Перейти к основному содержанию
ИТарктика
УДК 004-41
Денисова Татьяна Сергеевна
магистрант, кафедра «Конструирования и технологии радиоэлектронных средств», Арзамасский политехнический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Программное обеспечение для проведения приемо-сдаточных испытаний исполнительного механизма подводного аппарата
Аннотация:

В статье рассматривается программное обеспечение, предназначенное для слаженного и оперативного контроля работоспособности исполнительного механизма при проведении  приемо-сдаточных испытаний. Приведена информация о двигательно-рулевом комплексе подводного аппарата и параметрах, влияющих на управляемость изделия.

Ключевые слова: Механизм исполнительный, электропривод, испытания, контроль характеристик, LabVIEW.

Введение

За небольшой период развития подводной робототехники произошли достаточно большие изменения в методах и средствах создания, организации и применении подводных систем и комплексов. Различают несколько типов необитаемых подводных аппаратов буксируемые, телеуправляемые и автономные. [1]

Буксируемые необитаемые подводные аппараты используют для проведения океанографических измерений и поиска затонувших объектов. Телеуправляемые привязные аппараты применяются для выполнения работ под водой или подъема затонувших объектов. Автономные подводные аппараты используются, в основном, в военных целях или исследовательских задачах. [1]

В базовом составе оборудования любого подводного аппарата есть движительно-рулевой комплекс (ДРК), состоящий из специально ориентированных движителей подводного аппарата (ПА), что позволяет осуществлять стабилизацию подводного аппарата в водной среде при выполнении им рабочих операций, продольное движение и пространственное маневрирование. От выбора компоновки движительно-рулевого комплекса зависит управляемость аппарата. [2]

В объектах, которые предназначены для автономного перемещения движения с автоматическим управлением положения аппарата в пространстве, его скоростью и направлением движения, применяются системы автоматического управления, одной из составляющих которой является привод, необходимый для преобразования электрических сигналов управления в механическое перемещение устройств движения объекта, например, рулей, элеронов. Автоматизированная система контроля как раз отвечает за повышение эффективности использования потенциальных возможностей объекта управления. В данном случае – подводного аппарата.

Для обеспечения управляемости подводного аппарата в вертикальной плоскости устанавливаются рули. Исполнительный механизм подводного аппарата применяется для управления рулями изделия при его движении, от его работы зависит способность изделия быстро стабилизировать возникающие рассогласования по углам ориентации, с высокой точностью отрабатывать требуемую траекторию движения. [2]

 На характеристики управляемости изделия влияют коэффициент передачи обратной связи (его отклонение от номинального значения), отклонение от нулевого положения, скорость перекладки вала, углы выбега, упругий и неупругий люфт выходного вала, время страгивания, углы смещения выходного вала после остановки. [2]

Оценка указанных параметров для каждой перекладки выходного вала рассматриваемого электропривода позволяет достоверно определить редко проявляющиеся дефекты, например такие, как кратковременное проскальзывание муфты.

Разработанная программа контроля работоспособности исполнительного механизма предназначена для слаженного и оперативного контроля за проведением его приемо-сдаточных испытаний. Контролируются следующие параметры:

  • коэффициент передачи,
  • люфты выходного вала,
  • динамические характеристики,
  • токи потребления.

Программное обеспечение для проведения приемо-сдаточных испытаний

На ООО «Арзамасское приборостроительное конструкторское бюро» (ООО «АПКБ») используется схема электронного узла, выступающего в роли блока управления электродвигателя мощностью 40 ватт, поддерживающую SPI-интерфейс. Напряжение питания двигателя – от 24 до 32 В. Среднее значение силы тока по цепи питания электродвигателя при подаче поочередно на каждую муфту управляющего сигнала частотой 1 Гц не более 4 А. Микропереключатели установлены и настроены таким образом, что при повороте выходного вала механизма на угол ±18°, планка, установленная на нем, упирается в кнопку микропереключателя и размыкает цепь питания муфты. Для формирования сигнала обратной связи используется сдвоенный резистор с сопротивлением 4,7 кОм каждого канала.

