Автоматизированный мобильный электромеханический комплекс для непрерывного измерения фрикционных свойств аэродромных и автодорожных покрытий
1На правах рукописи
Путов Антон Викторович АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОБИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ АЭРОДРОМНЫХ И АВТОДОРОЖНЫХ ПОКРЫТИЙ Специальность: 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург – 2010 2
Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехниче ском университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Шелудько Виктор Николаевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Лохин Валерий Михайлович кандидат технических наук, доцент Яковенко Николай Григорьевич Ведущая организация - государственное научное учреждение «Цен тральный научно-исследовательский и опытно конструкторский институт робототехники и технической кибернетики»
Защита диссертации состоится «_» декабря 2010г. в часов на за седании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д212.238.05 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета.
Автореферат разослан «» ноября 2010 г.
Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.238. к.т.н., доцент М.П. Белов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Несовершенство существующего мирового парка мобильных средств непрерывного контроля фрикционных свойств аэродромных и автодорожных по крытий в экстремальных погодных условиях, с одной стороны, и необходимость обеспе чения гарантированной безопасности посадки воздушных судов и надежного торможения наземных транспортных средств в условиях все возрастающих требований к их безопас ности, расширение самолетного и автомобильного парков и повышение интенсивности авиа- и автоперевозок, с другой стороны, предъявляют высокие требования к созданию точных, высокоэффективных, оперативных, универсальных и отвечающих самым совре менным международным требованиям автоматизированных мобильных комплексов изме рения фрикционных свойств аэродромных и автодорожных покрытий.
В области методов средств измерения фрикционных свойств покрытий наиболее востребованной сегодня является техника предпосадочного оперативного контроля по крытий аэродромов гражданской авиации, так как от состояния взлетно-посадочных полос зависит благополучная посадка пассажирских воздушных судов, а значит, здоровье и жизнь одновременно десятков и даже сотен людей.
Предпосадочное измерение свойств сцепления поверхности покрытий с колесами воздушных судов при их торможении на посадке осуществляется в настоящее время в аэ ропортах всего мира прокаткой по полосе с задаваемым кинематически постоянным скольжением измерительных колес с помощью мобильных (буксируемых или самоход ных) установок аэродромного и дорожного обслуживания. Во всем мире техническая эво люция устройств такого назначения преодолела большой путь, начав со сравнительно простых деселерометров и громоздких неуклюжих машин диагонального торможения, и остановившись на современных самоходных или буксируемых установках, осуществ ляющих непрерывную прокатку измерительных колес. При этом во всех современных мо бильных установках, представленных сегодня на международном рынке наземных средств обслуживания аэродромов гражданской авиации, измерительное колесо кинематически связывается с транспортными (ведущими) колесами мобильной установки с помощью ре дуктора, чем обеспечивается его принудительное торможение с постоянным скольжением, равным, например, 0,1. Предполагается, что такому значению скольжения соответствуют действительные режимы торможения колес воздушного судна на посадке. Однако ни пи лоты не могут, ни автоматы торможения колес не позволяют обеспечить режимы тормо жения колес с постоянным значением скольжения, поэтому расчеты прогнозируемых ве личин тормозного пути, опирающиеся на результаты измерений в таких установках, могут значительно отличаться от истинных величин, тогда как просчеты здесь недопустимы, так как могут привести к аварии самолета при посадке и гибели людей.
Мировым лидером разработки мобильных установок, реализующих принцип ме ханического подтормаживания измерительного колеса с постоянным скольжением, явля ется шведская компания ASFT (Airport Surface Friction Tester). Мобильные установки этой копании используют более 200 аэропортов Европы и Америки. Все установки ASFT со держат бортовой контроллер, принтер, панель управления, монитор, электрогидравличе ский подъемный механизм измерительного колеса с системой, обеспечивающей постоян ное давление прижима его к покрытию, датчики момента трения, положения измеритель ного колеса и пройденного расстояния. Все установки снабжены современной компью терной системой обработки информации и системами радиопередачи данных в диспетчер скую службу аэропорта в режиме реального времени и являются, с точки зрения компью терной автоматизации, наиболее современным воплощением указанного механического принципа подтормаживания. В мире существуют и другие разработки систем измерения коэффициентов сцепления с поверхностью, реализующие принцип механического под тормаживания измерительного колеса с постоянным скольжением. Таковы, например, ус тановка SFT5041 (SFT 5042) американской компании ICC - International Cybernetics Cor poration или аналогичная установка английской компании Tradewind Scientific типа Grip Tester, а также установка Mu-Meter английской компании Specialist Electronic Services, все состоящие из трехколесной буксируемой тележки, оборудованной электронной измери тельной системой, которая управляется компьютером. Широко используется в мире бук сируемая установка измерения модели Skiddometer BV 11, выпускаемая финской компа нией «Patria Industries Oyj». Она также снабжена современной компьютерной системой обработки данных, легка в использовании наземным персоналом и надежна в обслужива нии. На российских аэродромах гражданской авиации уже более 30 лет находится единст венное национальное средство измерения коэффициента сцепления - буксируемая аэро дромная тормозная тележка АТТ-2, представляющая собой простую реализацию принци па механического подтормаживания в виде двухколесного прицепа с ведущим и измери тельными колесами разных диаметров, чем и обеспечивается постоянное скольжение из мерительного колеса относительно ведущего, равное отношению разности диаметров ко лес к большему диаметру ведущего колеса. Тензометрические измерения значений коэф фициента сцепления в АТТ-2 усиливаются и регистрируются стрелочным прибором и вручную заносятся в протокол оператором, который следит за его показаниями. Очевидно, что такая установка в настоящее время уже не удовлетворяет международным стандартам, глубоко морально устарела и требует замены. Компания «АвтоВАЗ» пыталась освоить возникшую отечественую нишу, разрабатывая измеритель сил трения “Лада-Аэро”, в ос нове своей копирующий продукцию ASFT и устанавливаемый на автомобиле ВАЗ-2108, но так и не приступила к его серийному производству.
Цель диссертационной работы – создание, исследование и практическая реали зация автоматизированного мобильного электромеханического комплекса для непрерыв ного измерения коэффициента сцепления аэродромных и автодорожных покрытий, осу ществляемого путем прокатки измерительного (транспортного) колеса с одновременным торможением с помощью автоматически управляемого электромеханического устройства.
В диссертационной работе ставятся и решаются следующие задачи:
1. Разработать управляемое электромеханическое устройство торможения (ЭМУТ) измерительного (транспортного) колеса, применяемое в создаваемом мобильном ком плексе для измерения коэффициента сцепления.
2. Разработать математическую модель динамических процессов торможения колеса в рамках ЭМУТ, учитывающую срывной характер процесса торможения измерительного колеса, обусловленный нелинейными упругими свойствами пневматика и особенностями характеристики сухого трения.
3. Разработать адаптивную систему автоматического управления ЭМУТ колеса, обес печивающую возможность приблизить режимы торможения измерительного колеса к реальным режимам торможения транспортных колес в условиях неопределенности па раметров, действия нелинейностей и внешних возмущений.
4. Разработать эскизную компоновку конструкции мобильного электромеханического комплекса в виде буксируемой установки.
