aeshnik


Уменьшая скорость роста энтропии вселенной


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

В прошлом посте ликбеза я написал про определение требований к подсистеме. До предыдущего поста мы знали, что в системе есть объект, который нужно перемещать. После предыдущего поста (и, внезапно, перед текущим - сейчас) мы знаем, что для того, чтобы этот объект перемещать, ответственная за это подсистема должна выдавать определенное (мы его численно посчитали) усилие. Но мы до сих пор не знаем, как эта подсистема должна быть реализована. То есть, мы знаем, что есть вот такой функциональный блок, а как его структурно в системе реализовать - пока что нет.

Этот функциональный блок (исполнительное устройство) можно сделать разным: гидравлическим (то, чем перемещается оборудование экскаватора, например, - гидравлическое исполнительное устройство), электрическим (не типичный пример: на некоторых маршрутных такси в Москве и Московской области на двери ставят электромоторчики), пневматическим (обычно пневматика открывает двери в нормальном общественном транспорте). У всех есть свои преимущества и недостатки, известные из теории. Но нам, имея числовые требования к подсистеме, хотелось бы не просто исходя из теоретических представлений выбрать подходящее, но сразу же применить его ко всей системе и посмотреть, будет ли оно работать. Натурные испытания дороги или недоступны, поэтому мы будем использовать моделирование. Модель переиспользуем из предыдущего этапа разработки (описан в прошлом посте).

Модель, которую я использую в публикации, можно загрузить, и поиграть с ней самостоятельно.

Будем выбирать между двумя вариантами реализации: гидравлическим и электрическим. Предположим, что ранее ответственные сотрудники получили задание разработать модели таких подсистем. Теперь у нас есть эти модели. Осталось внедрить их в модель всей системы и провести эксперимент. О том, как создавать модели гидравлических и электрических систем (на манер примера с механической системой) я расскажу в следующих постах "ликбеза".

Система, с которой мы работаем, представлена на рис. 1. Структура модели механической системы рассмотрена в предыдущем посте, поэтому здесь мы не тратим на нее время.
Рис. 1. Система управления элероном.
Рис. 1. Система управления элероном.

Система состоит из элерона (объекта, который необходимо перемещать по заданной траектории), исполнительного устройства и системы управления. Идеальное исполнительное устройство представлено на рис. 2. Этот вариант подсистемы мы использовали раньше при определении требований к исполнительному устройству.
Рис. 2. Идеальное исполнительное устройство.

Будем сравнивать результаты моделирования различных вариантов реализации подсистемы с эталонными - для идеального исполнительного устройства (рис. 3).
Рис. 3. Результаты моделирования системы с идеальным исполнительным устройством.
Рис. 3. Результаты моделирования системы с идеальным исполнительным устройством.

Модель гидравлического исполнительного устройства приводится на рис. 4.
Рис. 4. Модель гидравлического исполнительного устройства.
Рис. 4. Модель гидравлического исполнительного устройства.

Эта модель состоит из насоса переменного объема, подпиточных клапанов, предохранительных клапанов, цилиндра двустороннего действия. Создание модели гидравлической системы будет рассмотрено в следующих постах ликбеза. Модель электропривода привода представлена на рис. 5.
Рис. 5. Модель электропривода.
Рис. 5. Модель электропривода.

В этой модели мы увидим двигатель, червячную передачу, ходовой винт, инкрементный круговой датчик положения (датчик Холла) для измерения скорости двигателя, другие компоненты. Создание этой модели также будет рассмотрено в следующих постах.

Для проведения эксперимента будем использовать скрипт (программу) MATLAB. Этот скрипт можно найти в архиве с моделью (Aileron_EH_Test_Electrical_Hydraulic.m). В этом скрипте описана последовательность исполнения модели с тремя различными вариантами исполнительных устройств. После каждого моделирования результаты сохраняются в MATLAB Workspace. Отметим, что варианты моделей подсистем, применяемые при симуляции, зависят от значения параметра. То есть, варианты моделей легко переключать не только при помощи контекстного меню мышкой, но и из программы, автоматизирующей эксперимент. Это реализовано с помощью Configurable Subsystem. Заметим, что этот вариант менее гибкий и функциональный, чем Variant Subsystem. О том, чем они отличаются и как переходить от старого (первого) к новому можно почитать в англоязычном посте.

Результаты моделирования представлены на рис. 6.
Рис. 6. Результаты моделирования с тремя вариантами исполнительного устройства.
Рис. 6. Результаты моделирования с тремя вариантами исполнительного устройства.

Можно видеть, насколько хорошо системы с различными исполнительными устройствами отслеживают желаемую траекторию, сколько силы требуется от исполнительных устройств. Очевидно, необходимо дополнительно настроить систему управления, чтобы система удовлетворяла требованиям, однако уже сейчас видно, что у нас есть очень простой способ сравнить различные варианты реализации компонентов системы в одной среде моделирования.

Дополнительные материалы:
- модель системы;
- определение требований к исполнительному устройству;
- моделирование механической системы (элерона) в SimMechanics;
- Configurable Subsystem (MathWorks Documentation);
- Time to convert to Variant Subsystems (MathWorks blog).

Видео, в котором показан пример.

?

Log in

No account? Create an account