Для обеспечения быстрого преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и ввода цифровых данных использовалась высокоскоростная многофункциональная плата сбора данных (DAQ) NI PXI-6259 National Instruments M Series.

Программная часть автоматизированной системы контроля разработана в продукте LabVIEW компании National Instruments, основной задачей которого является создание измерительных систем на основе виртуальных приборов [3]. Фрагмент программного кода для проверки динамических параметров электропривода показан на рисунке 1.

ljkn

Сразу после запуска программы появляется сообщение, которое показано на рисунке 2.

ojh

Основное окно программы состоит из блока настройки и блока полной проверки. При запуске программы активным остается только блок настройки. Оператору необходимо ввести заводской номер, исполнителя, представителя отдела технического контроля, представителя заказчика. После нажатия на кнопку «Сохранить» введенные данные запишутся в файл. Далее выбирается режим проверки. Программа поддерживает как полную проверку, так и  отдельных компонентов. При выборе проверки отдельных компонентов вкладки, которые расположены в верхней части окна программы, доступны, а при выборе режима полной проверки доступна только данная отрытая вкладка, а остальные – в режиме чтения. Запуск полной проверки осуществляется кнопкой «Запуск проверки» [4].

Если результаты проверки соответствуют предъявляемым требованиям, то в поле «Результат» загорается зеленый индикатор, если не соответствуют – красный.

Если после проверки механизм удовлетворяет всем требованиям и результат проверки рабочих параметров - «Механизм РАБОТОСПОСОБЕН», то электропривод признается исправным и допускается к установке и использованию в составе изделия. Если электропривод не удовлетворяет хотя бы одному из условий, то механизм признается неисправным и отправляется для проведения дефектации на завод-изготовитель [4]. Главное окно программы показано на рисунке 3.

kj

При выборе режима проверки отдельных компонентов необходимо переходить по вкладкам для запуска проверок. При проверке соответствия коэффициента передачи, которое задано в ТЗ, и определения его погрешности определяется ход вала (по оптическому датчику и по обратной связи электропривода), погрешность измерения угла. На рисунке 4 показана вкладка контроля соответствия коэффициента передачи [4].

Проверка контроля соответствия коэффициента передачи запускается кнопкой «Выполнить проверку». Если по окончании проверки в графе «Результат» все индикаторы зеленые, это означает, что проверка прошла успешно, и в главном окне программы в поле «Результат» также будет гореть зеленый индикатор [4].

lkj

Аналогично предыдущему пункту запуск проверки определения упругого и неупругого люфтов выходного вала происходит по кнопке «Выполнить проверку», как показано на рисунке 5. При данной проверке используется коромысло и грузы, поэтому во время выполнения проверки необходимо отслеживать появление диалоговых окон с дальнейшими указаниями к действиям.

;olk

Если по окончании проверки в графе «Результат» все индикаторы зеленые, то проверка прошла успешно, и в главном окне программы в поле «Результат» также будет гореть зеленый индикатор.

Внешний вид вкладки проверки динамических характеристик представлен на рисунке 6. В матрицы записываются значения, полученные при движении нескольких пар перекладок выходного вала исполнительного механизма, каждой строке матрицы соответствует свое измерение. В данной проверке оцениваются:

  • крайнее положение вала,
  • ход вала,
  • угловая скорость,
  • время задержки,
  • среднее значение угла выбега,
  • выброс,
  • смещение после остановки,
  • несимметричность перекладок,
  • максимальные углы отклонения (крайние положения (-) и (+), ход вала).km

    Запуск – по кнопке «Выполнить проверку». По окончании проверки соответствия динамических характеристик в поле матрицы появление красных индикаторов означает несоответствие, а появление зеленых индикаторов – их соответствие требованиям. Если все индикаторы зеленые, в главном окне программы в поле «Результат» загорится зеленый индикатор.