5. Разработать схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение адап тивной системы автоматического управления ЭМУТ, реализованной на базе средств си ловой электроники и микроконтроллера в виде бортового электрошкафа управления.
6. Разработать функциональную схему, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной информационно-управляющей системы мобильного электромехани ческого комплекса, реализованной в виде переносного компьютерного пульта управления и индикации на базе промышленного компьютера.
7. Разработать методику поверочного метрологического обслуживания мобильного электромеханического комплекса как измерительного средства и программное и аппарат ное обеспечение ее реализации в виде переносного калибровочного стенда.
Методы исследования. Основные теоретические и прикладные результаты работы получены в рамках методов электротехники, электромеханики и электроники;
беспоиско вых методов построения адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами, базирующихся на их приближенных с мажорирующими функциями математи ческих моделях;
алгебраических методов теории систем;
методов аналитической механи ки, уравнений Лагранжа и малых колебаний упругих систем;
численных методов интегри рования дифференциальных уравнений;
компьютерных методов исследования (моделиро вания) на базе стандартных программных продуктов;
методов программирования на язы ках различных уровней;
методов проектирования, конструирования и экспериментального исследования макетов, экспериментальных и опытных образцов электронных и микрокон троллерных плат, механических конструкций;
методик сертификационных испытаний аэ родромной техники.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Функциональные схемы управляемых электромеханических устройств торможения (ЭМУТ) измерительного (транспортного) колеса, построенных на базе управляемых элек трических машин и преобразователей энергии торможения.
2. Математическая модель динамических процессов электромеханического торможения колеса с пневматической шиной.
3. Адаптивная система автоматического управления процессами элктромеханического торможения (скольжения) колеса, построенная на основе предложенной математической модели.
4. Эскизная конструкторская проработка мобильного электромеханического комплекса в виде буксируемой электромеханической установки (тележки) (БЭТ), 5. Алгоритмическое, программное и схемотехническое обеспечение реализации адап тивной системы автоматического управления ЭМУТ на базе микроконтроллера и средств силовой электроники.
6. Алгоритмическое, программное и схемотехническое обеспечение реализации автома тизированной информационно-управляющей системы мобильного электромеханического комплекса на базе промышленного компьютера.
7. Методика метрологического обслуживания (калибровки) мобильного электромехани ческого комплекса и ее программная и аппаратная реализация.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Управляемые электромеханические устройства торможения колеса разработаны на базе электромеханического каскада из двух электрических машин постоянного тока и на базе синхронной электрической машины переменного тока с динамическим торможением.
2. Математическая модель динамических режимов торможения колеса с ЭМУТ учиты вает одновременно упругие свойства пневматической шины и главную особенность ха рактеристики сухого трения, имеющей резко падающий участок в начале скольжения обода шины по поверхности покрытия (эффект Штрибека), обуславливающие вместе сдвиг максимальных значений срывной силы сухого трения в область ненулевых значений скольжения.
3. Адаптивная система автоматического управления торможением (скольжением) измерительного (транспортного) колеса с ЭМУТ построена по структуре прямой беспо исковой системы с параметрической настройкой, причем в закон адаптивного управления и алгоритмы настройки его параметров дополнительно введены специальные функции, приближенно учитывающие нелинейный характер упругих деформаций пневматика и су хого трения, а реализация системы в условиях недоступности измерения упругих дефор маций пневматика обеспечивается наблюдателем состояния.
4. Эскизная конструкторская проработка мобильного комплекса в виде буксируемой электромеханической установки как средства непрерывного измерения коэффициента сцепления определяет облик нового мобильного комплекса с управляемым электромеха ническим прокатыванием измерительного колеса и является основой разработки конст рукторской документации для его серийного освоения.
5.Комплексное алгоритмическое, программное и схемотехническое обеспечение реали зации в реальном времени адаптивной системы автоматического управления торможени ем (скольжением) колеса с ЭМУТ является неотъемлемой частью любых модификаций создаваемого мобильного комплекса и защищено как объект интеллектуальной собственности.
6. Комплексное алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной ин формационно-управляющей системы, осуществляющей полную автоматизацию процес сов управления, измерения и компьютерной обработки результатов, их визуализацию и протоколирование, определение текущего маршрута движения мобильного комплекса по GPS-приемнику и его визуализацию на электронной карте аэродрома, формирование и пе редачу по GSМ-каналу компьютерной экспертной информации на электронные табло ав томагистралей или на диспетчерский пункт аэродрома для принятия решения о посадке подлетающего воздушного судна, является неотъемлемой частью любых модификаций создаваемого мобильного комплекса и защищено как объект интеллектуальной собственности.
7. Методика калибровки и ее программное и аппаратное обеспечение являются основой для разработки серийных средств метрологического обслуживания мобильных комплек сов различной конструкции и защищены как объект интеллектуальной собственности.
Обоснованность и достоверность полученных научных и практических ре зультатов. Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы в по строении управляемых ЭМУТ, математической модели и адаптивной системы управления процессами торможения измерительного (транспортного) колеса с ЭМУТ обуславливает ся корректным применением перечисленных выше методов исследования. Достоверность результатов работы по созданию схемотехнического, алгоритмического и программного обеспечения мобильного комплекса подтверждается результатами разработки и отладки электрошкафа управления бортовым микроконтроллером и компьютерного пульта управ ления и индикации с промышленным контроллером, макетной отладки электронных схем силовой и управляющей электроники ЭМУТ, многоэтапными аэродромными сертифи кационными испытаниями опытных образцов мобильного электромеханического ком плекса по утвержденным методикам Межгосударственного авиационного комитета, за вершившимися выдачей Сертификата государственного образца, лицензии на серийный выпуск сертифицированной типовой конструкции комплекса и Свидетельства о государ ственной регистрации комплекса как измерительного средства для аэродромов граждан ской авиации РФ.
Практическая ценность состоит в следующем: результаты диссертационной ра боты по созданию мобильного электромеханического комплекса, состоящего из ЭМУТ измерительного колеса с адаптивной системой управления процессами торможения, реа лизованными на базе синхронной электрической машины переменного тока и средств силовой и управляющей электроники в виде бортового электрошкафа (ЭШУ) управления, автоматизированной информационно-управляющей системы, реализованной на базе про мышленного компьютера TPC 1260H в виде переносного компьютерного пульта управле ния и индикации (ПУИ), механической конструкции, реализованной в виде буксируемой установки, выполненной на базе переднего моста шасси серийного автомобиля «Нива Chevrolet», и средств метрологического обслуживания мобильного комплекса как аэро дромного измерительного оборудования, реализованного в виде переносного калибро вочного стенда с программным управлением, послужили основой для разработки полного комплекта конструкторской документации и программного обеспечения;
совместно с хол динговой компанией «Созвездие Водолея» созданы три идентичных опытных образца комплекса, проведены государственные сертификационные летние и зимние испытания, по результатам которых выданы сертификат типа № 483 Межгосударственным авиацион ным комитетом (25.06.2009 г.) и лицензия № 005574-ИР от 10.06.2009 г. на серийный вы пуск Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии Министер ства промышленности и торговли РФ, а также получено Регистрационное удостоверение № 224-06-2009 о включении комплекса в государственный «Перечень специальных средств измерений гражданской авиации РФ» Федерального агентства воздушного транс порта «РОСАВИАЦИЯ» Министерства транспорта РФ. Разработка защищена патентом № 2369856 от 10.10.2009, а программное обеспечение – свидетельствами об официальной регистрации № 2007613124 от 20.12.2007, № 2009610238 от 11.01.2009, № 2010615788 от 07.09.2010.
