Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ, ИХ АЛГОРИТМОВ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
1.1 Обзор существующих решений управления криволинейным движением
гусеничных машин и их алгоритмы 8
1.2 Обзор существующих математических моделей движения гусеничных
машин 15
Выводы по главе один 17
2 ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И ЕЕ
УТОЧНЕНИЕ
2.1 Объект управления и его тактико-технические характеристики 18
2.2 Математическая модель объекта и уравнения связей 22
2.3 Уточнение математической модели 27
Выводы по главе два 29
3 РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
3.1 Реализация математической модели 30
3.2 Имитационное моделирование 32
3.3 Отработка алгоритма управления движением БГМ в заносе 39
Выводы по главе три 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 48
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ В
ALTAIR EMBED 51
Быстроходные гусеничные машины (БГМ) широко применяются в военной промышленности благодаря своей высокой подвижности, а также отличной проходимости практически на всех видах местности. Одной из таких машин является боевая машина пехоты (БМП-3).
БМП-3 предназначена для огневой поддержки и транспортировки пехоты к местам выполнения боевых задач. На момент создания машина не имела аналогов, поскольку моторно-трансмиссионное отделение у нее расположено в корме. Трансмиссия БМП-3 гидромеханическая, с гидродинамическим трансформатором, который одновременно служит и муфтой сцепления, и автоматической коробкой передач.
Алгоритмы управления и стабилизации БГМ во время поворота в настоящее время основаны на том, чтобы предотвратить занос еще до его возникновения. Ключевым параметром в этих алгоритмах является критическая скорость , при которой возникает занос.
Поскольку траекторию движения БГМ выбирает механик-водитель, изменять ее программно нельзя, следовательно занос возможно предотвратить только путем снижения скорости движения. Снижение скорости происходит либо путем сброса оборотов двигателя, либо путем торможения одного или сразу двух бортов без сброса оборотов, либо перераспределением мощности между бортами. Контроль скорости машины в повороте предполагает увеличение затрат энергии и топлива.
Разработка и внедрение системы управления, которая позволила бы проходить повороты на высокой скорости с возможным заносом без потери устойчивости, является актуальной задачей для военной промышленности, поскольку позволяет снизить затраты энергии и топлива на процесс поворота, а также повысить маневренность машины.
Объектом исследования является БГМ БМП-3, предметом исследования является математическая модель (ММ) данного объекта.
Целью выполнения выпускной квалификационной работы является разработка алгоритма автоматического управления контролируемого криволинейного движения БГМ в заносе.
Задачами работы являются:
Обзор существующих алгоритмов управления в заносе, а также ММ движения БГМ;
Уточнение выбранной математической модели БГМ;
Проведение имитационного моделирования и отработка алгоритмов управления моторно-трансмиссионной установкой в заносе;
Анализ полученных результатов.
В ходе работы был разработан способ управления криволинейным движением БГМ в заносе без потери устойчивости, что говорит об успешном достижении поставленной цели. Также были выполнены следующие задачи:
• проведен обзор существующих способов управления в заносе, а также ММ движения БГМ;
• выполнено уточнение выбранной математической модели БГМ;
• проведены имитационное моделирование уточненной модели и отработка алгоритмов управления моторно-трансмиссионной установкой в заносе;
• постановка предложенного способа управления в математическую модель, его отработка и анализ полученных результатов.
В процессе подбора литературы был проведен обзор существующих алгоритмов стабилизации БГМ. Анализ работ показал, что исследуемые алгоритмы предотвращают занос, но не позволяют двигаться за его границей. Отсюда возникла необходимость разработки собственного способа управления объектом при повороте на высокой скорости без потери устойчивости.
Анализ современных математических моделей описания движения позволил выбрать модель С.В. Кондакова в качестве базовой в этой работе по ряду преимуществ:
• модель полностью расписана и не требует дополнительных преобразований;
• в модели приняты некоторые допущения, позволяющие акцентировать свое внимание на исследовании криволинейного движения БГМ без учета многих нюансов работы машины;
• модель является универсальной и может использоваться не только для моделирования движения БГМ, но и промышленных тракторов и прочих ГМ использующих гидромеханическую трансмиссию.
Был проведен обзор объекта управления (БМП-3), подстановка его ТТХ в выбранную ранее математическую модель и описаны связи и уравнения, позволяющие перейти к дальнейшему компьютерному моделированию.
В процессе дальнейшей работы получена уточненная модель движения БГМ, получены доказательства ошибочного расчета курсового угла в базовой модели, а также найден один из способов нахождения угла увода Д. Найдена зависимость момента инерции корпуса объекта от смещения полюса поворота /.
По уравнениям (2.4)-(2.14), (2.30)-(2.32) собрана модель объекта, введено дополнительное регулирование шайбой ГОП и введена модель механика-водителя. Подтверждена работоспособность полученной модели как при прямолинейном, так и при криволинейном движении объекта на 3 передаче.
Был предложен способ сброса оборотов двигателя путем отслеживания действующего на объект нормального ускорения, в качестве порогового значения выбрано ускорение 6 м/с2 как наиболее оптимальное. В результате были получены доказательства, подтверждающие возможность управления поворотом БГМ на высокой скорости в процессе заноса без потери устойчивости. Также можно отметить то, что повышение передачи с 3 до 4 повысило скорость вхождения в поворот приблизительно на 6-7 м/с, и уменьшило время прохождения поворота с 4,5 до 3 секунд, а также увеличило пройденное за время моделирования расстояние на 60% что говорит о существенном повышении маневренности машины. Сброс оборотов в процессе поворота позволил разгрузить двигатель, тем самым понижая расход топлива в повороте примерно на 5%.
В конце работы возникают следующие актуальные задачи:
• усложнение математической модели с целью повышения точности результатов;
• программная реализация полученного алгоритма;
• отработка алгоритма на реальном физическом объекте-прототипе.
