Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Поляков Роман Юрьевич

Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории
<
Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Поляков Роман Юрьевич. Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории: диссертация ... кандидата технических наук: 01.02.06 / Поляков Роман Юрьевич;[Место защиты: Юго-Западный государственный университет].- Курск, 2014.- 147 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Состояние вопроса. задачи исследования 12

1.1 Различные принципы движения летающих роботов 13

1.2 Описание принципов движения объектов с машущим крылом 14

1.3 Типы полета. Взаимодействие крыльев в полете 17

1.4 Управление полётом с помощью машущего крыла 20

1.5 Обзор методов исследования мобильных вибрационных роботов .24

1.6 Описания устройств имитирующих полет насекомых 26

1.7 Цель и задачи диссертации 31

Глава 2. Математическая модель пространственного движения трехзвенного инсектоптера 34

2.1 Описание объекта исследования 35

2.2 Кинематика трехзвенного аппарата с машущим крылом 35

2.3 Математическая модель трехзвенника- инсектоптера 44

2.3.1 Определение сил, действующих на трехзвенник - инсектоптер..44

2.3.2 Моделирование вращательного движения трехзвенника 51

2.4 Математическая модель движения инсектоптера в плоскости 57

2.5 Определение обобщенных сил 62

2.6 Определение координаты приложения аэродинамической силы...70

2.7 Выводы по главе 2 74

Глава 3. Изучение управляемого движения робота 76

3.1 Постановка задачи моделирования 76

3.2 Моделирование движения в среде MathCAD. 80

3.3 Результаты моделирования 91

3.4 Математическое моделирование при оптимальном планировании эксперимента 97

3.5 Определение оптимальных параметров инсектоптера 103

3.6 Выводы по главе 3 109

Глава 4. Исследование динамических особенностей САУ 111

4.1 Структурная схема САУ устройства 111

4.2 Определение передаточных функций 113

4.3 Моделирование системы автоматического управления средствами MATLAB 115

4.4 Моделирование цифровой системы 121

4.5 Исследование цифровой системы на устойчивость 123

4.6 Принципиальная схема разрабатываемой системы 129

4.7. Описание прототипа орнитоптера 130

4.8 Сравнение теоретических и экспериментальных исследований 132

Основные выводы и результаты 137

Библиографический список

Описание принципов движения объектов с машущим крылом

Насекомые перемещаются либо с помощью четырех (жуки, бабочки), либо с помощью двух крыльев. Обычно пара крыловых пластинок, расположенная на одной стороне тела, при расправлении образует единую летную поверхность. Исключение составляют лишь некоторые представители класса. Например, среди стрекоз есть как равнокрылые, у которых крылья движутся одинаково, так и разнокрылые – у них каждое крыло перемещается по-своему.

Целым рядом исследователей установлено, что полет насекомого основан на взмахах крыльев со сложной траекторией движения и с достаточно высокой частотой. Поэтому широко используется термин «вибрация крыльев насекомых» [28,31,32].

Крыло большинства насекомых представляет собой мембрану, разные части которой обладают различной жесткостью: средняя часть крыла более жесткая, чем передняя кромка. Когда подобное крыло совершает быстрое колебательное движение вверх- вниз и вперед - назад, вокруг него возникает асимметричный поток воздуха, благодаря которому насекомое двигается вперед и вверх. У некоторых насекомых крыло совершает еще более сложные движения[29].

Установлено, что обыкновенная муха описывает своими крыльями восьмерки. Частота колебаний крыльев насекомых намного выше, чем у птиц, даже стрекозы совершают не менее тридцати взмахов в секунду, пчела — около двухсот, а комар и муха — более трехсот. Поэтому насекомое владеет способностью перемещаться не только по горизонтали, но и по вертикали, зависать в одной точке пространства, а также перемещаться назад.

Для лучшего понимания принципов движения насекомого, рассмотрим способы крепления крыльев к телу и их движение. Для осуществления полета крылья должны иметь особое расположение и возможность центру масс крыла двигаться по определенной траектории. Крыловые пластинки прикрепляются к мембране на задней части груди (птероторакса), располагаясь по боковой поверхности соответствующего сегмента, на границе его тергита и плейрита. Плейрит обладает свойством растяжимости, а тергит способен несколько смещаться вверх и вниз относительно плейрита, поэтому каждое крыло имеет возможность совершать взмахи с амплитудой до 180 градусов. Основание крыловой пластинки погружено внутрь тела. Это один из важных факторов, благодаря которым возможен полет.