    Контроль токов потребления подразумевает измерение силы тока муфт и силы тока двигателя. В данной вкладке осуществляется выбор частоты, необходимой для снятия показаний в диапазоне от 1 Гц до 9 Гц.  Программа в автоматическом режиме проводит ряд перекладок выходного вала исполнительного механизма, при этом на панели параметров отобразится осциллограмма сигнала, если нажать на кнопку «Показать на графике». По завершении необходимых перекладок программа автоматически проведет расчет и анализ соответствия токов потребления исполнительного механизма [4]. Вкладка проверки токов потребления показана на рисунке 7.

    Запуск происходит по кнопке «Выполнить проверку». По окончании проверки в поле «Результат» появление красных индикаторов означает несоответствие, а зеленых – их соответствие требованиям. Если все индикаторы зеленые, в главном окне программы в поле «Результат» также загорится зеленый индикатор. [4]

    По окончании всех проверок формируется отчет «Протокол контроля работоспособности механизма исполнительного». По их итогам определяется результат проверки. Если все индикаторы в главном окне программы зеленые, результатом будет сообщение «Механизм РАБОТОСПОСОБЕН», в противоположном случае – «Механизм НЕРАБОТОСПОСОБЕН». Начало шаблона протокола контроля роботоспособности представлено на рисунке 8.

  • ен

  • Для завершения работы программы контроля во вкладке основного окна программы нажать кнопку «Выход», если результаты всех проверок соответствуют заданным, то исполнительный механизм признается годным для эксплуатации и допускается к использованию в составе изделия.

    Заключение

    Таким образом, разработанное программное обеспечение позволяет:

  • автоматизировать процесс снятия требуемых характеристик,
  • автоматизировать процесс проведения расчетов значений параметров,
  • Все вышеперечисленное уменьшает возможность ошибок со стороны персонала при проведении приемо-сдаточных испытаний электродвигателей.

  • протоколировать результаты проверок исполнительного механизма.

Список литературы

1. Войтов, Д. В. Автономные необитаемые подводные аппараты [Текст] / Д. В.. – Москва : Моркнига,  2015. –  332 с.

2. Создание прототипа робототехнического конструктора «Автономный подводный аппарат»: [Электронный ресурс]. – Режим : https://esu.citis.ru/ikrbs/EIO5JH7F6XZR3JG7HO8HQ757.

3. Тревис, Дж. LabVIEW для Всех [Текст] / Дж. Тревис . – 1–е изд. – Нижний – Новгород : ТАЛАМ, 2003. – 640 с.

4. Денисова, Т. С. Программное обеспечение для автоматизированного контроля исполнительного механизма подводного аппарата [Текст]  / Т. С. Денисова // Наука молодых : сборник научных статей участников XI Всероссийской научно–практической конференции с международным участием – Арзамас : Арзамасский филиал ННГУ, 2018. – С. 175–179.

References

1. Voitov, D. V. Autonomous unmanned underwater vehicles [Text] / D. V.. – Moscow: Morkniga, 2015. – 332 p.

2. Creation of a prototype of a robotic designer "Autonomous underwater vehicle": [Electronic resource]. – Mode : https://esu.citis.ru/ikrbs/EIO5JH7F6XZR3JG7HO8HQ757.

3. Travis, John. LabVIEW for All [Text] / J. Travis. – 1st ed. – Nizhny Novgorod: TALAM, 2003. – 640 p.

4. Denisova, T. S. Software for automated control of the Executive mechanism of the underwater vehicle [Text] / T. S. Denisova / / Science of young people : collection of scientific articles of participants of the XI all–Russian scientific and practical conference with international participation – Arzamas : Arzamas branch of UNN, 2018. – P. 175–179.