Введение 3
1. Состояние вопроса 6
1.1 Анализ агрегатов для нанесения напольного рисунка 6
1.2 Анализ принтеров для 3Д технологий в строительстве 12
1.3 Системы автоматического управления 3D-принтеров 15
Выводы и задачи исследований 31
2. Математическое моделирование рабочих процессов 32
напольного принтера
2.1 Разработка технического решения напольного принтера 32
2.2 Анализ сервопривода напольного принтера 34
2.3 Моделирование поведения подвески напольного принтера 39
Выводы 44
3. Исследование напольного принтера 45
3.1 Методика экспериментальных исследований 45
Выводы
4.1 Параметрический синтез настроечных параметров
напольного принтера
4.2 Разработка программного обеспечения управления
напольным принтером
4.3 Внедрение результатов исследований
4.4 Выводы
Основные результаты и выводы
Перечень условных обозначений
Список использованных источников
Актуальность темы исследования. В настоящее время в связи с растущими ежегодно интенсивностью движения на 3—7 % и аварийностью на дорогах на 7—8 % все большее внимание уделяется такому обязательному и эффективному средству организации дорожного движения, как горизонтальная дорожная разметка. По данным различных исследователей ее отсутствие или неудовлетворительное состояние увеличивает число дорожно-транспортных происшествий, связанных с дорожными условиями, до 30 %.
При проектировании автомобильных дорог очень важно обеспечить строгое соответствие разметки и устанавливаемых на дороге знаков, светофоров и других средств организации движения. Согласно ГОСТ Р 51256-2011 "Разметка дорожная" дорожные знаки выполняются прямой и фигурной формы. Для разметки применяется современное высокотехнологическое оборудование от ручных мобильных разметчиков до специального оборудования, устанавливаемого на шасси грузовых автомобилей. Недостатком существующей технологии является выполнении ручных работ при нанесении рисунка.
При разработке системы управления агрегатом для напольного рисунка использованы современные методы с помощью системы «MATLAB с приложениями Simulink и LabVIEW». В результате моделирования динамики процессов нанесения рисунка были получены амплитудно-фазовые характеристики агрегата для напольного рисунка. Это дало возможность анализировать структуры и влияние параметров системы, решать задачи синтеза путем подбора корректирующих элементов, выполнять идентификацию по экспериментально снятым частотным характеристикам. По амплитудно-фазовым характеристикам сделаны выводы о таких качественных показателях, как запасы устойчивости по амплитуде и по фазе, резонансная частота, частота среза.
Все это определило необходимость совершенствования системы нанесения фигурного рисунка путем программного управления агрегатом для напольного рисунка. Поэтому актуальной задачей является совершенствование системы управления агрегатом для напольного рисунка.
Цель работы - повышение безопасности дорожного движения за счет нанесения информационной разметки на напольных поверхностях.
Для выполнения указанной цели сформулированы следующие задачи исследования:
1. Провести анализ существующих методов нанесения фигурных знаков и разработать гипотезу их нанесения;
2. Разработать техническое предложение для нанесения информационной разметки на напольных поверхностях;
3. Установить в ходе теоретических исследований, лабораторных и производственных экспериментов закономерности влияния характеристик покрытия дорожного полотна на точность выполнения рисунка.
4. Разработать программное обеспечение по управлению процессом нанесения информационной разметки на напольных поверхностях
1. Выполнен анализ существующих методов нанесения фигурных знаков и разработана гипотеза их нанесения;
2. Разработано техническое предложение для нанесения информационной разметки на напольных поверхностях;
3. В ходе теоретических исследований, лабораторных и производственных экспериментов установлены закономерности влияния характеристик покрытия дорожного полотна на точность выполнения рисунка.
