Диссертация (1025300), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Указанная операционная система должна бытьсистемой реального времени (ОСРВ), в противном случае не представляетсявозможным выполнить основное требование к рассматриваемым моделямдинамики колесных машин. Поскольку ОСРВ не предназначены для работыпод их управлением серьезных графических приложений подобные задачимогутбытьрешенысоответствующейграфическойоболочкойподуправлением операционной системы, отличной от ОСРВ [41].В рамках выполнения данного исследования математическая модельдинамики криволинейного движения колесной машины «реального времени»функционирует под управлением ОСРВ QNX 6.4.0 [78], а соответствующая150графическая оболочка, реализованная на языке высокого уровня C# - подуправлением Windows 7.
При проведении исследований с использованиемИММРВМКШуправлениевиртуальнымтранспортнымсредствомосуществляется при помощи рулевой приставки, в состав которой такжевходят педали акселератора и тормоза. На Рис. 4.4 представлен внешний видуказанного комплекса при проведении работ с ИММРВ МКШ вне объекта.Рис. 4.4. Внешний вид рабочего места при организации взаимодействия сИММРВ МКШ вне объектаОдной из основных задач, которая может быть решена на текущемэтапеметодадинамическихразработки,характеристикявляетсяСУЭНРКподтверждениезаданнымсоответствиясостороныТЗтребованиям, которые непосредственно вытекают из технических требованийТТЗнаразрабатываемыйдинамическимобъектхарактеристикамколеснойсистемытехники.Куправленияподобнымотносятсябыстродействие, допустимый диапазон частот изменения входных сигналови допустимая скорость изменения выходных параметров (управляющихсигналов),вырабатываемыхСУЭНРК.БыстродействиеСУЭНРК151определяется задержками, выражающими во временах реакции СУ ЭНРК(изменение состояния исполнительного привода) при соответствующемизменении величины входного параметра.Система управления нагружателем рулевого колеса является цифровойсистемой управления на основе микропроцессорных модулей.
Построениеподобных систем осуществляется в соответствии со структурной схемой,представленной на Рис. 4.5, которая позволяет наглядно продемонстрироватьосновные виды временных задержек, характерных для цифровых системуправления.Рис. 4.5. Структурная схема цифровой системы управленияНа основе представленной структурной схемы цифровой системыуправления можно выделить следующие виды задержек [1]:- задержка преобразования аналогового сигнала в цифровую форму;- задержка при выполнении цифровой обработки входного сигнала(фильтрация, цензурирование и т.
д.);- задержка вычисления процессорным модулем требуемой величиныуправляющего воздействия на основе входных параметров;-задержкапреобразованияуправляющихвоздействийвсоответствующие команды исполнительным устройствам;-задержкаотработкиисполнительнымиустройствамикомандуправления;- задержка корректировки текущего положения исполнительногопривода.152Общая величина задержки реакции системы управления при работе сматематической моделью «реального времени» может быть определена какколичественным, так и качественным путем.
Программные средства ОСРВпозволяют осуществлять работу непосредственно с аппаратными таймерамиперсонального компьютера, за счет чего достигается оценка временныхинтервалов с точностью до 1 мкс. Определенные подобным образом временареакцииСУЭНРКнауправляющиевоздействиясравниваютсясустановленными в ТЗ требованиями. Качественная оценка быстродействияСУ ЭНРК может быть определена при выполнении тестовых виртуальныхманевров с последующей оценкой их прохождения на основе заданныхкритериев.По результатам всех указанных выше способов оценки текущегобыстродействияразрабатываемойсистемыуправлениянагружателемрулевого колеса принимается решение о соответствии или несоответствиифункционированияустановленнымтребованиям.Вслучаенеудовлетворительных результатов возможны следующие корректировкиаппаратной и программной частей СУ ЭНРК:- увеличение быстродействий аппаратной части аналого-цифровыхпреобразователейвходныхсигналовидрайверовуправленияисполнительными приводами;- изменение параметров программного модуля цифровой обработкисигналов;- уменьшение времени основного цикла управляющей программымикропроцессора СУ ЭНРК;- изменение исходных алгоритмов управляющей программы;- переход на более быстродействующие микропроцессорные системы.Большинство из представленных вариантов решения проблемынедостаточного быстродействия связано с изменением аппаратных ресурсовСУ ЭНРК, что влечет за собой, как правило, значительные временныепотери.