Реализация результатов работы. Теоретические положения и практические ре зультаты диссертационной работы использованы в 19 НИР и НИОКР, выполненных при участии автора в течение 2001 – 2010 г.г., источниками финансирования которых явля лись федеральный бюджет, гранты РФФИ, Правительства Санкт-Петербурга, министерст ва образования и науки, министерство обороны, внебюджетные средства. Разработка вне дрена в серийное производство на предприятиях ОАО «Экспериментальный завод» Х/К «Ленинец»и научно-производственной компании «Созвездие» Х/К «Созвездие Водолея».
В СПбГЭТУ в 2007 году при кафедре систем автоматического управления создана учеб но-научная лаборатория «Мехатронные комплексы подвижных объектов и мобильные ус тановки аэродромного обслуживания», в рамках которой созданы действующие образцы нескольких модификаций мобильных электромеханических комплексов и уникальный испытательный и метрологический стенд «с бегущей дорожкой», позволяющий имитиро вать прокатку измерительного колеса в лабораторных условиях, сертифицированы три программы переподготовки и повышения квалификации специалистов аэродромных служб по эксплуатации и обслуживанию мобильных электромеханических комплексов.
Документы, подтверждающие внедрение, приведены в Приложении к диссертации.
Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты дис сертации были доложены и получили одобрение на 28 международных и всероссийских научно-технических конференциях, в том числе: на XIV международной конференции выставке «Fourteenth Annual NASA Tire/Runway Friction Workshop» May 14-18, 2007, Wal lops Flight Facility, VA, на XIV-XXI всероссийских научно-техн. конф. «Экстремальная робототехника» (2003 - 2010 годы, г. Санкт-Петербург), на IX-XIII межд. конф. и выстав ках «Современные методики контроля и восстановления искусственных покрытий аэро дромов и автомобильных дорог» (2006 - 2010 годы, г. Санкт-Петербург), межд. научно технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических систе мах», Пенза, 2004 г., межд. научно-техн. конф. «Наука, образование и общество в XXI ве ке», (СПб, 2006 г.), Первой Российской мультиконференции по проблемам управления, (СПб, 2006 г.), конф. молодых ученых «Навигация и управление движением» (СПб, г.), межд. конф. по интегрированным навигационным системам (СПб, 2007), VII Всерос сийской межвузовской конференции молодых ученых (СПб, 2007), на 3-5 Всероссийских научно-техн. конф. «Мехатроника, автоматизация, управление» (2005-2007 г., г. Санкт Петербург), на Третьей международной научно-практич. конф. «Дни науки – 2007» ( г., г. Днепропетровск), на международной научно-техн. конф. «Проблемы информацион но-компьютерных технологий и мехатроники» (2007 г., г. Дивноморское);
на внутриву зовских научно-технических конференциях в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2005-2010 гг., а также на научных семинарах кафедры систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
Публикации. Основные положения, теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 47 работах, среди которых 11 публикаций в ведущих ре цензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, а также научно методических работ в других изданиях - 4, докладов - 28. Основные положения выноси мые на защиту защищены 1 патентом и 3 свидетельствами регистрации программ ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав с выводами, заключения, и практических рекомендаций. Она изложена на 149 страницах машинопис ного текста, включает 133 рисунка, 5 таблиц, 3 приложений и содержит список литерату ры из 121 наименований, среди которых 111 отечественных и 10 иностранных авторов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность совершенствования методов и техни ческих средств непрерывного контроля фрикционных свойств аэродромных и автодорож ных покрытий, формулируются цель и задачи диссертации, излагаются основные научные результаты, выносимые на защиту, их научная новизна и практическая полезность, реали зация результатов в НИР и НИОКР, вопросы внедрения разработки в состав оборудования аэродромов гражданской авиации РФ.
В первой главе анализируются современные требования к методам и технике обеспечения безопасности посадки воздушных судов, выработанные международными сообществами эксплуатантов аэропортов гражданской авиации и формулируемые в пра вилах международной или национальной сертификации измерительных средств. На осно ве анализа современного мирового рынка мобильных (буксируемых и встроенных в авто мобиль) установок для непрерывного измерения (22 установки 13-ти наиболее известных компаний – производителей из шести ведущих стран мира – США, Великобритании, Швеции, Франции, Финляндии, Норвегии) делается вывод о неудовлетворительности распространенного в мировой практике непрерывного метода измерения коэффициента сцепления (КС) с постоянным скольжением и формулируется необходимость создания более совершенной технологии непрерывного измерения КС, базирующейся на примене нии нового метода измерения КС с управляемым скольжением измерительного коле са, что позволит в процессе измерения формировать режимы торможения измерительного колеса, приближающиеся к реальным режимам торможения колес шасси воздушных су дов при посадке.
Во второй главе на основании литературного и патентного обзора формулируют ся основные требования к облику и техническим характеристикам современного полно стью автоматизированного мобильного комплекса для непрерывного измерения КС аэро дромных и дорожных покрытий и на основе наиболее современных и перспективных предложений и собственного опыта автора разрабатывается некий синтетический облик современного мобильного комплекса с управляемым электромеханическим устройством торможения (ЭМУТ), наиболее полно удовлетворяющего сегодняшним международным требованиям, изученным и обобщенным в первой главе. Дальнейший материал второй главы посвящен вопросам разработки автоматически управляемых ЭМУТ. Обсуждается сам способ электромеханического торможения измерительного колеса и обобщенная схема реализующего его устройства, выполненного на основе электрической машины как обратимого преобразователя механической и электрической энергии (в частности, рабо тающей в режиме генератора), кинематически соединенной измерительным колесом и электрически связанной с обобщенным блоком преобразования энергии торможения (БПЭТ),и содержащего систему автоматического управления (САУ). Отмечается, что в способе и реализующем его обобщенном устройстве не уточняются вид и род тока элек трической машины и не конкретизируются структуры БПЭТ и САУ, но введены все необ ходимые измерительные датчики и связи между блоками БПЭТ, САУ и электрической машиной, объединяющие их в обобщенную функциональную схему ЭМУТ. Далее пока зывается, как из построенной обобщенной функциональной схемы ЭМУТ, конкретизируя тип электрической машины, вид БПЭТ и структуры САУ, можно получать различные конкретные функциональные схемы ЭМУТ. В диссертации рассматриваются две структу ры автоматически управляемых ЭМУТ, в разработке, исследовании и практической реа лизации которых автор принимал непосредственное участие:
- ЭМУТ, выполненного на основе двух электрических машин постоянного тока, включен ных по схеме электромеханического каскада взаимной нагрузки (вариант ЭМУТ-1) и - ЭМУТ, выполненного на основе трехфазной синхронной электрической машины пере менного тока с индуктором на постоянных магнитах (вариант ЭМУТ-2).