Крыло насекомых можно сравнить с двуплечим рычагом. Короткое плечо представлено его внутренней частью (основанием), которая скрыта под мембраной, а длинное располагается снаружи: собственно, эту видимую часть и принято считать крылом. На внутренней поверхности экзоскелета, сразу под местом сочленения крыла с телом, находится плотный выступ, который называют плейральным столбиком; данная структура играет роль точки опоры при взмахе крыльев. Когда насекомое собирается расправить крылья, оно сокращает специальные мышцы, прикрепленные к спинке. Спинка перемешается немного вниз, надавливая на внутреннюю часть крыловой пластинки. Она, в свою очередь, упирается в плейральный столбик. При этом основание крыла опускается, а его наружная часть одновременно идет вверх. Если же необходимо опустить крыло, спинка снова поднимается, и все приходит в исходное положение.

Рассмотрим конструктивные особенности крыльев насекомых. В аэродинамическом отношении крыло насекомого выполненное в виде плоской пластинки является несовершенным. Поэтому для обеспечения полета требуется обеспечить специальные режимы движения крыльев.

Кинематика движения усложняется еще и тем, что крылья насекомых (майский жук, муха и так далее) выполняют третью функцию (помимо создания подъемной силы и тяги) – функцию управления по высоте и направлению, так как у многих насекомых нет аэродинамически развитого хвостового оперения. То есть изменение направления движения таких насекомых осуществляется за счет изменения параметров колебаний машущего крыла[31]. Также известно, что управление направлением движения некоторых насекомых во многом происходит с помощью изменения положения брюшка насекомого[28]. Например, стрекоза, управляет направлением движения за счет поворота хвоста.

Эксперименты, проведенные под руководством Ноа Кован (Университет Джона Хопкинса), с помощью большого мотылька вида Manduca sexta на круглой арене, и окружили его системой LED-дисплеев. Дисплеи создавали решётчатый паттерн зелёных и чёрных полосок, и вращали его вверх и вниз. В ходе этого эксперимента исследователи выяснили, что мотылёк двигал своим брюшком в ответ на изменения визуального окружения. Если паттерн вращался вверх (по часовой стрелке),

Кинематика трехзвенного аппарата с машущим крылом

В области сочленения крыловой пластинки с телом находится несколько мелких склеритов – сочленовых пластинок (аксиллярные и промежуточная). Они укрепляют основание крыла и обеспечивают его гибкое и подвижное соединение с телом. В результате насекомое может не только перемещать крыло вверх и вниз, но и совершать движения в любых плоскостях (спереди назад, ротационные движения), а также особым образом складывать крылья в состоянии покоя. Различают следующие типы полета насекомых: 1) тривиальный (обыденный) – полет с целью добычи питания, поиска партнера и др. 2) миграционный полет, осуществляемый для поиска новых мест обитания.

Эта градация не относится к самым удачным, так как она не отражает особенностей работы крылового аппарата насекомого в том, или ином случае. Так, и саранча, и бабочки могут мигрировать на большие расстояния, однако конкретные способы, которыми они это делают, отличаются, и это надо учитывать. По этой причине самой удобной представляется функциональная классификация полета на пассивные и активные способы.

1) Пассивный полет осуществляется без активной работы мышц, под воздействием силы тяжести, воздушных потоков или накопленной в активном полете кинетической энергии (силы инерции).

2) При парашютирующем полете насекомое активно взлетает вверх, набирая определенную высоту, а затем определенным образом расправляет крылья, создавая сопротивление воздуху, и медленно снижается, как на парашюте. При этом движению вниз оно препятствует не только при помощи расправленных крыльев, но и придавая определенное положение конечностям или хвостовым нитям. Такой полет характерен, например, для поденок и мошек, которые «практикуют» его в период роения.

3) Планирующий полет характеризуется тем, что насекомое разгоняется, а затем расставляет крылья в стороны. Благодаря приобретенной начальной скорости полет продолжается. Планирующий полет характерен для насекомых с крыльями большой площади, например, бабочек.

4) Парящий полет отличается от планирующего тем, что насекомое использует в ходе перемещения потоки воздуха, таким образом, во время парения происходит движение вперед и вверх, а не вперед и вниз. Таким образом, часто летают стрекозы.