4. Разработано программное обеспечение по управлению процессом нанесения информационной разметки на напольных поверхностях
1. ГОСТ Р 51256-2011 "Разметка дорожная"
2. Емельянов Р.Т. Дорожный принтер / А.С.Климов. А.В. Закурдаев, Л.В. Скурихин, О.Л. Климова, Е.С. Турышева / Патент на полезную модель №.153211 опубл. 10.06.2015, Бюл. №19
3. Prokopiev A. P., The analytical solution and the dynamic charac- terristics of the system model velocity control vibrating roller/P., Prokopiev, A. P., V. I. Ivanchura, R. Т. Emelianov Journal of Siberian Federal University. Engineering &Technologies 4 (2014 7) 482-490.
4. Дунаев П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин/ П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов - М.: Высш. шк., 2004 - 447 с 6.
5. Скурихин Л.В. Выбор шагового двигателя для дорожного принтера /Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных. Молодёжь и наука: проспект Свободный, Электронный ресурс http://соп^Ти-к^.ги/тп2015/?д=направления- и-секции/строительство-формирование-среды-для-жизни- механизация-и-автоматизация
6. Основы робототехники / Н.В. Василенко, К.Д. Никитин, В.П.
Пономарев, А.Ю. Смолин; Под ред. К.Д. Никитина. - Томск: МГП “РАСКО”, 1993. - 475 с.
7. Kohtz D. Messen, Steuern und Regeln mit PIC-Mikrocontrollern / D. Kohtz. - 4. Auflage. - Franzis Verlag GmbH, 2003. - 191 s.
8. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями / Б.А. Ивоботенко и др. Под общ. ред. М.Г. Чиликина. - М.: Энергия, 1971. - 624 с.
9. Кобринский, А.А. Манипуляционные системы роботов / А.А. Кобринский, А.Е. Кобринский. - М.: Наука. глав. ред. физ.-мат. лит., 1985. - 344 с.
10. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - М.:Машиностроение, 1988. - 392 с.
11. Конструирование роботов: Пер. с франц. Д.М. Далечиной, М.С. Фанченко, В.И. Чебуркова / П. Андре и др. Под общ. ред. А.М. Долгова. - М.: Мир, 1986. - 360 с.
12. Мехатроника: Пер. с япон. С.Л. Масленникова / Т. Исии и др. Под общ. ред. В.В. Василькова. - М.: Мир, 1988. - 318 с.
13. Острем, К. Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. / К. Острем, Б. Виттенмарк. Под ред. С.П. Чеботарева. - М.: Мир, 1987. - 480 с.
14. Jost R. Experimente mit Programmierbarer Logik / R. Jost. - Franzis Verlag GmbH, 2006. - 312 s.
15. Тихонов А.О., Цывинский М.М. Эволюция приводов на базе шаговых
двигателей [Электронный документ]
(http://www.servotechnica.ru/catalog/
16. type/article/index.pl?id=42 ). Проверено 11.02.2014
17.. Bendjedia, M.; Ait-Amirat, Y.; Walther, B.; Berthon, A., "Sensorless control of hybrid stepper motor," Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on , vol., no., pp.1,10, 2-5 Sept. 2007 doi: 10.1109/EPE.2007.4417444
18. Bendjedia, M.; Ait-Amirat, Y.; Walther, B.; Berthon, A., "Position Control of a Sensorless Stepper Motor," Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.27, no.2, pp.578,587, Feb. 2012 doi: 10.1109/TPEL.2011.2161774
19. Конаков А.С. Алгоритм адаптивного двухшагового расширенного фильтра Калмана в задаче совместной оценки навигационного вектора и смещения нулей датчика МЭМС в слабосвязанной комплексированной навигационной системе // А.С. Конаков, В.В. Шаврин, Д.О. Ноздреватых, А.А. Савин, В.И. Тисленко // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники - № 4 (30), 2013. - С. 23-30
21. Ferdinando, H.; Khoswanto, H.; Purwanto, D., "Embedded Kalman Filter for Inertial Measurement Unit (IMU) on the ATMega8535," Innovations in Intelligent Systems and Applications (INISTA), 2012 International Symposium on , vol., no., pp.1,5, 2-4 July 2012
22. Fatykhov Yu.A. Podkhod k postroyeniyu sistemy avtomaticheskogo upravleniya rabochimi organami razdelochno-filetirovochnogo oborudovaniya (Chast II. Realizatsiya pryamogo tsifrovogo upravleniya shagovym privodom) : Yu.A. Fatykhov, O.V. Ageyev, A.V. Shlemin, O.P. Ponomarev : Nauchny zhurnal KubGAU [Electronic resource]. - Krasnodar: KubGAU, 2007. - №34(10)
23. Ridiko L.I., "Raz shazhok, dva shazhok..."// Magazine "Osnovy skhemotekhniki"- №6-9/2001
24. Tikhonov A.O., Shcherbakov V.L., Universalny servoprivod SPSh10 [Electronic document] (http://www.servotechnica.ru/catalog/type/article/index.pl?id=39). Checked 12.02.2014
25. A.A. Degtyaryov, Sh. Tayl, Elementy teorii adaptivnogo rasshirennogo filtra Kalmana : Preprint IPM im. M.V.Keldysha RAN. - M., 2003. - №26. - 35 p.