Вариант ЭМУТ-1 (рис. 1) получен из обобщенной функциональной схемы выбором в качестве тормозного генератора (ТГ) машины постоянного тока с независимым возбуж дением, а в качестве БПЭТ принята также машина постоянного тока с якорем, подклю ченным встречно-параллельно к якорю ТГ, кинематически соединенная с несущими коле сами и играющая роль нагрузочного двигателя (НД) в электромеханическом каскаде, управляемом со стороны ее обмотки возбуждения. На рис. 1 введены обозначения: НК – несущие колеса мобильного комплекса;
НД, ТГ - нагрузочный двигатель и тормозной ге нератор каскада;
ОВД и ОВГ – обмотки возбуждения НД и ТГ;
РЕД 1, 2 – редукторы;
ИК – измерительное колесо;
ДТТ, ДТВ, ДСнк, ДИик – датчики тока торможения, тока возбуж дения, угловых скоростей НК и ИК;
УУН – усилитель управляемого напряжения;
БВР – блок вычисления разности;
ИПН – источник постоянного напряжения;
АКБ – аккумуля торная батарея;
Fторм – сила нормального нагружения ИК;
u y (t ) - управление, вырабаты ваемое САУ;
П – программатор САУ. Второй вариант ЭМУТ-2 (рис. 2) получен из обоб щенной схемы выбором в качестве ТГ синхронной электрической машины, включенной по схеме динамического торможения на нагрузочный реостат НР, выполняющий совмест но с управляемым силовым электронным переключателем УЭП роль БПЭТ;
В – выпрями тель трехфазного тока, остальные обозначения такие же, как на рис. 1. Подробно описана работа обоих устройств торможения и проведен сравнительный анализ их достоинств и недостатков по 13 показателям. Отмечается, в частности, что главным достоинством вари анта ЭМУТ-1, является наиболее широкий диапазон регулирования скольжения S измери тельного колеса а) 0 S 1,0 ;
б) S 1,0 ;
в) S 0. (1) по сравнению с любыми другими возможными вариантами ЭМУТ, порождаемыми обоб щенной функциональной схемой. В варианте ЭМУТ-1 возможна работа электрической машины, соединенной с измерительным колесом, не только в режиме тормозного генера тора, обеспечивающего регулирование скольжения в поддиапазоне (а), но и можно прока тывать ИК «юзом» (S=1,0) и вращать его в направлении, противоположном вращению на грузочных колес (S1,0), когда НД также переходит в режим генератора, а также вращать ИК с опережением вращения нагрузочных колес (S0), когда тормозной генератор пере ходит в двигательный режим. Конечно, поддиапазоны б) и в) не являются востребован ными при измерениях, но режим работы «юзом» необходим при исследованиях тормоз ных режимов транспортных колес. Однако главный недостаток варианта ЭМУТ-1 – экс плуатационная уязвимость коллектора и щеточных узлов - делает его весьма ненадежным и мало практичным в условиях эксплуатации на аэродромах и трассах в экстремальных погодных условиях и в агрессивных средах, создаваемых хим.реагентами, поэтому в рабо те отдается предпочтение (с точки зрения реализации), варианту ЭМУТ-2, лишенному этого недостатка, хотя он и обладает ограниченным диапазоном регулирования скольже ния ( 0 S 0,4 0,8 ), впрочем, вполне удовлетворяющим требованиям к режимам из мерений, предъявляемым эксплуатационной практикой.
В третьей главе рассматриваются вопросы разработки математической модели, описывающей в форме дифференциальных уравнений динамические процессы торможе ния измерительного колеса в рамках предлагаемых ЭМУТ. В построении математической модели рассматриваются, в первую очередь, такие существенные факторы, проявляющие ся при торможении колес с пневматической шиной по сухим и влажным искусственным аэродромным и дорожным покрытиям, как нелинейные упругие свойства пневматика и явление сухого трения, характеризуемого при начале пробуксовки колес (S=0+0) круто спадающим участком зависимости силы трения от величины скольжения трущихся по верхностей (так называемым эффектом Штрибека). Кроме того, учитываются крутильные упругие деформации и зазоры трансмиссии (редуктора или цепной передачи).
На рис. 3 показана расчетная кинематическая схема подвески тормозящего измери тельного колеса с ЭМУТ, учитывающая нелинейные упругие свойства пневматика и трансмиссии. Для учета упругих деформаций введены условные вращательные моменты инерции: J - обода шины, соприкасающейся с покрытием;
J ст - ступицы с частью шины и трансмиссии и J тг - ротора тормозного генератора с другой частью трансмиссии, соеди ненные невесомыми упругими связями с коэффициентами упругости пневматика pпн и трансмиссии pтр ;
зазор 2, соответствующие угловые скорости об, ст, тг ;
M тр момент трения, Vлин - линейная скорость осей подвески.
Fнорм НК Буксировочный автомобиль Ir ТГ НД ТК РЕД РЕД НК ДСик ДТТ ДСнк + ОВГ АКБ ИПН УН u вн БВР ОВД САУ скольжением П u Рис. 1. Автоматически управляемое электромеханическое устройство торможения, выполненное на базе двух встречно включенных электрических машин постоянного тока (вариант ЭМУТ-1) Ir = Iя В ДСик ДСнк НР ИК НК N РЕД S УЭП ДТТ u у (t ) САУ скольжением П + u Рис. 2. Автоматически управляемое электромеханическое устройство торможения, выполненное на базе синхронного генератора с постоянными магнитами, включенного по схеме управляемого динамического (реостатного) торможения (вариант ЭМУТ-2) Тормозной генератор (ТГ) Jтг, тг, Mторм() Измерительное колесо (ИК) Упругая транс ЭМУТ миссия с зазором (любой из 2 Fнорм Упруго-деформируемые вариантов) элементы шины ИК зазор Обод шины ИК об, Jоб Vлин Ступица ИК ст, J ст M тр () Поверхность покрытия Рис. 3. Кинематическая схема подвески электромеханического торможения измерительного коле са, учитывающая упругие свойства шины и трансмиссии Дифференциальные уравнения, описывающие динамику электромеханического торможе ния транспортного колеса с пневматической шиной, имеют следующий вид:
Sоб = ( J обVлин ) 1 Rик ( m y 2 M тр ());
& ( об = J об ( my2 M тр ()) ;
& my2 = pпн (ст об );
& 1 ст = J ст ( f y1 m y 2 );
& my1 = pтр ( тг ст );
& 1 тг = J тг f y1 + J тг M торм ();
& my1 pст, если my1 pст ;
f y1 = 0, если my1 pст ;
my1 + pст, если my1 pст. k M торм = м ( kеТГ R I Т U УЭП );
& LЯ ) ( U УЭП = k УЭП uТ, uт = Т (uS kТ I Т ), uS = S u kS SТГ тг ст об S тг = б ;
Sст = б ;
Sоб = б ;
б = Vлин Rик ;
(2) б б б M тр( ) = m f ( M 3 exp ( M 2 Sоб ) + M1 Sоб + M 0 ) d M 0 = µ min, M1 = µ blok µ min, M 2 =, M 3 = µ max µ min.