5) Дрейфующий полет, как и парящий, невозможен без сил внешней среды. Под действием ветра и вертикальных потоков воздуха мелкие насекомые (мошки, тля) могут преодолевать значительные расстояния, до десятков тысяч километров. Это способствует их расселению, но иногда может быть для них и губительным: они не способны сопротивляться сильному ветру и погибают, если поток воздуха принесет их в воду или по пути они будут уничтожены хищниками. 6) Активный полет возможен благодаря активным движениям крыльев. Насекомое осуществляет колебательное движение крыльями, которые и обеспечивают его перемещение вперед и вверх. Активное перемещение разделяют на две основных разновидности:

a. Машущий полет , осуществляемый при помощи высокоамплитудных взмахов крыльев, во время него насекомое движется относительно земли.

b. Стоячий (трепещущий) полет при котором насекомое производит крыльями мелкие движения, при этом оно висит в воздухе, но не летит вперед.

Способность к машущему полету имеют все крылатые отряды, а зависание могут продемонстрировать лишь мухи, бабочки и некоторые другие, довольно немногочисленные насекомые. При этом во время зависания на месте кончик крыла описывает фигуру восьмерки. Если же насекомое смещается вперед, эта фигура «растягивается», и крыло «рисует» синусоиду.

Скорость и дальность полета зависит от размеров насекомого, чем меньше его размеры, тем труднее ему противиться потоку воздуха, и тем больше усилий надо прикладывать для перемещения. Поэтому быстрее всего летают средние и крупные мухи, бабочки и стрекозы.

Жуки им в этом уступают: с увеличением размера тела жесткокрылые становятся более тяжелыми и неповоротливыми. Так, например, бабочка бражника в полном безветрии способна перемещаться на 15 м за одну секунду (54 км/ч) , а у майского хруща в тех же условиях скорость полета оказывается «всего» 3,5 м/с (12,6 км/ч).

Насекомые летают достаточно быстро, и их маневренность зависит от активности работы крылового аппарата. Чем больше крылья и чем легче тело, тем меньше частота колебаний крыла требуется для движения. Например, для бабочки махаона частота взмахов крыльев в секунду составляет 85, а шмель, с его тяжелым телом и маленькими крылышками, вынужден совершать до 240 биений в секунду. Двукрылым, требуется работать крыльями еще интенсивнее, так, комар-дергун совершает 1046 колебаний в секунду.

Внешние условия, такие, как ветер и дождь, очень сильно влияют на возможность полета. Обычно насекомые стараются не взлетать при неблагоприятных условиях среды. Однако у некоторых существуют весьма необычные взаимоотношения с природными явлениями. Например, при скорости ветра до 0,7 м/с синие мясные мухи летают очень активно. Однако, как только показатель достигнет больших величин, полет этих двукрылых затруднен.

Во время расселения или миграций насекомые порой могут совершать достаточно длительные перелеты, но на это способны не все. Например, большинство мух в спокойных условиях преодолевают несколько метров, а затем присаживаются отдохнуть. Если лишить их такой возможности, они пролетят чуть больше километра, а затем устанут и упадут. Другие же достаточно сильны для того, чтобы перелетать на куда большие расстояния. Например, стрекоз видели посреди Карибского моря более чем за 500 км от ближайшего участка суши. Если учесть, что такое насекомое обладает достаточным запасом сил, чтобы вернуться назад, оно показывает фантастические результаты выносливости.

Математическое моделирование при оптимальном планировании эксперимента

Рассматриваемая система движется в пространстве под действием сил, возникающих при взаимодействии звеньев с воздушной средой. Эти силы приложены в точках Аi . Кроме этого, на трехзвенник действуют силы веса, приложенные в точках Ci. Для удобства, в дальнейшем будем считать, что точки Аi совпадают с Ci, а крыло представляет собой тонкую однородную недеформируемую пластинку площадью S=2l d. Здесь обозначено: 2l, d соответственно, длина и ширина крыла.

Приближенно сила, возникающая при движении крыла определяется по формуле: где C - безразмерный коэффициент лобового сопротивления, r -плотность вязкой среды, S - эффективная площадь пластинки (крыла), V -скорость движения центра тяжести крыла в воздухе. Анализ этой формулы показывает, что подъемная сила крыла может изменяться в зависимости от скорости движения крыла и его площади. Если управлять этими параметрами по соответствующему закону, можно получить заданное движение корпуса в пространстве. Рассмотрим влияние скорости центра масс крыла на формирование подъемной силы.

