование научного мировоззрения студента, является лабораторный практикум. Эксперимент, выполняемый во время лабораторного практикума, по сути является опытом, производимым с объектом (натурный эксперимент) или моделью (компьютерный, называемый также численным или виртуальным, эксперимент). Каждый из названных экспериментов имеет свои преимущества и недостатки, дидактические и технические особенности организации, область применения, описание которых приведены в [1].

В высокоточных измеряющих и следящих системах, в которых регулируются параметры углового и линейного перемещения, в качестве исполнительных элементов используются шаговые двигатели (ШД). Ниже описана разработанная интерактивная компьютерная модель ШД. Интерфейс программы (см. рисунок) показывает модель ШД и позволяет управлять работой ШД путем подачи напряжений на обмотки 1, 2, 3, 4 статора.

Модель учитывает зависимость вращающего момента обмоток статора от угла поворота ротора, инерцию подвижных элементов, внутреннее трение, внешнюю нагрузку на вал двигателя. Модель интерактивно реагирует на изменения состояния ШД, что позволяет пояснить ключевые принципы, положенные в основу устройства ШД. Развертки 5 и 6 напряжения на обмотках и углах поворота 7 ротора как функции от времени визуально высвечиваются на экране компьютера в виде осциллограмм.

Интерактивность и привычная форма представления данных облегчают переход на работу с реальным оборудованием.

Решетневские чтения

а б

Интерфейс программы:

а - переходный режим работы ШД; б - установившийся режим работы ШД; 1, 2, 3, 4 - фазы статора; 5 - напряжение на включенных фазах статора; 6 - напряжение на выключенных фазах статора; 7 - зависимость угла поворота ротора от времени

С помощью графического курсора можно быстро выбрать на осциллограмме интересующий момент времени и посмотреть соответствующее состояние двигателя. Секторными диаграммами визуализируются ключевые физические параметры двигателя (угловая скорость вращения, вращающие моменты обмоток и нагрузки). Синхронизация выбранного на осциллограмме момента времени и изменений в состоянии двигателя способствует пониманию логики работы и физических процессов, положенных в основу работы двигателя.

Возможность хранить и сравнивать осциллограммы для двух и более экспериментов, а также быстро пересчитывать результаты моделирования при изменении входных параметров (добротность двигателя, частота собственных колебаний, нагрузка на вал, частота следования управляющих импульсов) позволяет изолировать вклад отдельных процессов и наглядно обрисовывать их физическую природу.

Программа написана на языке Питон и использует интерфейс gtk, благодаря чему может переноситься на платформы Windows, Linux и многие другие. Для комфортной работы достаточно компьютера следующей комплектации: процессор уровня AMD 1.6 ГГц, 512 Мб RAM, интегрированный графический адаптер. Все используемые библиотеки и инструменты доступны, распространяются бесплатно с открытыми исходными текстами.

Библиографические ссылки

1. Гринберг Г. М., Романов Д. В., Исаев В. А. Организация лабораторного практикума с помощью современных информационных технологий // Инфо-коммуникационные технологии в науке, производстве и образовании : IV Междунар. науч.-техн. конф. (28-30 июня 2010, г. Ставрополь) ; Северо-Кавказ. гос. техн. ун-т. Ставрополь, 2010. С. 48-52.

G. M. Grinberg

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

D. V. Romanov

Krasnoyarsk State Pedagogical University named after V. P. Astafyev, Russia, Krasnoyarsk

INTERACTIVE COMPUTER MODEL OF THE STEP ENGINE

The paper presents interactive computer model of step engine. The model is designed for lab cources use for students of technical specialties.

© Гринберг Г. М., Романов Д. В., 2010