АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РАЗРАБОТКИ ЭРП
1.1 Постановка задачи 8
1.2 Обзор существующего аналога 9
1.3 Анализ методов и алгоритмов технической реализации 10
1.3.1 Разработка структурной схемы ЭРП 10
1.3.2 Выбор семейства цифровых микросхем 12
1.3.3 Выбор способа гальванической развязки 13
1.3.4 Выбор интерфейса передачи данных 14
1.3.5 Стандарт физического уровня RS-485 16
1.3.6 Выбор микроконтроллера 17
1.3.7 Выбор способа тактирования МК 19
Выводы по первой главе 21
2 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ И ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭРП
2.1 Расчет узла гальванической развязки 22
2.2 Узел формирования направления вращения 25
2.2.1 Принцип формирования сигналов направления вращения ШД 25
2.2.2 Устройство и работа узла формирования направления вращения . 28
2.3 Узел счета 32
2.4 Схема сброса счетчиков и МК 35
2.5 Сопряжение с микроконтроллером 37
2.6 Схема включения кварцевого резонатора 42
2.7 Программно-математическое обеспечение микроконтроллера 43
2.8 Общее описание устройства и работы ЭРП 46
2.9 Использование ЭРП 46
Выводы по второй главе 48
3 МАКЕТИРОВАНИЕ И ОТЛАДКА ЭРП
3.1 Испытание макета 49
3.2 Анализ результатов испытания 53
3.3 Оценка экономической эффективности 53
Выводы по третьей главе 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 56
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Блок-схема алгоритма работы программы МК 58
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Листинг программы для работы МК 61
При разработке систем управления (СУ) летательных аппаратов (ЛА) неотъемлемой частью является этап наземной экспериментальной отработки (НЭО). Применение НЭО связано с ограниченным количеством натурных пусков и большим объемом экспериментов, необходимых при обработке СУ ЛА. На этапе НЭО отрабатываются:
– взаимодействие элементов СУ ЛА между собой, как бортовых, так и наземных;
– оценка алгоритмов стабилизации и наведения;
– правильность выдачи команд на исполнительные элементы ЛА;
– отработка полета ЛА.
Для обеспечения НЭО СУ ЛА в АО «ГРЦ Макеева» имеется комплексный моделирующий стенд (КМС). КМС является инструментом физикоматематической имитации старта и полета ракеты с реальной аппаратурой управления, в реальном масштабе времени с воспроизведением условий навигации. Объектом испытаний на КМС является аппаратура системы управления в виде макетов, аналогичных штатным сборкам.
В части отработки бортовой аппаратуры системы управления (БАСУ) ЛА КМС предназначен для:
– проведения проверок правильности выдачи команд на элементы электроавтоматики ЛА;
– проведения проверок правильности формирования управляющих моментов в зависимости от заданного возмущения;
– проведения полета ЛА по принципу полунатурного моделирования.
В состав КМС входит испытательная установка для моделирования полета, обеспечивающая моделирование полета ЛА по замкнутой схеме, с воспроизведением физического углового движения и введением информации о линейном движении.
Информация об угловом и линейном движении определяется исходя из массовых, центровочных и моментных характеристик, тяги двигательных установок, отклонения рулевых органов, аэродинамических параметров ЛА, функциональных команд, поступающих от БАСУ ЛА.
Во время работы СУ ЛА производит отклонение рулевого привода в зависимости от ошибок угловой и линейной стабилизации. Информация об отклонении рулевого привода поступает в математическую модель ЛА (в ЭВМ), в которой вычисляются управляющие силы и моменты. Исходя из данных сил и моментов, а также из сил тяги двигательных установок, аэродинамических сил имоментов, массовых, центровочных и моментных характеристик вычисляются параметры линейного движения (вектор кажущегося ускорения) и углового движения (вектор угловой скорости).
Угловое движение воспроизводится физическим путем установки всей БАСУ ЛА или чувствительных элементов БАСУ на динамический стенд. Параметры линейного движения, ввиду невозможности их воспроизведения, вводятся в информационный тракт линии связи между датчиками линейного движения и бортовым вычислителем.
Отклонение рулевого органа определяется с помощью потенциометрического датчика, расположенного на управляющих органах либо на стендах-имитаторах рулевых приводов, однако это не всегда возможно и целесообразно, поскольку задействование управляющих органов или стендов-имитаторов связано с определенными ограничениями.
С учетом вышесказанного, часть экспериментов проводится с математической моделью рулевого привода. В связи с этим при отработке СУ ЛА, исполнительным элементом которой является дискретная рулевая машина, возникла задача приема сигналов управления дискретными рулевыми машинами испытываемой системы управления и вычисления отклонения рулевого органа.
Данная работа посвящена разработке эквивалента дискретного рулевого привода (ЭРП) для комплексного моделирующего стенда.
Для достижения поставленной цели в рамках дипломной работы необходимо решить следующие задачи:
– анализ и сравнение характеристик существующего аналога;
– выбор алгоритмов, методов программной и аппаратной части;
– разработка электрической схемы эквивалента рулевого привода;
– разработка программы;
– проведение оценки правильности получившихся результатов, путем
тестирования.
В ходе выполнения дипломной работы проведена разработка эквивалента дискретного рулевого привода (ЭРП) для комплексного моделирующего стенда.
Для достижения поставленной цели были выполнены следующие задачи:
– анализ характеристик существующей аппаратуры;
– выбор способа построения ЭРП, структуры программной и аппаратной части;
– разработка электрической принципиальной схемы ЭРП;
– разработка программы микроконтроллера.
Разработанный ЭРП обеспечивает прием и гальваническую развязку сигналов управления ШД, принимаемых с объекта испытаний (ОИ). На основании комбинации включения фаз, вычисляется направление вращения ротора ШД и количество пройденных им шагов в определенном направлении. По запросу от промышленной ЭВМ на выдачу информации, происходит формирование и отправка в ЭВМ пакета, содержащего абсолютное число пройденных ШД шагов, где данная информация используется для расчета угла отклонения управляющих органов.
В разработанное устройство добавлена функция самотестирования. Реализация данной функции осуществляется путем подмены сигналов управления ШД, подаваемых с ОИ, на сигналы имитации, формируемые микроконтроллером. Режим самотестирования позволяет оценить работоспособность каждого канала перед испытаниями ОИ и исключить получение заведомо ложных данных.
Проведена отработка схемы ЭРП на макете. Разработанное устройство полностью удовлетворяют условиям ТЗ. Предварительная оценка разработанного ЭРП, показала, что данный ЭРП экономический эффективнее существующего на предприятии аналога как минимум в 53 раза.
