Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ПРИНЦИПЫ И УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ
КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (КО) В ИНЕРЦИАЛЬНОМ
ПРОСТРАНСТВЕ 7
1.1 Устройства управления положением 7
1.1.1 Реактивные двигатели 8
1.1.2 Двигатели-маховики 9
1.1.З Силовые гироскопические устройства 11
1.2 Виды механических передач 12
1.3 Червячные передачи 14
1.3.1 Планетарные передачи 15
1.3.2 Волновые механические передачи 16
1. 3.3 Фрикционные передачи 18
1.З .4 Передача винт - гайка 18
1.4 Рулевые машины принципы и требования 20
1.4.1 Гидравлические рулевые машины 20
1.4.2 Электрогидравлические рулевые машины 22
1.4.3 Электрические рулевые машины 24
1.4.4 Требования к динамике рулевого привода как
исполнительного элемента системы стабилизации 29
Выводы по разделу один 32
2 НАПИСАНИЕ КОДА ДЛЯ DLL БЛОКА 34
2.1 Приведение системы автоматического регулирования (САР)
к относительным единицам 34
2.2 Замена блоков САР кодом 37
2.3 Замена модели двигателя и рабочего органа 41
2.4 Особенности работы программы 44
Выводы по разделу два 44
3 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КОДА ДЛЯ ПРОЦЕССОРОВ С
ФИКСИРОВАННОЙ ТОЧКОЙ 45
3.1 Представление данных 46
3.2 Особенности алгоритмов с плавающей и фиксированной точкой 47
3.3 Процесс преобразования кода вручную 48
Выводы по разделу три 50
4 АРХИТЕКТУРА STM32 52
4.1 Аппаратная модель Cortex-M3 53
4.2 Cortex-M4 56
4.3 Вход в прерывание и выход из него 57
5 ПРОГРАММИРОВАНИЕ STM32 DISCOVERY 58
5.1 STM32F3DISCOVERY 58
5.2 Среда разработки IAR 61
5.3 Инициализация 63
5.4 Работа с энкодером 66
5.5 Библиотека математических преобразователей и макросы 69
5.6 Программа моделирования работы двигателя с управлением 69
6 РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ПРОГРАММЫ 73
6.1 Данные с осциллографа при единичной амплитуде
задающего сигнала 75
6.2 Данные с осциллографа при 20% амплитуде задающего
сигнала 77
6.3 Данные с осциллографа при 50% амплитуде задающего
сигнала 80
6.4 Данные с осциллографа при 75% амплитуде задающего
сигнала 826.5 Данные с осциллографа при 125% амплитуде задающего
сигнала 84
Выводы по разделу шесть 86
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 89
ПРИЛОЖЕНИЕ А 91
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 92
ПРИЛОЖЕНИЕ В 93
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 94
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 96
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 99
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 103
ПРИЛОЖЕНИЕ И 106
ПРИЛОЖЕНИЕ К 107
Изобретать принципиально новые механизмы становится всё труднее. Поэтому сейчас остро стоит задача оптимизации уже существующих решений. Изобрести велосипед сложно, но уже и не нужно. Все усилия направлены на доработку конструкции.
Какие-то механизмы уже улучшены и на данном этапе развития научно-технического прогресса дальнейшее улучшение не целесообразно или вообще невозможно. Но подобных механизмов очень мало. На порядок больше тех, которые остро нуждаются в улучшении и доработке.
Аналоговые электронные устройства постепенно заменяются цифровыми. Развитие микропроцессорной техники даёт такую возможность. Эта техника сейчас активно вошла в нашу жизнь. Универсальность, гибкость, простота проектирования аппаратуры, практически неограниченные возможности по усложнению алгоритмов обработки информации - все это обещает микропроцессорной технике большое будущее. Микропроцессоры используются как в бытовых приборах для простейшей обработки сигналов и формирования команд, так и в сложнейших измерительных системах для цифровой обработки сигналов.
Традиционно авиация и космонавтика скептически относятся к новшествам. В космической технике остро стоит вопрос надёжности. Но появившиеся радиационно-стойкие процессоры с однократно прошиваемой памятью дают возможность использование АСУ и в космосе.
Для преодоления земного притяжения разгонному блоку требуется большое количество топлива. Но габариты ракеты не безграничны, к тому же в космосе каждый грамм на счету. В воздухе ситуация аналогична, чем легче самолёт, тем меньше топлива и, следовательно, дешевле полет. Вес является ещё одним преимуществом МПС, перед тяжёлыми аналоговыми схемами.
Цели и задачи, поставленные в работе, выполнены. В данной работе было выполнено приведение к относительным величинам для модели, переданной для работы. Данное действие не является необходимым для написания кода, но является комфортным для вывода на АЦП графиков. Всё для того, чтобы они изменялись от -1 до +1 при выводе на осциллограф. И можно было проследить общую зависимость между координатами. В результате была получена модель, которая была заменена кодом на языке JavaScript.
Замена выполнялась поэтапно, с обязательным контролем правильности получающейся зависимости. После замены системы автоматического регулирования была выполнена замена модели двигателя и модели реакции двигателя на нагрузку. Исходная модель имела непрерывный вид, но после преобразования она приобрела дискретность. Поэтому частота расчёта шага симуляции была выбрана около 10 кГц.
Для ускорения расчёта на микроконтроллере было решено переписать полученный код в относительных единицах. В теории это должно увеличивать время работы системы. Также это заметно расширяет список процессоров, на которые можно портировать данный код. Сравнение времени работы данного кода не выполнялось, но на практике разница составляет 3 - 5 раз. Это зависит от сложности кода и особенностей работы данного процессора.
После перевода кода в относительные единицы начато его портирование на микроконтроллер STM32F303VCT6. Для начала была проведена настройка всей необходимой для работы периферии. Включая таймеры, порты ввода вывода. Реализовано переключение графиков при нажатии на кнопку пользователя. Настроены необходимые прерывания и выполнено непосредственное, поэтапное портирование кода. Программирование было выполнено в среде разработки IAR на языке программирования C++. Отладка выполнялась при помощи цифрового осциллографа. Лучевой для этих целей не подошёл.
Для изменения амплитуды сигнала задания использовался инкрементный энкодер. В работе использована возможность работы с ним напрямую с помощью
уже встроенного кода в микроконтроллер.
Данная программа для расчёта модели двигателя может пригодиться для расчёта наблюдателя. Также на основании модели взаимодействия двигателя с нагрузкой появляется возможность для центральной вычислительной машины производить сравнение работы реального двигателя и его математической модели и вовремя реагировать на нештатные ситуации.