Выполнение подобных корректировок на ранних стадиях ОКР (до153автономных испытаний СУ ЭНРК и работ в составе изделия) не повлияетсущественным образом на время выполнения ОКР в целом и не приведет кдополнительным значительным финансовым затратам, которые могут бытьсвязаны, например, с повторным прохождением автономных испытаний СУЭНРК при существенном изменении аппаратной части. Данный фактподчеркивает преимущества проектирования СУ ЭНРК с использованиеммоделей «реального времени» динамики колесной машины.Подтверждение выполнения со стороны проектируемой СУ ЭНРКтребований по частотному диапазону изменения входных параметров искоростиизмененияуправляющихвоздействийтакжецелесообразнопроизводить на начальных этапах с применением математических моделей«реального времени».
Некорректная реакция СУ ЭНРК на высокочастотныйвходнойсигналиливысокаяскоростьвозрастанияуправляющеговоздействия при работе СУ ЭНРК в составе объекта могут привести к самымразличнымпоследствиям:травмированиеводителя-испытателяилисерьезные повреждения опытного образца объекта.
Данные факты будутявляться существенными основаниями для приостановки ОКР и выявленияпричин указанного поведения. В данном случае также усложняетсядиагностика и установление истинных причин нарушения работы СУ ЭНРК,поскольку отсутствует какая-либо возможность воспроизвести аварийнуюситуацию. Упомянутые проблемы могут быть полностью исключены приработе опытного образца СУ ЭНРК с имитационной моделью динамикиколесного шасси «реального времени». Данный факт также отражаетположительный эффект от предлагаемого метода разработки СУ ЭНРК.Представленные факты свидетельствуют о том, что совместная работаопытного образца системы управления нагружателем рулевого колеса исоответствующей математической модели «реального времени» на раннихстадиях ОКР позволяет выявить весьма серьезные проблемы и ошибки вфункционировании проектируемой системы управления.
Также нельзяисключать, что при выполнении работ с ИММРВ МКШ будет установлена154невозможность реализации исходного алгоритма работы СУ ЭНРК (базовогозакона управления) с соблюдением установленных в ТЗ на СУ ЭНРКтехнических требований. В данном случае возможен возврат к этапу 1описываемого метода разработки с целью корректировки текущего илипоиска и первичной отработки нового алгоритма управления. Осуществлениепереходов между этапами 1 и 2 метода разработки на начальных стадияхвыполнения ОКР не влечет за собой значительного увеличения сроковисполненияОКРвцеломисопровождаетсянесущественнымидополнительными финансовыми затратами.
В свою очередь, возврат отэтапа 3 к этапам 1 или 2 может привести к самым неблагоприятнымпоследствиям, связанным с выполнением ОКР.При существующем подходе к выполнению СЧ ОКР, направленной наразработку бортовой системы управления, нередки случаи, когда припроведении заводских или предварительных испытаний объекта колеснойтехники выявляются существенные проблемы в работе какой-либо бортовойСУ.
Устранение выявленных проблем может занять значительное время,втечение которого эксплуатация опытного образца объекта становитсяневозможной. Данный факт, в свою очередь, оказывает значительное влияниена сроки выполнения всей ОКР.4.4. Этап 3 метода разработки. Работа по схеме «Реальная системауправления – Реальный объект»Этап3методаразработкипредусматриваетнепосредственноефункционирование разрабатываемой СУ ЭНРК в составе опытного образцаобъекта колесной техники с выполнением требуемых задач управления иконтроля.Данныйэтапрассматриваемогометодапроектированияпрактически не отличается от текущего порядка разработки СУ ЭНРК заисключением того, что к настоящему моменту СУ ЭНРК уже прошлапереченьотладочныхмероприятийпрограммногообеспеченияисоответствующих проверок аппаратной части, что делает поведениепроектируемой СУ ЭНРК и всего объекта в целом более предсказуемым.155Помимо указанного факта предварительная работа СУ ЭНРК с ИММРВМКШ минимизирует время выполнения отладочных мероприятий СУ ЭНРКв составе объекта.
