Содержание к диссертации
Введение
1. Обеспечение подобия в тренажерах подвижных наземных объектов
1.1. Введение 11
1.2. Тренажер - физическая модель реального объекта 12
1.2.1. Классификация тренажеров 15
1.2.2. Виды тренажеров ПНО 20
1.2.3. Структура тренажера 25
1.3. Целевое оборудование в подвижном наземном объекте 34
1.3.1. Стабилизатор целевого оборудования ПНО 34
1.3.2. Стабилизатор оптического прибора ПНО 38
1.4. Возмущающие воздействия на ПНО и оператора 41
1.4.1. Сила отката при использовании целевого оборудования ПНО 41
1.4.2. Воздействие на ПНО при движении по'пересеченной 43 местности
1.5. Выводы 44
2. Моделирование движения кабины ПНО 46
2.1. Введение 46
2.2. Движение ПНО в трехмерном пространстве 47
2.2.1. Простейшая модель движения ПНО 49
2.2.2. Модель движения ПНО при использовании целевого оборудования 51
2.2.3. Модель движения ПНО при использовании целевого оборудования в движении 53
2.2.4. Продольно угловые перемещения 59
2.2.5. Поперечно угловые перемещения 63
2.3. Характеристики возмущающих воздействий 64
2.3.1. Сила отката при использовании целевого оборудования 64
2.3.2. Возмущающее воздействие дороги как случайный процесс 72
2.3.3. Случайное воздействие в поперечной плоскости 77
2.3.4. Спектральная плотность воздействия 78
2.4. Имитация воздействия микропрофиля дороги на ПНО 80
2.5. Выводы 82
3. Управление целевым оборудованием 84
3.1. Введение 84
3.2. Стабилизатор целевого оборудования ПНО 84
3.3. Модель стабилизатора оптического прибора ПНО 89
3.4. Модели приводов вертикального и горизонтального наведения 97
3.4.1. Модель привода вертикального наведения 97
3.4.2. Модель привода горизонтального наведения 109
3.5. Выводы 114
4. Создание измерительно-информационной системы тренажера оператора целевого оборудования ПНО 115
4.1. Введение 115
4.2. Общая структура тренажера 117
4.3. Статическое подобие тренажера 119
4.4. Структура информационных потоков тренажера 120
4.5. Сенсорная система тренажера 123
4.6. Создание информационного подобия 126
4.7. Динамическое подобие в тренажерах 130
4.7.1. Моделирование микропрофиля дороги 130
4.7.2. Моделирование подвески и приводов целевого оборудования 134 ПНО
4.8. Программная обработка данных в информационно-измерительной
системе тренажера 137
4.9. Выводы 141
Заключение 142
Литература
- Тренажер - физическая модель реального объекта
- Модель движения ПНО при использовании целевого оборудования
- Модель стабилизатора оптического прибора ПНО
- Структура информационных потоков тренажера
Введение к работе
Актуальность темы. Современные подвижные наземные объекты (ПНО) характеризуются постоянным усложнением процедуры управления ими. Большое количество сложных приборов и систем, одной из которых является информационно-измерительная система стабилизации целевого оборудования, приводит к ужесточению требований, предъявляемых к операторам, принимающим непосредственное участие в решении целевых задач. Ошибки, приводящие к невыполнению целевых задач и возникающие по причине неадекватной реакции операторов на быструю смену обстановки, составляют до 80 %, от общего количества аварийных ситуаций.
Сложность управления современными системами целевого оборудования ПНО определяет необходимость повышения степени динамического, статического и информационного подобия составных частей тренажера модулям информационно-измерительных систем реальных объектов. Эффективность любого тренажера зависит от качества навыков, получаемых оператором в процессе обучения, что в свою очередь определяет необходимость более точной имитации условий, в которых находится оператор, управляя целевым оборудованием ПНО. Тренажер ПНО, как физическая модель, представляет собой сложную информационно-измерительную систему, сенсорная подсистема которой, наряду с системами управления и исполнительными устройствами, входит в интерфейс человек/объект. Свойства именно этой подсистемы определяют качество тренажера, как физической модели, подобной реальному объекту. Методы проектирования тренажеров как физических моделей, реализующих принцип подобия реальным информационно-измерительным системам ПНО, проработаны слабо, что объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.