При периодическом движении звена, скорость можно представить в виде: частота вибраций, а A –амплитуда колебаний. Если полупериоды смещений “туда” и “обратно” немного различаются – что даёт соответствующую разность частот D f – то для средней силы, получаем выражение

Покажем, что при значениях параметров, характерных для работающих крылышек пчелы, сила вибрационной тяги вполне способна удерживать насекомое в воздухе, если длительность махов вниз на 15% короче длительности махов вверх, т.е. если D f/f=0.15. Пусть робот весит около 0.1 г, поэтому сила, удерживающая её в воздухе, должна составлять около 10"3 Н. Частота вибраций крылышек пчелы изменяется от 200 до 250 Гц. Эффективная площадь одного крылышка составляет около 3-Ю"5 м2, так что S=6- 10 5 м2; половинный размах вибраций есть А=5- 10 3 м. Коэффициент лобового сопротивления С определяют эмпирически; он зависит от числа Рейнольдса.

При плотности воздуха р =1.3 кг/м3 и его динамической вязкости 1.82-10 5 Па-с [3], характерное для работающих крылышек пчелы число Рейнольдса, соответствующее средней скорости взмаха, составляет 103. При этом, для случая сферы С-0.4 [2], и, значит, для нашего случая С 4. Используя названные значения параметров, получаем, что, при различии длительностей махов вверх и вниз на 15%, вибрационная тяга на частоте 200 Гц составляет 0.92- 10"3 Н, а на частоте 250 Гц - 1.44- 10"3 Н. Требуемое значение 10 3 Н попадает в полученный интервал - и, значит, вибрационная тяга должна удерживать робота в воздухе при подходящем выборе частоты вибраций. Выбирая необходимую частоту этих вибраций, робот либо набирает высоту, либо “висит” на одной высоте, либо снижается.

Теперь рассмотрим влияние изменения площади крыла. Будем считать, что положение крыла при движении вверх изменяется по отношению к положению крыла при движении вниз. То есть пластина крыла поворачивается на угол 90 относительно оси OjYj практически мгновенно, в момент, когда крыло занимает крайнее положение вверху или внизу. Такой характер движения крыла позволяет изменить площадь крыла в десятки раз и создать асимметрию в законе, определяющем действие подъемной силы Fj и F3 . В этом случае даже при симметричном законе движения крыльев относительно корпуса V=0)Acoso)t Удается получить среднее значение подъемной силы не равное нулю. Действительно, для положительных значений скорости V , то есть при подъеме крыла, сила сопротивления значительно меньше, чем при отрицательных значениях скорости V. Fвибр = Fлоб =

Упрощенная схема движения крыла с переменной площадью для частного случая расположения поворотного шарнира при i =900 и при горизонтальном расположении корпуса показана на рис. 2.3.

Плоская схема движения крыла относительно корпуса при вертикальном расположении корпуса и угле установки шарнира равном Если площадь крыла уменьшается при движении крыла вверх и увеличивается при движении вниз , то средняя за период сила не равна нулю. Это позволяет получить подъемную силу обеспечивающую полет инсектоптера. Площадь крыла может изменяться в результате конструктивных особенностей крыла. Такой метод управлением подъемной силой называют пассивным. Другой способ заключается в повороте крыла на заданный угол под действием привода - этот способ назван активным.

На рис. 2.4 приведена плоская схема движения крыла с переменной площадью при произвольном расположении корпуса и произвольном угле установки шарнира равном ai . Здесь показаны условные системы координат и углы j21,j10 определяющие положение корпуса и крыльев.

Пусть на трехзвенник действуют две подъемные силы F1, `F3 вызванные взаимодействием крыльев с воздушной средой, приложенные к точкам С1, С3 соответственно и силы тяжести звеньев mig , а также силы возникающие в результате движения воздуха относительно корпуса (возмущающее воздействие). Силы Fj имеют проекции, параллельные осям ОД. Это подъемные силы, удерживающие объект в воздухе. Векторы этих сил в неподвижной системе координат определим по формулам: Математическое моделирование сложных динамических систем может быть успешно использовано при параметрической оптимизации различных технологических процессов, электрических систем управления, механических объектов.