S min Здесь my1, my2 - упругие моменты;
об, Sоб, ст, S ст, тг, S тг - угловые скорости и скольжения соответствующих дисков;
M тр( ) - момент трения скольжения;
f y1 - нели нейная функция, учитывающая влияние зазора;
M торм = kм I Т ;
I Т - ток торможения;
kм, kе, k т, т, s, m f - расчетные коэффициенты;
Rик - радиус ИК;
M тр( ) описывается уравнением аналитической характеристики сухого, полусухого и жидкостного трения;
где µ max - момент страгивания;
µ min -минимум характеристики M тр( ) ;
S min - значение µ min ;
µ blok - значение момента Sоб, соответствующее трения («юза») при Sоб = 1,0;
d - коэффициент, определяющий крутизну кривой в зоне эффекта Штрибека (d = 1 100) ;
Lя, R - индуктивность и сопротивление цепи выпрямленного тока I т ;
U уэп -управляемое напряжение цепи I т ;
k уэп - коэффициент скважности включе ния-выключения цепи тока торможения;
u т, u s - сигналы контурных регуляторов САУ;
u = u 0 + u л ua ;
u - программное, u л, ua - адаптивное управления ( u л, ua подлежат опре делению в рамках САУ).
В работе отмечается, что одновременный учет упругих деформаций пневматика и срывного эффекта в аналитической характеристике сухого трения в рамках построенной математической модели (2) динамики торможения пневматического колеса позволяет ав томатически (в отличие, например, от известных параметризированных уравнений ЛуГре) учесть присущие упругому пневматику с сухим трением явления сдвига максимума силы страгивания (момента страгивания) из точки S = 0 (+0) в область малых положительных значений S0. Заметим, что это явление сдвига максимума срывной силы сухого трения, принятое в научно-техническом обиходе за несомненное, вряд ли может быть достоверно изучено экспериментальным путем в силу невозможности получить установившиеся ре жимы в точках, соответствующих ниспадающему участку зависимости силы трения от сколь жения.
В четвертой главе кратко излагаются необходимые сведения по методике по строения беспоисковых адаптивных систем управления с параметрической настройкой и специально вводимыми мажорирующими функциями для нелинейных динамических объ ектов, допускающих неопределенность не только числовых параметров, но и вида нели нейных характеристик, строятся адаптивные системы управления электромеханическим торможением колеса в рамках построенных вариантов ЭМУТ с учетом динамики элек тромагнитных процессов в ЭМУТ и нелинейных и упругих свойств пневматика и трансмиссии.
Так для математической модели вида (2) как объекта управления его вектор со стояния содержит шесть переменных: x = ( M торм, об, m y 2, ст, m y1, тг ) т, причем неопределенными являются следующие параметры и функциональные зависимо сти J об ();
J ст ;
p тр ;
pпн ();
;
M тр (), а переменные состояния об, m y 2, ст, m y1 не доступны измерению с помощью датчиков, поэтому уравнения адаптивной системы управления торможением колеса с ЭМУТ-2, записанные для краткости с помощью векто ров и матриц соответствующих размерностей, будут содержать:
а) идентификатор состояния шестого порядка вида & x = A 0 x + l c т ( x х ) + b 0u ;
(3) б) модальное управление по вектору оценки x = ( M торм, об, m y 2, ст, m y1, тг ) т вида u л = k т x = k1M торм + k 2 об + k 3m y 2 + k 4 ст + k5m y1 + k 6 тг ;
(4) в) эталонную модель в «физических переменных» вида x м = A м x м + b м us, & A м = A 0 + b0k т, (5) x м = ( M торм, м, m м2, ст, m м1, м ) т ;
м м об y y тг г) адаптивное управление вида { } т uа (t ) = k А (t ) diag f p ( x r ) 6 x + k b (t )us (t ) (6) с алгоритмами параметрической настройки { } k A (t ) = a (e)x T diag f p ( x r ) 1 a k A (t );
r = 1, 6, & (7) k b (t ) = b (e)u s0 (t ) b k b (t ), & T где (e) = b м Pe ;
e = x - xм, а мажорирующие функции, содержатся в диагональной матрице вида diag { f p ( x r )}1 = diag{1, I вд, об, m p 2, 1, m p1, 1} p p 6 y (8) y Здесь: с – вектор измерений;
l, k - векторы обратных связей наблюдателя и модального регулятора;
A 0, b 0 - матрицы состояния и входа объекта (2) с некоторыми усредненными (номинальными) параметрами электромеханической системы торможения;
A м, bм - мат рицы эталонной модели, A м - гурвицева;
k A, kb - настраиваемые параметры (матрица строка и скаляр) адаптивного управления (6), Р – матрица – решение уравнения Ляпунова вида A T P + PA м = G. (9) м В пятой главе излагается методика расчета адаптивных систем управления электро механическим торможением измерительного колеса, проиллюстрированная примером расчета адаптивной системы вида (2) – (8), и проводится ее математическое моделирова ние с помощью визуальной системы Simulink. На рисунках 4 - 9 показаны некоторые ре зультаты моделирования адаптивной системы (2) – (8) при учете упругости пневматика (и при пренебрежении упругими свойствами трансмиссии).
На каждом из рисунков 4 - 9 показаны графики процессов торможения (скольжения 0 S (t ) ) колеса при реакции на ступенчатое входное воздействие uS = 0.1;
( S = 0,1) при по стоянном (кривая 1) и срывном (кривая 2) характере момента трения ИК с упругим пнев матиком и сухим трением и при условии, что установка движется по гладкой однородной поверхности с коэффициентом сцепления µ = 0.7 (сухой асфальт) для следующих случа ев:
1. В неадаптивной системе с подчиненным управлением 0 J тг, pпн (рис. 4).
и усредненными параметрами 2. В неадаптивной системе с модальным управлением и усредненными (номинальными) параметрами (рис. 5).
3. В неадаптивной системе с модальным управлением:
при изменении упругости пневматика в четыре раза pпн = 0,25 pпн (рис. 6) и при изменении момента инерции присоединенных масс к измерительному Рис. 4. Результаты моделирования в неадаптивной системе с подчи- колесу в четыре раза ( J тг = 4J тг ) (рис. 7).
ненным управлением и усреднен 0 ными параметрами J тг, pпн 4. В адаптивной системе: при изменении упругости в четыре раза ( pпн = 0,25 pпн ) (рис. 8) и при изменении момента инерции присоединенных масс к ИК в = 4J тг ) (рис. 9) четыре раза ( J тг Рис. 5. Результаты моделирования в неадаптивной Рис. 6. Результаты моделирования в неадаптивной системе с модальным управлением и усредненными системе с модальным управлением: при изменении параметрами упругости пневматика в четыре раза pпн = 0,25 pпн Рис. 7. Результаты моделирования в неадаптивной Рис. 8. Результаты моделирования в системе с системе с модальным управлением: при изменении адаптивным управлением: при изменении упругости момента инреции присоединенных масс к в четыре раза ( pпн = 0,25 pпн ) измерительному колесу в четыре раза ( J тг = 4J тг ) Из приведенных результатов исследования видно, что в системе с подчиненным управ лением упругие колебания не подавляются (рис. 4);
система с модальным управлением удовле творительно функционирует только при номинальных значениях параметров, на ко торые рассчитаны настройки наблюдателя и модального управления (рисунки 5, 6, 7);
Рис. 9. Результаты моделирования в системе с в адаптивной системе упругие колебания адаптивным управлением: при изменении момента эффективно подавляются даже при четы инерции присоединенных масс к ИК в четыре раза рехкратном изменении параметров (рисун ( J тг = 4J тг ) ки 8, 9).