Общими вопросами теории подобия занимались П. М. Алабужев, В. Б. Геронимус, В. А.Веников, Г. В. Веников, М. В. Кирпичев, М. А. Мамонтов, Л. М. Минкевич, Б. М. Шелоховцев и др. Вопросы обеспечения подобия в
тренажерных комплексах за счет измерительно-информационных систем разрабатывали А. С. Бабенко, В. А. Боднер, Р. А. Закиров, В. С. Шукшунов, и др. Психологическими аспектами подобия занимались В. Ф. Венда, В. С. Зайцев и др. Исследования и моделирование спецоборудования ПНО проводили А. Н. Масанов, Е.В. Ершов, И.Е. Кущев и др.
В существующих трудах по предмету исследования определено, что при разработке тренажеров одним из важнейших этапов является этап создания аналитических моделей процессов, происходящих при управлении спецоборудованием реальных объектов. Полученные модели реализуются в виде аппаратных и программных средств, реализующих динамическое и информационное подобие. Из всех существующих подходов к разработке тренажеров наиболее продуктивным представляется подход, основанный на аналитических методах математического моделирования процессов в них, что позволяет целенаправленно планировать будущие свойства разрабатываемой динамической системы. Для этого в диссертации использованы: теория подобия, теоретическая механика, теория управления, теория случайных процессов.
Цель диссертационной работы состоит в разработке методов физического моделирования информационно-измерительной системы стабилизации целевого оборудования подвижных наземных объектов в тренажерах.
Задачи исследований.
Формирование математических моделей движения ПНО в трехмерном пространстве, необходимых для создания динамического и информационного подобия управления движением ПНО.
Исследование возмущающих воздействий на ПНО и оператора, возникающих при использовании целевого оборудования ПНО и при движении ПНО по пересеченной местности.
Разработка математического аппарата, имитирующего стабилизацию целевого оборудования ПНО в физической модели.
Получение зависимостей, позволяющих имитировать в физической
модели управление основными узлами и системами целевого оборудования ПНО.
Экспериментальная оценка адекватности полученных моделей реальному целевому оборудованию ПНО.
Упрощение полученных в диссертации математических моделей для использования их в тренажерах подвижных наземных объектов.
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
Сформулирована задача физического моделирования информационно-измерительной системы стабилизации целевого оборудования в тренажере с обеспечением необходимого уровня динамического и информационного подобия и предложен подход к ее решению.
Разработана математическая модель процессов функционирования целевого оборудования и управления им, ориентированная на создание эффекта подобия при обработке сигналов с датчиков имитаторов органов управления физической модели.
Разработана обобщенная математическая модель воздействий на объект с имитацией использования целевого оборудования и движения по пересеченной местности, воспроизведенная в физической модели.
Практическая ценность заключается в том, что разработанные в диссертации методы создания физических моделей ориентированы на решение практических инженерных задач, возникающих при имитации целевого оборудования в тренажерах подвижных наземных объектов.
Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробаций методологии при решении практических задач разработки управляющих систем ряда тренажеров подвижных наземных объектов.
Положения, выносимые на защиту.
1. Подход к решению задачи физического моделирования информационно-измерительной системы стабилизации целевого оборудования в тренажере и обеспечение необходимого уровня динамического и информационно-
го подобия.
Упрощенная математическая модель процессов функционирования целевого оборудования, применимая для имитации информационно-измерительной системы стабилизации целевого оборудования в физической модели.
Упрощенная математическая модель воздействий на объект, используемая для имитации применения спецоборудования и движения объекта по пересеченной местности в физической модели.
Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения научно-исследовательских работ ОАО «Центральное конструкторское бюро аппара-тостроения»:
«Разработка изделий 9Ф867, 9Ф868, БО 184».
Ряд теоретических положений внедрен в учебный процесс Тульского государственного университета на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» в лекционных курсах по дисциплинам: «Теория автоматического управления», «Основы информационных устройств роботов», «Математические основы теории систем».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.
Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов: 4 научно-техническая конференция. Тула, ТулГУ, 2004.
Научно-техническая конференция НТК-14. Тула, ТАИИ, 2005.
