Алгоритм и программное обеспечение управления сервоприводом

• сбора данных;

• обработки данных и анализа результатов испытаний;

• регистрации и документирования результатов испытаний;

• учета наработки средств испытаний и расходов материальных ресурсов.

Необходимость автоматизации лабораторной установки или стенда для испытаний может возникать на различных жизненных циклах их существования. Наиболее правильный вариант предусматривает решение задачи автоматизации на самом раннем этапе -когда стенд или установка еще не существуют в металле, а имеются лишь какие-то задумки, воплощенные (или частично воплощенные) на бумаге. Но в жизни более часто встречается вариант, когда стенд или установка уже существуют и работают, при этом они исправно выполняют свои функции, причем вполне добротное «железо» установки укомплектовано давно морально (а зачастую и физически) устаревшими средствами измерения и контроля, используются примитивные средства управления установкой. Получение результата на таких установках сопряжено с большим объемом работ и огромной трудоемкостью. Задача автоматизации на таких стендах часто заключается не только в замене устаревшего оборудования управления и контроля на современное, но и в замене алгоритмов управления и сбора информации, последующей обработке полученной информации и формировании на основании полученной информации управляющего решения.

Все эти современные технологии имеют универсальный механизм реализации, заключающийся в том, что основным мозговым центром, куда стекается вся собираемая со стенда информация, происходит ее обработка, формируются управляющие сигналы, является компьютер, включаемый в состав стенда.

Соответственно задача автоматизации стенда распадается на ряд типовых процедур:

1) получение компьютером информации со стенда об интересующих параметрах;

2) выполнение определенных действий с полученной информацией расчет каких-либо характеристик;

3) формирование управляющего воздействия в виде некоторого сигнала и его передача на стенд;

4) преобразование сигнала управляющего воздействия в некоторое конкретное физическое действие, включение или отключение какого-то элемента, переключение на другой режим и т. д. [3].

КПД применения автоматизации к технологическим процессам и процессам испытаний, следует рассчитывать индивидуально, так как необходимо учитывать рентабельность применения автоматизации к каждому процессу, будет ли эффективно применять автоматизацию в том или ином случае.

Предел автоматизации в производстве достигается при условии, что роботы будут производить роботов, без участия человека в создании и корректировки технологических процессов изготовления и испытаний. До этого момента применение и внедрение автоматизации в производство диктуется рынком. Если существует конкурент производящий и реализующий ту же самую продукцию с соответствующим качеством, дешевле и быстрее, то автоматизация производства и решение вопросов «Где? Куда? Как?» применять автоматизацию продолжит существовать.

Библиографические ссылки

1. Философский словарь / под ред. И. Т. Фролова. 4-е изд. М. : Политиздат, 1981. 445 с.

2. Костылев Ю. С., Лосицкий О. Г. Испытания продукции. М. : Изд-во стандартов, 1989. 168 с.

3. Лежин Д. С. Автоматизация испытаний и экспериментальных исследований [Электронный ресурс] : электрон. учеб. пособие ; Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С. П. Королева (нац. исслед. кн-т). Электрон. текст. и граф. дан. (3,25 Мбайт). Самара, 2011.

© Меньщиков Е. Ю., Липатов Р. В., 2014

УДК 681.51

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

АЛГОРИТМ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УПРАВЛЕНИЯ СЕРВОПРИВОДОМ

Поставлена и решена задача создания системы автоматического управления сервоприводами механизма параллельной структуры. Важнейшим элементов данной системы управления является компьютерная программа, рассчитывающая положение приводов и полюса схвата и отправляющая сигналы на контроллер сервоприводов.

Начиная с 30-х годов, разработано множество конструкций механизмов параллельной структуры (МПС). Основными преимуществами МПС перед традиционными последовательными роботами являются: большая точность и жесткость из-за того, что штанги работают только на растяжение-сжатие при

отсутствии изгибающих нагрузок; большая скорость перемещения исполнительного механизма за счет меньшей массы подвижных звеньев. Основными недостатками МПС являются: необходимость сложной системы управления, меньшее рабочее пространство, большое количество приводов, что уменьшает на-

Секция «Информационно-управляющие системы»

дежность. Область преимущественного применения МПС: чистовая обработка деталей со сложными поверхностями; измерительные машины; упаковочные манипуляторы; устройства ориентации антенн и телескопов; медицина; авиационные и иные тренажеры.

Однако управление МПС имеет ряд особенностей: больше количество допустимых состояний системы и высокая частота областей особых положений. Многие общепринятые алгоритмы управления механизмами, имеющие высокую вычислительную сложность, или требующие большого количества ресурсов при расчетах, плохо применимы в системах автоматического управления (САУ) МПС. Вследствие высокой дискретности пространства допустимых состояний устройства, они не удовлетворяют ограничениям по времени расчетов или требуемым ресурсам. При разработке новых алгоритмов управления возникает необходимость оценки их ресурсоемкости, точности, эффективности в различных ситуациях [1].