Шестая глава посвящена вопросам конструкторской, схемотехнической, алгорит мической и программной проработки создаваемого мобильного электротехнического комплекса и средств его управления и автоматизации. Комплекс состоит из буксируемой электромеханической тележки (БЭТ), бортового электрошкафа управления (ЭШУ), пере носного компьютерного пульта управления и индикации (ПУИ) и переносного метроло гического (калибровочного) стенда. Внешний вид действующего образца мобильного комплекса модели ИКС-1, выполненной на базе варианта ЭМУТ-2 с синхронным генера тором торможения и реостатом, показан на рис. 10. Конструкция мобильного комплекса представляет собой буксируемую электромеханическую установку (тележку) (БЭТ), объе диненную рамой переднего моста автомобиля ВАЗ 21213 («НИВА-ШЕВРОЛЕ»), а также снабженную фаркопом для сцепления с автомобилем – буксировщиком. Облик механиче ской конструкции мобильного комплекса представлен на рис. 11 чертежом в 3D проекции. БЭТ собрана на базе переднего моста шасси ВАЗ 21213, элементы которого крепятся к несущей раме (10). Центр масс БЭТ относительно оси вращения НК (13) сме щен в сторону сцепки (8), образуя давление на опору фаркопа автомобиля-буксировщика силой не более 50 кг. Общая снаряженная масса БЭТ не превышает 500 кг. В передней части рамы (10) установлен тормозной синхронный генератор (6), на валу которого жест ко закреплена звездочка. Тормозной генератор закреплен на раме при помощи балки (5) и угольника (4). Сцепка (8) снабжена устройством, позволяющим вручную регулировать высоту прицепного устройства так, чтобы при буксировании БЭТ в измерительном режи ме она всегда находилась в горизонтальном положении. Измерительное колесо (ИК) раз мещено между НК (13) на подвеске, состоящей из рычага (2). Основной частью БЭТ явля ется подвеска узла измерительного колеса (ИК), включающая в себя сам узел ИК (1), ры чаг (2), связанный с несущей груз балкой (7) через амортизатор, обеспечивающий нор мальное нагружение ИК. узел крепления тензодатчика (9), тормозной генератор. В задней части тележки установлен электрошкаф (14), содержащий аккумуляторную батарею, си ловые электронные блоки и платы, управляемые микроконтроллером модели С-164 ком пании Infineon Technologies.
Рис. 10. Внешний вид буксируемого мобильного Рис. 11. Конструкция буксируемой электромеханиче электромеханического комплекса модели ИКС-1 ской тележки (БЭТ) мобильного комплекса Электрошкаф управления (ЭШУ), показанный на рис. 12, связан с ПУИ, находящимся в ав томобиле-буксировщике, проводной связью. В ЭШУ расположены: драйвер IGBT;
датчик тока;
модуль ЗУ;
плата управления с микрокон троллером С 164;
силовой транзистор IGBT;
GPS-приемник;
силовой транзистор IGBT;
Рис. 12. Вид внутреннего устройства электрош кафа управления (ЭШУ) силовой трехфазный мостовой выпрямитель постоянного тока;
гелевый аккумулятор;
вла гозащищенные соединительные разъемы. За пределы ЭШУ вынесена плата усилителя сигнала тензодатчика, которая находится в отдельном корпусе в непосредственной близо сти от тензодатчика. В диссертации разработаны полный комплект электрических прин ципиальных схем плат всех модулей ЭШУ и схема его внутренних соединений. Трехфаз ный ток статора тормозного генератора выпрямляется по силовой трехфазной мостовой выпрямительной схеме. В цепь выпрямленного тока включен силовой ключ, выполненный на IGBT транзисторе, который управляется сигналом, поступающем с платы драйвера IGBT. Плата драйвера IGBT соединена с платой управления и микроконтроллером С164.
На боковой поверхности ЭШУ расположены влагозащищенные соединительные разъемы, при помощи которых осуществляется соединение со статорной обмоткой тормозного ге нератора, тензодатчиком, датчиками угловых скоростей ПУИ.
Разработано программное обеспечение микроконтроллера. Программа обработки сигналов и адаптивной системы управления скольжением записана в ПЗУ микроконтрол лера С164 и предназначена для сбора и оцифровки всех данных с БЭТ, выдачи информа ции по порту RS232 в ПУИ и управления силовой частью для поддержания заданного оператором скольжения. Программный цикл длится 1/390-ую секунды, за это время по лучаются все сигналы с АЦП, просчитывается управление и выдается в ШИМ и выпол няются команды от компьютера оператора (если таковые имеются). Значения с датчиков 30 раз в секунду передаются по порту RS232 на компьютер оператора со скоростью бит в секунду. От ПУИ приходят сигналы на изменение задания по скольжению, значения радиусов ИК, НК и сигналы запуска и остановки измерения, эти сигналы контроллер об рабатывает по прерыванию. На верхней стенке ЭШУ установлен GPS-приемник, опреде ляющий текущие координаты БЭТ и передающий их на плату управления. Приёмник вме сте с антенной смонтирован в герметичном корпусе.
Разработана автоматизированная информационно-управляющая система мобиль ного комплекса как автоматизированного средства непрерывного измерения коэффици ента сцепления покрытий, которая реализуется на базе промышленного компьютера в ви де переносного пульта управления и индикации (ПУИ) оператора комплекса и выполняет следующие функции:
1. Текущее измерение коэффициента сцепления (КС) с точностью не более 0,01.
2. Визуальную индикацию в процессе подготовки к проведению измерения коэф фициента сцепления в процессе измерения КС.
3. Измерение, визуальную индикацию и документальную регистрацию осредненных по заданному участку покрытия значений КС, полученных при неоднократном выполне нии измерений в одинаковых условиях (места, состояния покрытия, скорости измерения) с погрешностью не более ± 0,02 во всем диапазоне измерений.
4. Измерение, визуальную индикацию и документальную регистрацию текущих значе ний скорости движения с погрешностью не более ± 1 км/ч.
5. Измерение и документальную регистрацию пройденного расстояния при измере нии КС в диапазоне от 0 до 10 км с погрешностью не более ± 1% во всем диапазоне измерений.
6. Визуальную индикацию электронной карты аэродрома и мобильного комплекса, вычисление и регистрацию на электронной карте местоположения с отклонением не более ± 5 м.
7. Передачу информации с помощью GSM-модема в диспетчерскую службу аэродрома непосредственно в процессе измерения с регистрацией текущего времени.
8. Регистрацию, архивирование и возможность воспроизведения всего объема накоп ленных результатов измерения и обработанной информации за период времени не менее чем 2 года.
9. Задание следующих данных:
• даты, номера месяца, двух цифр года проведения измерений (определяется автоматически);
• времени суток в часах и минутах проведения измерений (определяется автоматически);
• обозначение наименования элемента летного поля аэродрома, длина участка по крытия ВПП, на котором намечается провести измерение КС, и его номер (информация о месте проведения измерения КС отображается также на карте аэропорта);
• код лица, выполняющего измерение.
10. Формирование и документирование экспертной информации, необходимой для при нятия диспетчером аэродрома решения о безопасной посадке подлетающего воздуш ного судна.