Для решения этой задачи удобно применять вычислительный эксперимент, основанный на планировании эксперимента – процедуры, основанной на зондировании многомерного пространства варьируемых параметров по специальному плану, позволяющему выбрать условия проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. Далее решается задача аппроксимации с помощью гладкой поверхности второго порядка, полученных экспериментальных точек. Завершается решение определением оптимального вектора варьируемых параметров. Для решения задач оптимального синтеза планирование эксперимента позволяет: - минимизировать общее число опытов; - одновременно варьировать всеми переменными, определяющими процесс; - использовать математический аппарат, формализующий многие действия экспериментатора.

Процесс решения задач, при котором ищутся наилучшие условия реализации процесса, называется оптимизацией.

При решении задач оптимизации выбирается критерий оптимизации и его зависимость от ряда факторов. Такая зависимость называется математической моделью объекта исследования: где К - критерий оптимизации; х; - варьируемые факторы; п -количество факторов. Под фактором будем подразумевать измеряемую переменную величину, принимающую в некоторый момент времени определённое значение.

Каждый фактор имеет свою область определения. Требования, предъявляемые к факторам: управляемость, точность, однозначность.

Интервалом варьирования факторов называется некоторое число, прибавление которого к основному уровню дает верхний, а вычитание -нижний уровень факторов. То есть интервал варьирования - это расстояние на координатной оси между основным и верхним (или нижним) уровнями. Для упрощения записи условий эксперимента и обработки экспериментальных данных масштаба по осям выбираются так, чтобы верхний уровень соответствовал +1, нижний -1, основной - нулю. Таблица 1. Уровни факторов

Используя трехфакторный трехуровневый план Рехтшафнера, получили вектор-столбец значений варьируемых параметров, соответствующих максимуму функции аппроксимации. В ходе проведенных 10 экспериментов по рабочей матрице планирования была получена матрица скорости перемещения в зависимости от уровней факторов Таблица 2. Рабочая матрица планирования

При выполнении третьего этапа движения график скорости имеет резко изгибающийся участок. Его появление обусловлено резким ростом момента, действующего на третье звено (его значение на этом этапе – 5 н м). Этот участок исчезает, и график скорости приобретает более ровный вид при приложении к звеньям единичных моментов. Однако, в таком случае, время, затрачиваемое на выполнение третьего этапа, соответствующего возврату третьего звена в исходную позицию, растет, а средняя скорость – падает.

Сравнение графиков, представленных на рис. 3.25 показывает, что рост модуля управляющих моментов приводит к значительному росту средней скорости подъема робота, но эта зависимость не пропорциональная. Таким образом, полученные результаты показывают работоспособность созданной модели, описывающей движение многозвенного робота.

1. Разработан алгоритм и методика расчета параметров, определяющих положение звеньев инсектоптера в режимах отрыва от поверхности , полета в горизонтальной плоскости и зависания. Определены возмущающие и управляющие воздействия, действующие на трехзвенник в различных режимах движения.

2. Проведены исследования колебаний корпуса инсектоптера при зависании для пропорционального регулятора. Получены зависимости амплитуды колебаний корпуса от частоты внешнего периодического воздействия для различных значений коэффициента вязкого сопротивления и коэффициента усиления. Установлено, что имеет место резонансный характер изменения амплитуды от частоты, проявляющийся при совпадении частот внешнего воздействия с собственной частотой.

3. Научно обоснована методика параметрической оптимизации, основанная на проведении вычислительного эксперимента по плану Рехтшафнера. Разработан программный комплекс, позволяющий определить оптимальные параметры робота и параметры регулятора системы управления в зависимости от задаваемых исходных параметров.

4. Изучены основные закономерности движения мобильной многозвенной системы в режимах вертикального взлета, посадки движения по заданной траектории и выявлен нелинейный характер зависимостей, показана возможность их аппроксимации полиномом второго порядка.

Моделирование системы автоматического управления средствами MATLAB

Анализ литературных источников показывает, что созданные в последние годы инсектоптеры, управляются оператором на основе визуального контроля положения робота в пространстве. Разработка таких устройств имеет ряд особенностей, связанных с тем, что оператор вынужден постоянно следить за положением аппарата в пространстве, предвидеть возможность столкновений инсектоптера с препятствиями и своевременно подавать управляющие воздействия на приводыкрыльев и хвостового оперения. Это требует серьезной подготовки и тренинга оператора. Такой подход обладает такими существенными недостатками, как ограниченная область применения мобильных роботов, вызванная необходимостью поддержки связи с постом оператора; сложность управления на уровне действий, приводящая к быстрому утомлению оператора; сложность выработки адекватного управления на основе телеметрических данных.