Проблемы управления электротехническими объектами. Тула, ТулГУ, 2005.'
Проблемы специального машиностроения. Тула, ТулГУ, 2005.
XXIV Научная сессия, посвященная Дню радио, Тула, ТулГУ, 2006.
XXV Научная сессия, посвященная Дню радио, Тула, ТулГУ, 2007.
Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета 2005, 2006 и 2007 гг.
По теме диссертации опубликовано 19 работ, включенных в список литературы, в том числе: 5 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях, 14 статей, включая материалы конференции, 6 статей опубликованы в сборнике, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 152 страницах машинописного текста, включающих 60 рисунков, списка использованной литературы из 100 наименований и приложения, содержащего акты внедрения результатов исследований в промышленность и учебный процесс.
Во введении дана постановка задачи создания измерительно-информационных и управляющих систем тренажеров, обеспечивающих достижение требуемой степени динамического и информационного подобия спецоборудованию подвижных наземных объектов.
В первой главе показано, что современной тенденцией развития ПНО является усложнение информационно-измерительных систем стабилизации целевого оборудования, что делает необходимым моделирование модулей целевого оборудования в тренажерах ПНО для достижения высоких показателей динамического и информационного подобия.
Во второй главе, получены математические модели движения ПНО, и возмущающих воздействий, действующих на ПНО при применении целевого оборудования и при движении по пересеченной местности.
В третьей главе разработаны математические модели управления целевым оборудованием ПНО, используемые при обработке сигналов с датчиков сенсорной системы, а также исследуется многоканальная система стабилизации ПНО.
Четвертая глава содержит описание измерительно-информационной системы тренажера оператора целевого оборудования ПНО, структурные схемы информационных потоков в тренажере, поясняющие логику взаимодействия подсистем тренажера, графики реакций имитаторов модулей ПНО на возмущающие воздействия.
В заключении содержатся выводы по работе.
Приложение содержит акты внедрения положений диссертации в производство и в учебный процесс.
Тренажер - физическая модель реального объекта
Тренажер - физическая модель реального объекта В условиях возрастающей сложности целевого оборудования навыки личного состава совершенствуется, прежде всего, за счет использования современных учебных тренировочных средств на основе достижений науки и техники. Все тренажеры операторов спецкомплексов зарубежных фирм производителей построены на основе компьютерных технологий.
Имитация нестабилизированного поля зрения оптического прибора имела место уже в первых тренажерах спецкомплексов. Необходимость ее продиктована особенностями использования спецкомплекса и последующего сопровождения целевого объекта. При использовании спецкомплекса, оператор наводит прицельную марку на целевой объект (если он неподвижен) или сопровождает объект прицельной маркой (если объект находится в движении). При использовании спецкомплекса прицельная марка смещается относительно своего положения после применения целевого оборудования по вертикали и горизонтали на случайную величину а ju b, где а и b - параметры, зависящие от типа спецкомплекса [40]. Таким образом, одной из задач тренажера является наиболее точное воспроизведение величины /І .
Основой тренажеров является ПЭВМ или компьютерная плата вычислителя, выполняющая функции управления и текущего контроля. Дополнительный графический модуль обеспечивает формирование целей с графическими и звуковыми эффектами. Функционально тренажеры состоят из рабочего места инструктора (РМИ) и рабочего места оператора (РМО).
РМИ оснащено цветным видеомонитором, алфавитно-цифровым дисплеем, обеспечивающими вывод информации от обучаемого и клавиатурой.
РМО представлено штатной установкой, оснащенной видеомонитором, интерфейсной частью, состоящей из механической установки, гироскопа и датчиков или имитатора установки с микрокомпьютерной генерацией целей.
Следует отметить, что использование в тренажере штатной установки, хотя и обеспечивает стопроцентное подобие рабочего места оператора, но из-за сложности, трудоемкости доработок с целью введения средств отображения визуальной информации и контроля за действиями обучаемого, датчиков сигналов и команд, а значит и высокой стоимости, не позволяют выпускать их в количествах, обеспечивающих требуемую подготовку операторов спецкомплексов.
В середине 80-х - начале 90-х годов в СССР были разработаны телевизионные тренажеры для подготовки операторов спецкомплексов с использованием элементов вычислительной техники - 9Ф660 и 9Ф675.