26. Kohtz D. Messen, Steuern und Regeln mit PIC-Mikrocontrollern / D. Kohtz. - 4. Auflage. - Franzis Verlag GmbH, 2003. - 191 s.
27. Jost R. Experimente mit Programmierbarer Logik / R. Jost. - Franzis Verlag GmbH, 2006. - 312 s.
28.. Bendjedia, M.; Ait-Amirat, Y.; Walther, B.; Berthon, A., "Sensorless control of hybrid stepper motor," Power Electronics and Applications, 2007
29. Einicke G. A. Smoothing, Filtering and Prediction-Estimating the past, present and future // New York: InTech. - 2012. - 276 pp.
30. Ferdinando, H.; Khoswanto, H.; Purwanto, D., "Embedded Kalman Filter for Inertial Measurement Unit (IMU) on the ATMega8535," Innovations in Intelligent Systems and Applications (INISTA), 2012 International Symposium on , vol., no., pp.1,5, 2-4 July 2012
31. Ferdinando, H.; Khoswanto, H.; Purwanto, D., "Embedded Kalman Filter for Inertial Measurement Unit (IMU) on the ATMega8535," Innovations in Intelligent Systems and Applications (INISTA), 2012 International Symposium on , vol., no., pp.1,5, 2-4 July 2012
32. Фатыхов Ю.А. Подход к построению системы автоматического управления рабочими органами разделочно-филетировочного оборудования (Часть II. Реализация прямого цифрового управления шаговым приводом) / Ю.А. Фатыхов, О.В. Агеев, А.В. Шлемин, О.П. Пономарев // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - №34(10)
33. Ридико Л.И., "Раз шажок, два шажок..."// Журнал "Основы
схемотехники" - №6-9/2001 10. Тихонов А.О., Щербаков В.Л., Универсальный сервопривод СПШ
[Электронный документ]
(http ://www. servotechnica.ru/catalog/type/article/index.pl?id=39). Проверено 12.02.2014
34.. А.А. Дегтярёв, Ш. Тайль, Элементы теории адаптивного расширенного фильтра Калмана / Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. - М., 2003. - №26. - 35 с. A.V. Borisevich1,D.V. Glebko2
35. Tikhonov A.O., Tsivinskiy M.M. Evolyutsiya privodov na baze shagovykh dvigateley [Electronic document]
36. Bendjedia, M.; Ait-Amirat, Y.; Walther, B.; Berthon, A., "Sensorless control of hybrid stepper motor," Power Electronics and Applications, 2007 European Conference on , vol., no., pp.1,10, 2-5 Sept. 2007 doi: 10.1109/EPE.2007.4417444
37. Bendjedia, M.; Ait-Amirat, Y.; Walther, B.; Berthon, A., "Position Control of a Sensorless Stepper Motor," Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.27, no.2, pp.578,587, Feb. 2012 doi: 10.1109/TPEL.2011.2161774
38. Konakov A.S. Algoritm adaptivnogo dvukhshagovogo rasshirennogo filtra Kalmana v zadache sovmestnoy otsenki navigatsionnogo vektora i smeshcheniya nuley datchika MEMS v slabosvyazannoy kompleksirovannoy navigatsionnoy sisteme : A.S. Konakov, V.V. Shavrin, D.O. Nozdrevatykh, A.A. Savin, V.I. Tislenko : Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki - № 4 (30), 2013, - p. 23-30
39. Einicke G. A. Smoothing, Filtering and Prediction-Estimating the past, present and future // New York: InTech. - 2012. - 276 pp.