Компьютерный переносной пульт управления и индикации (ПУИ) (см. рис.14) вы полнен на базе промышленного компьютера ТРС 1260Н фирмы Advantech.
В соответствии с выполняемыми ПУИ функциями, перечисленными выше, разра ботано полное алгоритмическое и программное обеспечение. Основное окно панели ви зуализации и управления процессом измерений на сенсорном цветном экране ПУИ появ ляется при включении электропитания установки (рис. 15). Функции изображений кнопок управления поясняются соответствующими надписями в основном окне.
Основное окно (рис. 15) является виртуальной панелью, содержащей все органы управления процессом измере ний и визуализации его результатов.После окончания измерительного заезда оператор может просмотреть по лученную и обработанную информацию, нажав в основ ном окне на кнопку «ПРОСМОТР ПРОТОКОЛОВ», и передать ее на КДП аэродрома. При нажатии на кнопку Рис. 14. Компьютерный переносной пульт управления и индикации «ПРОСМОТР ПРОТОКОЛОВ», появляется диалоговое окно (ПУИ) меню выбора протоколов (см. рис. 16).
Рис. 15. Основное окно панели визуализации и Рис. 16. Меню выбора протоколов управления Протоколы измерений, записываемых и хранящихся на диске в ПУИ, могут быть представлены в четырех видах:
1. Протокол в стандартном виде. При нажатии в основном окне на кнопку «ПРОТОКОЛ В СТАНДАРТНОМ ВИДЕ» появляются столбцовые диаграммы распреде ления значений измерения коэффициента сцепления вдоль измеряемого участка по обоим направлениям (см. рис. 17);
2. Протокол в виде графиков. При нажатии в основном окне на кнопку «ПОКАЗАТЬ ПРОТОКОЛ В ВВИДЕ ГРАФИКОВ» появляются графики распределения значений коэф фициента сцепления, скольжения и линейной скорости мобильной установки вдоль изме ряемого участка (см. рис. 18);
3. Протокол на карте аэродрома. При нажатии в основном окне на кнопку «ПОКАЗАТЬ ПРОТОКОЛ НА КАРТЕ» появляется карта аэропорта с указанием места проведения измерений (см. рис. 19). На карте ставится метка начала измерений – белая буква «Н» в черном круге;
4. Протокол в числовом виде. При нажатии в основном окне на кнопку «ПОКАЗАТЬ ПРОТОКОЛ В ЧИСЛОВОМ ВИДЕ» появляются таблицы распределения числовых значе ний коэффициента сцепления, скольжения и линейной скорости мобильной установки вдоль измеряемого участка (см. рис. 20).
Рис. 17. Окно просмотра стандартного вида протокола Рис. 18. Окно просмотра протокола в виде графиков Рис. 19. Окно просмотра протокола на карте Рис. 20. Окно просмотра протокола в числовом виде Разработанный компьютерный ПУИ является универсальным прибором обслуживания любого мобильного комплекса для непрерывного измерения КС и может выступать в качетсве самостоятельного рыночного продукта.
В седьмой (заключительной) главе расматриваются вопросы разработки методики метрологического обслуживания (калибровки), ее программного обеспечения и аппаратной реализации в виде переносного калибровочного стенда. Стенд предназначен для калибровки тензометрической системы измерения силы торможения (трения) изме рительного колеса и измерительно-вычислительного тракта мобильного комплекса и представляет собой подвижную платформу с весами, на которые устанавливается изме рительное колесо комплекса, двумя тензометрическими датчиками измерения касатель ной силы натяжения ИК и нормальной силы прижатия в пятне контакта с поверхностью, а также снабжен цифровыми индикаторами VT 100(см. рис. 21).
Рис. 21. Калибровочный стенд с установленным на Рис. 22. Заполнение протокола калибровки нем измерительным колесо мобильного комплекса мобильного комплекса в окне на экране ПУИ (вид со стороны индикаторов VT100) В диссерации разработано алгоритмическое и программное обеспечение методики калибровки, реализуемой на стенде под управлением компьютера ПУИ, по результатм которой компьбтером заполняется протокол калибровки (см. рис. 22).
Переносной калибровочный стенд является универсальным прибором для метроло гического обслуживания любых мобильных комплексов непрерывного измерения КС и может рассматриваться в качестве самостоятельного рыночного продукта.
Разработанные в диссертации эскизная конструкция, схемотехническое, алгорит мическое и программное обеспечение послужили основой для создания полного комплек та конструкторской документации на изготовление 3-х действующих образцов мобильно го электротехнического комплекса, выполненных с вариантом ЭМУТ-2 совместно с Хол динговой компанией «Созвездие Водолея» и при ее финансовой поддержке. В 2008 – г. при деятельном участии автора проводились государственные сертификационные испы тания 3-х действующих образцов комплексов в соответствии с «Сертификационными тре бованиями (базисом)», разработанными и утвержденными Межгосударственным авиаци онным комитетом (МАК) и приведенными в Приложении 1 диссертации. По результатам успешно проведенных испытаний получены подтверждающие документы государствен ного образца, приведенные в Приложении 2.
Заключение.
1. Разработано управляемое электромеханическое устройство торможения (ЭМУТ) измерительного (транспортного) колеса, применяемое в создаваемом мобильном ком плексе для измерения коэффициента сцепления.
2. Разработана математическая модель динамических процессов торможения колеса в рамках ЭМУТ, учитывающая срывной характер процесса торможения измерительного ко леса, обусловленный нелинейными упругими свойствами пневматика и особенностями характеристики сухого трения.
3. Разработана адаптивная система автоматического управления ЭМУТ колеса, обес печивающая возможность приблизить режимы торможения измерительного колеса к ре альным режимам торможения транспортных колес в условиях неопределенности пара метров, действия нелинейностей и внешних возмущений.
4. Разработана эскизная компоновка конструкции мобильного электромеханического комплекса в виде буксируемой установки.
5. Разработано схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение адап тивной системы автоматического управления ЭМУТ, реализованной на базе средств си ловой электроники и микроконтроллера в виде бортового электрошкафа управления.
6. Разработана функциональная схема, алгоритмическое и программное обеспечение автоматизированной информационно-управляющей системы мобильного электромехани ческого комплекса, реализованной в виде переносного компьютерного пульта управления и индикации на базе промышленного компьютера.
7. Разработана методика поверочного метрологического обслуживания мобильного электромеханического комплекса как измерительного средства и программное и аппарат ное обеспечение ее реализации в виде переносного калибровочного стенда.