Тренажер 9Ф660 - серийный, упрощенный, классный тренажер настольного исполнения предназначен для подготовки операторов спецкомплексов «Конкурс» и «Малютка». Разработка ЦКБА, принят на вооружение в 1984 г.
Электронный блок тренажера 9Ф660, выполненный на интегральных схемах (ИС) средней степени интеграции обеспечивает формирование целевой обстановки, тренировочных упражнений, управление процессом обучения, воспроизводит динамику процесса наведения, объективный контроль за действиями обучаемого.
Тренажеры отличаются имитаторами рабочего места оператора [52,70,75].
Имитаторы пультовой аппаратуры рабочего места оператора: - тренажера 9Ф660-1 (рис. 1.1) - имитатор визирного канала, механизмов наведения и пуска переносной установки - блок УТН-5М2; - тренажера 9Ф660-2 - имитатор визирного канала, механизмов наведения и пуска переносной установки - блок УТН-5М2, имитатор процессора установки - блок УТН-6, имитатор пульта оператора - блок УТН-4М, имитатор визирного канала - блок УТН-5М2; - тренажера 9Ф660-1М - имитатор визирного канала, механизмов наведения и пуска (имитатор визирного канала, механизмов наведения) - блок УТН-5М2, имитатор пульта оператора установки - блок УТН-4М2.
Рабочее места оператора тренажера 9Ф660-2 (рис. 1.2), в отличие от тренажеров 9Ф660-1 и 9Ф660-1М представлено двумя вариантами: для управления из положения «сидя» и для управления из положения «лежа».
Тренажер 9Ф660-2 В варианте имитации для управления «сидя» тренажер размещается на двух типовых столах на площади 2x3,5 м: один стол — на рабочем месте инструктора, другой - на рабочем месте оператора.
На рабочем месте инструктора располагаются: видеомонитор, клавиатура, системный блок. Пультовая аппаратура (блоки УТН-6, УТН-4М, имитатор визирного канала) - расположены на рабочем месте оператора.
Классификация тренажеров
Все существующие способы классификации тренажеров отражают степень адекватности физической модели реальному объекту.
В зависимости от того, имитируются ли акселерационные ощущения оператора [3], все тренажеры делятся на две группы: статические и динамические.
В статических тренажерах РМО является неподвижным, и на человека-оператора не действуют ускорения и перегрузки. В динамических тренажерах РМО устанавливается на подвижной платформе, а операторы испытывают угловые и линейные ускорения такие же, как и в реальном объекте. В ряде случаев к динамическим тренажерам относят и такие, в которых создаются динамические изменения окружающей среды, т.е. воспроизводятся факторы, отражающие динамику наблюдения реальной обстановки.
По объему моделируемых систем объекта и соответственно по количеству отрабатываемых профессиональных навыков [59] тренажеры можно подразделить на специализированные, комплексные и исследовательские.
Специализированные тренаэ/серы предназначены для развития профессиональных навыков по эксплуатации отдельных подсистем объекта (например, отработка навыков по ведению радиообмена, управление одной из систем, решающих целевую задачу, и т.п.).
Модель движения ПНО при использовании целевого оборудования
Для исключения угловых перемещений дульной части ствола до вылета снаряда необходимо равенство нулю суммы моментов сил, действующих на откатные части при выстреле: силы сопротивления откату, давления пороховых газов на дно канала и инерционных сил. Для обеспечения динамической уравновешенности при выстреле противооткатные устройства в объектах устанавливаются симметрично, так, чтобы равнодействующая сил сопротивления откату находилась на оси канала ствола и обеспечивался неторможенный (свободный) откат на время движения снарядов до дульного среза.
Стремление максимально повысить дульную энергию, снизить массу пушки, уменьшить длину отката и обметаемое качающейся частью пространство внутри объекта приводит к использованию спецоборудования с большим значением силы сопротивления откату Fco. Так, спецоборудование серийных отечественных объектов имеет максимальную силу сопротивления откату порядка 1-Ю6 Ни предельную длину отката 310 мм. Эта сила на порядок превосходит массу башни (что определяет соответствующие перегрузки при перемещении башни в пределах выбора люфта в погоне) и в 2,5 раза превосходит массу объекта. На зарубежных объектах соотношение силы сопротивления откату и веса объекта близко к единице.