40. Ferdinando, H.; Khoswanto, H.; Purwanto, D., "Embedded Kalman Filter for Inertial Measurement Unit (IMU) on the ATMega8535," Innovations in Intelligent Systems and Applications (INISTA), 2012 International Symposium on , vol., no., pp.1,5, 2-4 July 2012
41. Fatykhov Yu.A. Podkhod k postroyeniyu sistemy avtomaticheskogo upravleniya rabochimi organami razdelochno-filetirovochnogo oborudovaniya (Chast II. Realizatsiya pryamogo tsifrovogo upravleniya shagovym privodom) : Yu.A. Fatykhov, O.V. Ageyev, A.V. Shlemin, O.P. Ponomarev : Nauchny zhurnal KubGAU [Electronic resource]. - Krasnodar: KubGAU, 2007. - №34(10)
42. Ridiko L.I., "Raz shazhok, dva shazhok..."// Magazine "Osnovy skhemotekhniki"- №6-9/2001
43. Tikhonov A.O., Shcherbakov V.L., Universalny servoprivod SPSh10
[Electronic document]
(http://www.servotechnica.ru/catalog/type/article/index.pl?id=39). Checked 12.02.2014
44. A.A. Degtyaryov, Sh. Tayl, Elementy teorii adaptivnogo rasshirennogo filtra Kalmana : Preprint IPM im. M.V.Keldysha RAN. - M., 2003. - №26. - 35 p.
45. Корниенко В. В, Омельяненко В. И. Высокоскоростной электрический транспорт. Мировой опыт. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2007. - 159 с.
46. Щербаков В. Г., Колпахчьян Г. И., Хоменко Б. И. Применение реактивных индукторных двигателей на перспективном ЭПС // Электровозостроение: сб. научн. тр. ОАО «Всерос. н.-и. и проектно- конструктр. ин-т электровозостроения» (ОАО «ВЭлНИИ»). Т.40. Новочеркасск, 2001. - С. 45-57.
47. Омельяненко В. И., Любарский Б. Г., Рябов Е. С., Демидов А. В., Глебова Т. В. Анализ и сравнение перспективных тяговых электродвигателей // За.пзничний транспорт Украши. 2008. № 2/1. - С. 26-31.
48. Емельянов И. Я., Воскобойников В. В., Масленок Б. А. Основы конструирования исполнительных механизмов управления ядерных реакторов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 232 с.
49. Приводы СУЗ реакторов ВВЭР для атомных электростанций / В. П. Никитюк, А. Г. Казахмедов, А. С. Ваулин и др. - М.: ИКЦ Академкнига, 2004. - 325 с.
50. Джафари Хенджани Сейед Моджтаба Математическая модель автоматизированного электропривода на базе линейного шагового двигателя / Джафари Хенджани Сейед Моджтаба, Б. Г. Любарский, Е. С. Рябов , В. П. Северин, В. Ф. Чернай, Д. И. Якунин // «Електрошформ» - 2009. Тем. вип. « Проблеми автоматизованого електроприводу. Теорiя i практика» С. 88- 91 7 51. Дьяконов В. MATLAB 6: учебный курс. - СПб.: Питер, 2001. - 592 с. 8. http://femm.berlios.de
51. Khoshnevis B. Automated construction by contour crafting - Related robotics and information technologies, Automation in Construction., vol.13, 2004, 5-19.
52. Khoshnevis B., Yuan X., Zahiri B., Jing Z., Xia B. Construction by contour crafting using sulfur concrete with planetary applications, Rapid Prototyping Journal, vol.22, 2016, 5-6.