aeshnik


Уменьшая скорость роста энтропии вселенной


Previous Entry Share Next Entry
Определение требований к подсистеме
aeshnik
Посты, описывающие работу с другими подсистемами, в соответствии с жизненным циклом системы:
1. моделирование механических систем в SimMechanics;
2. этот пост;
3. выбор варианта структурной реализации исполнительного устройства;
4. настройка модели Simulink для симуляции в реальном времени.
===

Еще один пост в раздел "ликбез". Как и с прошлым постом, в этом приводятся пошаговые действия, которые можно легко повторить. Необходимые материалы - модель элерона - доступны по ссылке.

Перед тем, как я начну, определимся с кое-какими понятиями. Эти определения не строгие, но достаточны для того, чтобы понять, о чем дальше будет идти речь.
1. Система - набор компонентов, связанных таким образом, чтобы система удовлетворяла поставленным требованиям. При этом система - это больше, чем сумма тех же компонентов, из которых она состоит. Подборку терминов, определяющих систему с привязкой к разным эпохам можно посмотреть в книге Systems Engineering: A 21st Century Systems Methodology, Dereck Hitchins (самое начало, после preface).
2. Архитектура - описание системы через функциональные компоненты и связи между ними. Архитектура появляется на основании требований к системе, описывает принцип работы подсистем в рамках системы (как компоненты взаимодействуют друг с другом, чтобы система могла выполнять требуемые функции). При этом в архитектуре не говорится ничего о том, как компоненты должны быть реализованы. Например, считаем, что есть какой-то компонент, который должен будет двигать нагрузку. Это архитектура. А какой это будет компонент - электропривод или гидросистема - архитектура не знает. Об этом знает структура. (Предметнее и четче в книге Systems Engineering Principles and Practice, 2nd Edition; Kosiakoff et al., раздел 8.8 - легко гуглится pdf).

Договоримся, что мы разрабатываем систему элерона (того, чем самолет рулит: на крыле можно найти эту двигающуюся часть, отклоняющую поток воздуха и заставляющую самолет, в зависимости от того, как элероны на разных концах крыла друг относительно друга повернуты, крениться или изменять угол тангажа - "качать крыльями" и "кивать носом"). Чтобы эта система свою функцию выполняла, в ней должен быть компонент, отклоняющий поток воздуха. Договоримся, что это будет большая плоскость, которую встраивают в крыло (я говорю о нем в единственном числе, потому что у самолета нет двух крыльев - на самом деле это одно большое крыло с левой и правой частью). Эта плоскость как-то крепится к тому, что должно ее двигать. И вот договоримся, что мы разобрались на текущей стадии с механической частью - плоскость такая-то, состоит из такого-то материала, к ней прицеплена такая-то механика, которую нужно двигать, чтобы двигать уже эту плоскость. Осталось выбрать то, что будет двигать.

А как это сделать? Железки настоящей еще нет - никаких экспериментов не провести. Да и стоит ли железку делать? Может, мы структурную реализацию подсистемы выбрали такую, что никаким устройством ее не сдвинешь. Нужно посчитать. На математической модели. Математическую модель элерона мы сделали в прошлом посте цикла "ликбез". Теперь попробуем при помощи математической модели определить требования к исполнительному устройству - тому, что должно железку двигать.

Итак, элерон должен поворачиваться на заранее определенный угол. Исполнительное устройство должно сокращаться и расширяться. Однако, в документе с требованиями нет нужной для проектирования информации.
Рис. 1. Элерон.
Рис. 1. Элерон и исполнительное устройство.

Мы не знаем, какое усилие требуется от исполнительного устройства. Мы будем использовать SimScape и SimMechanics, чтобы создать модель элерона и системы с исполнительным устройством. Эта модель поможет нам определить требования и включить их в документ. Мы будем использовать модель идеального исполнительного устройства из Simscape и трехмерную модель элерона, описанную в SimMechanics. С помощью этой модели мы сможем определить усилие, которое потребуется для слежения за заранее определенным значением углового положения элерона.

На рис. 2 представлена модель, с которой мы будем работать. У нас есть трехмерная модель элерона, описанная в SimMechanics.
Рис. 2. Модель элерона, описанная в SimMechanics.
Рис. 2. Модель элерона, описанная в SimMechanics.

Она связана с моделью исполнительного устройства, описанной в Simscape (рис. 3), и системой управления, описанной в Simulink (рис. 4).
Рис. 3. Идеальное исполнительное устройство.
Рис. 3. Идеальное исполнительное устройство.

Рис. 4. Система управления.
Рис. 4. Система управления.

Исполнив модель, мы увидим, насколько хорошо система отслеживает желаемую траекторию. Желаемая траектория (значения углового положения элерона относительно времени) показана на графике розовым цветом (рис. 5).
Рис. 5. Действительные и желаемые значения углового положения.

В SimMechanics Explorer можно видеть трехмерную анимацию поведения механической системы.

Нам необходимо добавить в документ с требованиями информацию о том, какое усилие должно генерировать исполнительное устройство, чтобы совершить такое перемещение. На этом виртуальном осциллографе на рис. 6 показано, сколько силы нужно приложить и в какой момент. Эти ограничения можно добавить в документ с требованиями. Эта информация поможет определить размеры исполнительного устройства.
Рис. 6. Требования к исполнительному устройству.

Ниже можно найти видеозапись демонстрации.

?

Log in

No account? Create an account