Для моделирования движения ПНО при использовании целевого оборудования в движении необходимо учитывать угловые колебания машины.
Реальные ПНО имеют такую конструкцию, чтобы обеспечивалось устойчивое поступательное продольное движение, и исключались продольные и поперечные линейные колебания. Поперечные линейные колебания машины устраняют за счет сцепления колес с грунтом и соответствующей конструкции подвески. Конструкция машины обеспечивает также устойчивое прямолинейное движение, чтобы не было самопроизвольных поворотов в горизонтальной плоскости, т.е. рысканья кабины относительно движителя. Таким образом, подрессоренный кузов машины при движении совершает только вертикальные линейные, продольно-угловые (тангаж, рыскание) и поперечно-угловые колебания (крен, потаптывание) кабины относительно движителя (рис. 2.4) [42, 65]. Если учитывать еще колебания колес на шинах и влияние на колебания кузова вращающихся масс трансмиссии и двигателя, то число степеней свободы значительно увеличится. . изображены: платформа массы т, на которую действует сила земного притяжения М = g\ оси земной системы координат xOyz; оси системы координат XiQyjZj, связанные с кабиной; правая Нг и левая Ht колеи дороги; правые и левые передние Ап Ai и задние Вп В\ подвески; правые и левые передние h Ar, h At и задние h Вп h Bi подвески точки опоры катков движителя; правые и левые передние hAr, hAl и задние hBn hBi подвески точки опоры осей катков движителя; пружины П Ап П АіП Вп Пв /, имитирующие упругость катков; пружины ПАп ПА/ ПВг, ПВі, имитирующие упругость рессор.
Платформа в приведенной кинематической схеме представляет собой подрессоренную массу с шестью степенями свободы относительно движителей, что весьма затрудняет исследование и реализацию подобной физической модели в тренажерах.
Большинство реальных подрессоренных ПНО являются симметричными относительно продольной оси машины, что позволяет рассматривать движения кабины отдельно в продольной и в поперечной плоскостях, и существенно упрощает исследование. Подрессоренный кузов может рассматриваться как динамическая система с четырьмя и более степенями свободы. При этом с целью упрощения выкладок целесообразно рассматривать движение кабины отдельно в плоскости, проведенной по осевой через оси Ох\ и Oz\ системы координат Oxxyxzx, и оси Оу\ и Oz\ той же системы координат. Движение кабины в первом и втором случаях приведены на рис. 2.5 а) и б), соответственно.
Первые две степени свободы представляют собой вертикальное перемещение кабины ПНО на рессорах вместе с центром масс относительно движителя и продольно-угловые перемещения на угол у (тангажа или рыскания) относительно центра масс или его поперечной оси у. При этих перемещениях положение центра масс кабины (рис. 2.12) определяется обобщенной координатой z и углом у. Третья степень свободы — поперечно-угловые перемещения, т.е. повороты кузова относительно продольной оси х. В данном случае положение системы относительно центра масс определяется углом и (крена или потапты-вания).
Для определения положения в пространстве неподрессоренных масс, приведенных к колесам, число которых в общем случае равно числу опор машины, вводится еще 2т обобщенных координат, где т - число колес с одного борта. В этом случае ПНО будет представлять собой динамическую систему со многими степенями свободы, число которых равно 2т + 3.
Модель стабилизатора оптического прибора ПНО
Стабилизатор целевого оборудования ПНО Функциональная схема стабилизатора целевого оборудования ПНО представлена на рис. 1.6. Соответствующая ей структурная схема изображена на рис. 3.1.