Более перспективным является система управления движением с применением автономных устройств навигации и определения препятствий. Режим автономного управления позволяет роботу перемещаться в пространстве в самостоятельном режиме независимо от действий оператора.

Аналогичные проблемы возникают при эксплуатации любых беспилотных летательных аппаратов, в том числе и мультироторных систем[].

Автономный полет инсектоптера можно разложить на несколько этапов , которые осуществляются под действием управляющих воздействий, поступающих со стороны бортовой системы управления. В первую очередь осуществляется отрыв от опорной поверхности и взлет. Далее происходит набор высоты в соответствии с выбранным законом изменения вертикальной координаты, после этого устройство начинает движение в горизонтальной плоскости в заданную точку пространства. В этой точке обычно реализуется режим зависания, позволяющий производить разведку местности видеосъемку и осуществлять необходимые измерения. После выполнения задания инсектоптер возвращается в исходную или любую определенную в задании точку и осуществляет посадку. Очевидно, что при проектировании бортовой системы автоматического управления автономным полетом, необходимо решить задачи определения реальных координат робота путем обработки данных, поступающих с датчиков, согласования их с заданными в памяти, нахождение управляющих напряжений по отклонениям реальных координат от заданных.

Особый интерес представляет режим стабилизации инсектоптера, характеризующийся способностью аппарата зависать в воздухе на заданной высоте и производить мониторинг окружающей среды. Такой режим удобнее осуществлять автономно с помощью бортовой САУ. Установленные в системе управления GPS – навигатор, акселерометр и бародатчик, помогают выполнить эту задачу. Для правильного понимания работы приводов рассмотрим САУ привода крыла инмектоптера.

Так как при фиксированном возбуждении двигатель имеет две степени свободы(одну механическуюи одну электрическую), то необходимо иметь для него два исходных дифференциальных уравнения. Первое уравнение может быть получено, если записать второй закон Кирхгофа для цепи якоря; второе же представляет собой закон равновесия моментов на валу двигателя.

Используя встроенные средства среды Simulink, получим график переходного процесса системы, при воздействии на неё единичного ступенчатого сигнала (рис. 4.3).

Из графика можем определить следующие параметры система автоматического управления:

Исходя из этих данных, можно сделать вывод о том, что система автоматического управления не соответствует техническому заданию (по пунктам время переходного процесса и величина статической ошибки ) и нуждается в корректировке. В качестве корректирующего звена выберем ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальный) регулятор.

Для настройки ПИД регулятора – определения значений пропорционального, дифференциального и интегрального коэффициентов – воспользуемся встроенными средствами среды Simulink.

Подбор коэффициентов будем осуществлять с помощью блока NCD OutPort. Включим его в схему, как показано на рисунке 4.4.

При исследовании дискретных систем вместо р используется новая переменная z = e pT . Конформное преобразование z = e pT отображает левую полуплоскость плоскости р в область, ограниченную окружностью единичного радиуса на плоскости z, при этом мнимая ось отражается в саму эту окружность.

Трехосевой компас Grove - 3-axis Compass v1.0b оснащен высокочувствительными магнито-резистивными датчиками HMC118X и 12-разрядным АЦП. Заявленная точностью компаса до 2. Датчик оснащен усилителем сигнала, и компенсацией смещения. Модуль также включает в себя микросхему MIC5205-3.3. что позволяет питать датчика от источника с напряжением 3,3 - 6В постоянного тока.

Для беспроводного управления, передачи и приема данных используется радиомодуль. Выбираем RFM100 с контактами по краю и отверстиями под штырьки с шагом 1.5 мм. Радомодуль имеет 100 канала, мощность до 5 мВт, буфер данных, авто пере-передача, режим "баст", подтверждение. Возможна работа в радио сети типа "звезда" 1:6. Частота около 2400 Мгц, высокая скорость передачи, интерфейс SPI до 9 Мгц.

Похожие диссертации на Динамика управляемого пространственного движения трехзвенного аппарата с электромеханическим приводом по заданной траектории