Целью 3-его этапа метода разработки являетсяподтверждение соответствия текущих характеристик объекта заданнымтактико-техническим требованиям.4.5.Реализацияметодаразработкизаконовуправленияэлектронагружателем рулевого колесаНеобходимымусловиемдляреализациипредлагаемогометодаразработки является наличие верифицированной математической модели«реального времени», обеспечивающей имитацию объекта колесной техники(или непосредственно объекта управления – отдельной системы из составаколесной машины) с достаточной для проектируемой системы управленияточностью [101].Имитационная математическая модель «реального времени» должнабыть реализована до начала разработки системы управления нагружателемрулевого колеса. Также должна быть выполнена верификация ИММРВ МКШи подтверждена ее адекватность с точки зрения СУ ЭНРК. Данный переченьмероприятий может быть осуществлен в ходе НИР, предшествующей ОКР.Разработка ИММРВ МКШ производится, как правило, но основематематической модели, работающей в режиме «непрерывного времени»[105].
После перевода математической модели «непрерывного времени» врежим«реальноговремени»осуществляетсяопределениеперечняпараметров движения колесного шасси, участвующих в алгоритмахфункционирования разрабатываемой СУ ЭНРК, и допустимого диапазона ихизменения. По результатам указанных работ производится подтверждениеадекватности функционирования ИММРВ МКШ, а также определениеточности численного интегрирования математической модели, достаточнойдля организации взаимодействия с проектируемой СУ ЭНРК и необходимойдля удовлетворения требований по работе в режиме «реального времени».
Вслучае если требуемая для работы СУ ЭНРК точность имитационногомоделирования не позволяет выполнять численное интегрирование с156необходимым быстродействием следует осуществить переход на другуюаппаратную платформу для моделирования, либо применить иной численныйметод реализации.При удовлетворительных результатах верификации и подтвержденииадекватности математической модели «реального времени» она считаетсяпригодной для разработки СУ ЭНРК, а также для исследования объектаколесной техники.Применение рассматриваемого метода разработки при проектированииСУ ЭНРК невозможно без подтверждения его корректности. Данный вопростакже рассматривается в ходе настоящего исследования, а его решениескладывается из следующих пунктов:- проверка возможности отработки параметров базовых законовуправления с применением математической модели «реального времени»объекта колесной техники;- организация взаимодействия имитационной математической модели«реального времени» колесной машины с действующим образцом СУ ЭНРКи подтверждение адекватности функционирования ИММРВ МКШ приданном режиме работы.Реализация первого пункта рассматривается в главе 5 настоящегоисследования и заключается в определении параметров закона формированиямомента сопротивления на рулевом колесе, описанного выражением (3.1).Реализация второго пункта выполнена в ходе работ в составе объектаспециальной колесной техники при организации взаимодействия бортовойсистемы управления электронагружателем рулевого колеса с имитационнойматематической моделью «реального времени» криволинейного движенияМКШ.
Описание данного вида работ представлено в главе 3, там жерассматривается порядок верификации ИММРВ МКШ во взаимодействии сфизическойсистемойуправлениянагружателемрулевогоколеса, иприводятся положительные результаты проверки адекватности ИММРВМКШприданномрежимеработы.Наоснованиипредставленнойинформации работоспособность рассматриваемого метода разработки СУЭНРК подтверждается.157Глава 5. Исследование базового закона управлениянагружателем рулевого колеса с использованием методаразработки5.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