Система работает следующим образом [44]. Требуемое положение линии канала ствола задается стабилизатором оптического прибора (СП), на который подаются сигналы с пульта управления наводчика Ug и Uv. Если под действием возмущающих моментов Мвв и Мвч обусловленных колебаниями корпуса ПНО, объекты стабилизации (канал ВН в плоскости вертикальной стабилизации или канал ГН в плоскости горизонтальной стабилизации) отклоняются от заданного направления на некоторые углы в0 или щ, то на выходе СП появляется сигнал вп или у/п, пропорциональный угловому рассогласованию между линией визирования и осью канала ствола. Сигнал рассогласования вп поступает на вход привода ВН, который создает активный стабилизирующий момент Мсд, противодействующий возмущающему моменту Мв9 и уменьшающий угловое рассогласование 9т и перемещает качающуюся часть в сторону уменьшения угла рассогласования. Сигнал рассогласования ц/п усиливается и поступает на вход привода ГН, который создает активный стабилизирующий момент Mcv/, проти водеиствующии возмущающему моменту Мв и уменьшающий угловое рассогласование у/т и разворачивает вращающуюся часть в сторону уменьшения угла рассогласования. иш вп=Ат(Ь9,Ь9,...,Мвв,г,у,...,и,и,...,вп,вп,...) - дифференциальные уравнения, в общем случае нелинейные, описывающие процесс стабилизации опти ческого прибора по углу курса у/0 и углу места в0, соответственно; = о( л и»-, » ,...), а0 = Адо(вп,в„,...,ав,ав,...) - дифференциальные уравнения, описывающие датчики обратной связи в системе стабилизатора оптического прибора; аву = Аву(вп 4 - W,авц/), я = Ау/в{\f/n,\f/n,...,ав,а 9) - дифференциальные уравнения, описывающие перекрестные связи между каналами стабилизации СП по углам курса и места, соответственно, возникающие вследствие погрешностей настройки системы; V - /2( V a6y kV) Ьв= Ав2(ав,ац/д,ид), йе=Ввг{вп,9п,...,с0,сц/Є), d, = B iW п Фп -— сш свш) алгебраические и/или логические уравнения, описывающие процесс определения ошибки слежения за положением органов управления; о=5и » - о#о»-) 0o=B9l(de,d0,...,eOieo,...) - дифференциальные уравнения, в общем случае нелинейные, описывающие передаточные функции приводов ГН и ВН, соответственно; с = o( o o,..., V,c ,...), св=Вво(во,0о,...,с9,с9,...) - дифференциальные уравнения, описывающие датчики обратной связи в системе приводов; U и UQ — сигналы, вырабатываемые наводчиком по углам, отложенным в направлениях угла курса и угла места, соответственно; у/„, 9п — сигналы, соответствующие углам рассогласования по углам курса и места, соответственно; у/о, 60 — сигналы, соответствующие углам курса и места, соответственно; а, ае - сигналы с выходов датчиков углов рассогласования у/п и вп, соответственно; я%, Яув - сигналы, отражающие наличие перекрестных связей между углами рассогласования у/п и вп, соответственно; Mev, Мвд - возмущающие воздействия по углам, отложенным в направлениях углов курса и места, соответственно; у, v - угол тангажа и угол крена, соответственно; bv, bg - ошибки системы в слежении за сигналами управления U и Ug, соответственно; Суп сд - сигналы с выходов датчиков углов, отложенных в направлениях угла курса у/0 и угла места 00, соответственно; d, dg- ошибки системы в слежении за сигналами ц/п и вп, соответственно.
Как видно из приведенной структуры, она представляет собой двухкон-турную систему, каждый из которой является системой управления с отрицательной обратной связью [53]. Наличие перекрестных связей обусловлено погрешностями настройки физических элементов системы управления.
Структура информационных потоков тренажера
Общая структура физической модели Вид ПНО, для которого разработана физическая модель, приведен на рис. 4.2. С точки зрения создания эффекта динамического подобия объект представляет собой транспортное средство на многоопорном движителе гусеничного типа. Механическое воздействие на оператора осуществляется на характерных частотах, обусловленных конструктивными особенностями ПНО.
Структура физической модели, обеспечивающей статическое, динамическое и информационное подобие представлена на рис. 1.3. В системе кабина с обучаемым оператором помещается на подвижной платформе [45, 72], которая вместе с устройством для компенсации силы тяжести устанавливается на жесткое основание. Кабина приводится в действие приводом, управление на который через усилитель мощности сигнала подается с ЭВМ. Положение платформы контролируется датчиками обратной связи (датчики ОС), сигналы с которых вводятся в ЭВМ. Кроме того, в ЭВМ вводятся сигналы с датчиков органов управления движением и команды инструктора. ЭВМ, на основании введенной информации, вырабатывает сигналы, отображаемые в показаниях приборов пульта управления кабины физической модели, и образ сцены, отображаемый на мониторе рабочего места оператора.