Предложен механизм параллельной кинематики -дельта-робот для механической обработки деталей [2]. Дельта-механизм - вид механизма параллельной структуры, состоящий из трех рычагов, прикрепленных к основанию посредством карданных шарниров. Из-за того, что привод находится в основании устройства, а рычаги сделаны из легких композитных материалов, подвижные части дельта-робота имеют малую инерцию. Это позволяет достичь значительных ускорений - до 30 g и скоростей до 10 м/с.

Звенья приводятся в движение тремя сервоприводами. САУ сервоприводов состоит из: генератора, регулятора, датчика обратной связи (рис. 1) [2]. В качестве генератора выступает программа управления сервоприводом.

Задача программы - рассчитывать положение приводов на основе требуемых координат полюса схвата, взятых из файла g-кодов или команд оператора, а также выдавать регулятору управляющие сигналы. Регулятором служит контроллер сервоприводов, который выдает ШИМ-сигнал управления на объект управления (сервоприводы) и получает обратную связь от датчика положения [3].

Алгоритм управляющей программы создан с учетом особенностей управления пространственными механизмами с параллельной кинематикой. Реализована возможность синхронного перемещения по нескольким координатам с заданной скоростью. Помимо одновременного перемещения нескольких приводов, оператор может управлять каждым сервоприводом в отдельности.

Во вкладке решения обратной задачки кинематики управляющей программы (рис. 2) оператор задает требуемые координаты полюса схвата, на основе которых алгоритм решает обратную задачу кинематики манипуляторов - находит положение приводов. Если решение не может быть найдено, об этом выводится информация в текстовом поле, а команды на приводы не передаются. Механизм при этом остается в последнем еще допустимом положении и не ломается.

Забающее ЬоэЭеистВие

Генератор

Управляющее Воздействие

Помехи

Выходные переменные

Регулятор ОЗъект управления Датчики положения

А V Состояние системы

Рис. 1. Структурная схема САУ

Рис. 2. Интерфейс программы управления сервоприводами: вкладка решения обратной задачи кинематики механизма

Таким образом, в работе поставлена и решены следующие задачи: разработана структура САУ сервоприводами; создано алгоритмическое и программное обеспечение управления сервоприводами с учетом особенностей прецизионного управления МПС в режиме реального времени; решена задача терминального управления МПС. Созданная САУ имеет преимущество перед имеющимися в том, что полностью совместима с современным программным и аппаратным обеспечением: вывод сигналов осуществляется через USB-порт, функционирование на операционной системе Windows 7.

Библиографические ссылки

1. Антонов С. Е. Разработка автоматизированного программно-аппаратного комплекса для исследования многокоординатных нелинейных механизмов на примере прецизионных триподов : дис. ... канд. техн. наук: 05.13.06. СПб., 2013. 146 с.

2. Мирзаев Р. А., Смирнов Н. А. Автоматизированная система управления манипулятором // Вестн. СибГАУ. 2013. № 2 (48). С. 201-205.

3. Никулин Е. А. Основы теории автоматического управления. Частотные методы анализа и синтеза систем. СПб. : БХВ-Петербург, 2012. 640 с.

© Мирзаев Р. А., 2014

УДК 03.01.02

Е. А. Морозов, С. В. Трифонов Научный руководитель - А. А. Тихомиров Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ОПТИМИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ В СЖО

Рассматривается дальнейшее улучшение процесса мокрого сжигания органических отходов в перекиси водорода для вовлечения в круговорот процессы систем жизнеобеспечения. Снижается время и энергопотребление процесса, в перспективе процесс может проходить в автоматическом режиме без участия экипажа.

При длительности космических миссий с участием человек от 2 лет, становится рентабельны высокозамкнутые системы жизнеобеспечения (ЗСЖО), принцип работы которых основывается на регенерации среды за счет организации круговорота вещества внутри системы биологическими и физико-химическими методами [1]. Наименее проработанным из необходимых процессов для создания ЗСЖО в настоящее время является переработка органических отходов в удобрения для растений [2].

Из известных авторам способов переработки органических отходов, обзор которых проведен в [3; 4], наименьшей массой и энергопотреблением при наилучшем качестве продукта обладает мокрое сжигание в среде перекиси водорода, активируемой переменным током [5]. Наряду с тем, что способ не требует сложных массивных энергоемких систем, высоких давлений и температур, важным преимуществом является так же сохранение азота в усвояемых растениями формах [4].

Работа посвящена следующим еще не решенным проблемам данного метода:

- снижение энергопотребления и времени протекания процесса.

- снижение требующегося от экипажа времени на обслуживание установки по переработке органических отходов.

За время учебы в магистратуре, авторами была впервые определена оптимальная частота и форма тока для прохождения данного процесса (см. рисунок) для разных сред типичных для СЖО отходов. В масштабах малой экспериментальной установки, изменение частоты с 50 Гц бытовой сети на 35 Гц, более чем в 2 раза сократило время и энергопотребление процесса распада Н202, что весьма существенно для космических ЗСЖО, а изменение формы сигнала с синусоиды на меандр дало лишь 10 % увеличение скорости реакции при том же энергопотреблении, что может не оправдывать возникающие сложности.

£0 3 ш  ш

VU Tin ЗБ .111 Ц5 60

Частота, Гц

Зависимость скорости выделения газа