Физическая модель разделена на аппаратную и программную части. Аппаратная часть реализует статическое подобие модулей тренажера реальной системе стабилизации за счет соответствующего воспроизведения рабочего места. Некоторые части объекта, как например пульт управления линией визирования, применяются без внесения в них конструктивных изменений, т.е. полностью соответствуют оборудованию имитируемого объекта. Оптический прибор имитируется в виде макета, представляющего собой точную копию оптического прибора объекта, но не воспроизводящего свойства реального прибора, такие как подогрев окуляра, изменение увеличения, что предполагает воспроизведение релевантных свойств (например, изменения увеличения) в программной части тренажера.
Программная часть реализует сигналы возмущающих воздействий на динамическую платформу, стабилизацию виртуальной линии визирования и виртуальных вращающейся и качающейся частей объекта в соответствии с сигналами, поступающими от датчиков динамической платформы и управляющих воздействий, формируемых оператором. В видеосистеме формируется соответствующее отображение внешней обстановки.
При выполнении функций управления динамической платформой ЭВМ выполняет функции счетно-решающего прибора, обеспечивающего принцип отрицательной обратной связи и фильтрации сигнала, обеспечивающей устойчивость и точность функционирования привода вблизи заданных значений углов отработки привода.
Усилитель мощности предназначен для обеспечения управления исполнительным электродвигателем, а также ограничения предельных токов якоря электродвигателя, защиту усилителя мощности от провалов и подъемов напряжения питания выше установленных пределов. Усилитель мощности может иметь местную обратную связь для обеспечения устойчивости привода и защиты силового электрооборудования от перегрузок.
Статическое подобие физической модели Статическое подобие физической модели реальному объекту осуществляется за счет соответствующего макетирования интерьера рабочего места. Рабочее место оператора управляемого оборудование и его макет приведены на рис. 4.3 и рис. 4.4, соответственно.
На макете рабочего места имитаторы органов управления (кнопки, рычаги, рукоятки, педали) по форме, размерам, развиваемым тактильным ощущениям оператора в точности соответствуют органам управления моделируемого объекта. Приборы в физической модели являются имитаторами, представляющими собой точные копии реальных приборов, как стрелочных, так и цифровых. Управление отклонением стрелок стрелочных приборов, формированием данных на дисплеях цифровых приборах осуществляется с помощью ЭВМ. Кроме того, в физической модели реализовано общее освещение и подсветки приборов, аналогичные освещению и подсветкам кабины объекта.
Структура информационных потоков физической модели Схема, поясняющая структуру информационных потоков физической модели, обеспечивающая динамическое и информационное подобие, приведена на рис. 4.5. В результате воздействия обучаемого на имитаторы органов управления, формируются сигналы управления сенсорной системы, которые обрабатываются программно и в видеосистеме формируется соответствующее отображение внешней обстановки, а платформа отрабатывает соответствующие перемещения в пространстве. Инструктор управляет обучением, меняя параметры УТЗ.
В существующем тренажере изделия Т-90 в сенсорную систему входят датчики положения подвижной платформы, на которую установлен макет кабины, и датчики органов управления (рис. 4.6) [46]. Макет кабины перемещается вместе с обучаемыми, которыми могут являться как водитель, так и оператор системы спецоборудования. Сигналы с датчиков сенсорной системы обра 120 батываются программно, в результате чего обеспечивается: замыкание обратной связи по положению подвижной платформы с помещенным на ней макетом кабины ПНО; определение реального положения имитатора кабины с обучаемыми оператором и водителем в пространстве при имитации вынужденных движений по углам тангажа у, крена и, и координате вертикального перемещения г; расчет параметров движения ПНО, включая продольную скорость v .; расчет пространственного положения управляемого спецоборудования при имитации вынужденных движений по углам тангажа у, крена х ; расчет показаний приборов для вывода их на соответствующие макеты; расчеты изображений внешней обстановки, отображаемой на мониторах водителя и оператора.
Похожие диссертации на Физическое моделирование информационно-измерительной системы стабилизации целевого оборудования подвижных наземных объектов