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации, входящие в Перечень ВАК РФ:
1. В.В. Путов, А.В. Низовой, Ш.А. Дашаев, А.А. Иванов, А.В. Путов, В.П. Казаков Элек тромеханическая мобильная установка аэродромного обслуживания нового поколения для оперативного контроля взлетно-посадочной полосы [Текст]// Мехатроника, авто матизация и управление № 5.-2003.-С. 32- 2. В.В. Путов, А.В. Низовой, Н.А. Тимчук, А.В. Путов, В.П. Казаков Электромеханиче ская мобильная установка нового поколения для автоматизированного контроля взлет но-посадочной полосы [Текст]// Известия государственного электротехнического уни верситета. Серия «Автоматизация и управление».СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- №1.-2003.-С.3- 3. В. В. Путов, В.Н. Шелудько, А.В. Низовой, А.В. Путов Автоматизированная мобиль ная электромеханическая установка нового поколения для измерения фрикционных свойств взлетно-посадочной полосы [Текст]// Авиакосмическое приборостроение № 6.-2004, с. 27- 4. В.В. Путов, Ю.К. Козлов, В.П. Казаков, А.В. Путов Адаптивные электромеханические системы наведения и стабилизации специальных объектов и мобильных робототехни ческих комплексов [Текст]// Известия государственного электротехнического универ ситета. Серия «Автоматизация и управление».СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- №1.-2004, с. 3- 5. А.В. Путов Измерительно-вычислительный комплекс оперативного контроля состоя ния поверхности автодорожных и аэродромных покрытий [Текст]// Известия государ ственного электротехнического университета. Серия «Автоматизация и управле ние».СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- № 1.-2005, с. 48- 6. В. Н. Шелудько, А.В. Путов, Е.В. Друян Система автоматического управления элек тромеханическим каскадом торможения буксируемого колеса в задачах исследования аэродромных и автодорожных покрытий [Текст]// Известия государственного электро технического университета. Серия «Автоматизация и управление».СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- №1.-2006.- С 7. В.В. Путов, В.Е. Хильченко, А.В. Путов, В.Н. Шелудько. Новое поколение мобильных электромеханических установок для оперативного контроля аэродромных покрытий [Текст]// Мехатроника, автоматизация и управление № 10.-2007.- С.25- 8. В. В. Путов, Шелудько В.Н, Лебедев В.В, Зунг Ч.А, Казаков В.Н, Путов А.В, Друян Е.В. Семейство аналитических и интеллектуальных адаптивных систем управления нелинейными упругими электромеханическими объектами [Текст]// Мехатроника, ав томатизация и управление № 10.-2007.- С. 16- 9. Е.В. Друян, А.В. Путов, В. В. Путов, В. Н. Шелудько Испытательный стенд для нового поколения буксируемых электромеханических установок аэродромного обслуживания [Текст]// Известия СПбГЭТУ. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- № 4.-2010.- С. 22- 10. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, А.В. Путов, Я.Н. Сколяров Автоматически управляемые электромеханические устройства торможения транспортных колес [Текст]// Известия СПбГЭТУ. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- № 8.-2010.- С. 61- 11. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, А.В. Путов, Т.Л. Русяева Автоматически управляемая буксируемая электромеханическая установка для измерения коэффициента сцепления аэродромных и автодорожных покрытий ИСК-1 [Текст]// Известия СПбГЭТУ.
СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- № 9.-2010.- С. 67- Патенты и свидетельства регистрации программы ЭВМ:
12. Путов В.В., Путов А.В., Хильченко В.Е. Устройство для измерения коэффициента сцепления с поверхностью аэродромных и дорожных покрытий // патент РФ на изо бретение. № 2369856 от 10.10. 13. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2007613124. Пу тов В.В., Путов А.В.. Программа для информационно-управляющего комплекса уста новки для определения состояния взлетно-посадочной полосы. Опубл. в RU ОБПБТ № 4 (61) 20.12.2007, с. 14. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2010615788. Ше лудько В.Н., Путов А.В.., Друян Е.В. Программа для управления стендом для измери тельных мобильных установок аэродромного обслуживания. Зарегистрировано в Рее стре программ для ЭВМ 07.09. 15. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Шелудько В.Н., Путов А.В.., Друян Е.В. Программа управления испытательным калибровочным стен дом для электромеханических установок измерения коэффициента сцепления аэро дромных и автодорожных покрытий. Подана заявка на регистрацию 27.10. Другие статьи и конференции:
16. В.В. Путов, Н.А. Тимчук, А.В. Путов, В.П. Казаков, Р.В. Ленц, А.В. Низовой, Ю.К. Козлов Элек тромеханический энергосберегающий мобильный комплекс предпосадочного контроля состояния аэродромной полосы в экстремальных погодных условиях [Текст]// Сб. докл. «Управление и ин формационные технологии». УИТ-2003.-СПб.: ИСПОСервис.-2003.-С.246- 17. В.П. Казаков, А.В. Путов Информационно-управляющая система мобильной системы контроля ВПП [Текст]// Доклад на 14 конференции «Экстремальная робототехника» ЦНИИ РТК. СПб.: 2003.
с. 226- 18. В.В. Путов, А.В. Путов, В.Н. Шелудько Компьютерная система управления и автоматизации мо бильной установкой измерения фрикционных свойств взлетно-посадочной полосы [Текст]// Межд.
научно-технической конференция «Проблемы автоматизации и управления в технических систе мах». Пенза.: 2004., с. 204- 19.
В.В. Путов, В.Н. Шелудько, А.В. Низовой, А.В. Путов Мобильная автоматизированная установка нового поколения для измерения коэффициента сцепления взлетно-посадочной полосы [Текст]// 15-ая научно-практическая конференция «Экстремальная робототехника. СПб.: 2004, с. 375-379.
20. В.В. Путов, Низовой В. А., Шелудько В.Н., Путов А.В., Русяева Т.Л. Электромеханическая мо бильная установка нового поколения для оперативного предпосадочного контроля аэродромов гражданской авиации [Текст]// 1-я Всероссийская научно-техническая конференция с международ ным участием «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ”2004). Владимир.:2004, с. 400 403.
21. А.В. Путов, В.П. Казаков Микроконтроллерная система обработки информации и управления мо бильной установкой контроля фрикционных свойств взлетно-посадочной полосы [Текст]//15-ая на учно-техническая конференция «Экстремальная робототехника». СПб.: 2004, с. 363- 22. А.В. Путов Измерительно-вычислительный комплекс оперативного контроля состояния поверхно сти автодорожных и аэродромных покрытий [Текст]// 16-ая научно-техническая конференция «Экстремальная робототехника». СПб.: 2005, с. 223- 23. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, А.В. Путов Мобильная электромеханическая установка нового поко ления для измерения коэффициента сцепления взлетно-посадочных полос аэродромов граждан ской авиации [Текст]// 2-я Всероссийская научно-техническая конференция с международным уча стием «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ”2005). Уфа.:2005, с. 284-292.
24. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, А.В. Путов Новое поколение мобильных установок автоматизирован ного контроля качества аэродромных и автодорожных покрытий: исследование, сертификация, се рийное освоение [Текст]// 16-ая научно-практическая конференция «Экстремальная робототехника.
СПб.: 2005. с. 207- 25. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, А.В. Путов Мобильная установка нового поколения для оперативного предпосадочного контроля фрикционных свойств аэродромных покрытий [Текст]// доклад на межд.
научно-техн. конф. «Наука, образование и общество в XXI веке» 15 июня 2006 г., г. СПб., СПбГЭ ТУ 26. В.П. Казаков, Путов В.В., Чан А.З., Путов А.В., Друян Е.В. Параметрическая адаптация для управ ления двухмассовыми нелинейными упругими электромеханическими объектами [Текст]// труды 9 ой Всероссийской научно-практическойконференции. Том 5. Экстремальная робототехника. СПб:
2006. С. 206- 27. Ш.А. Дашаев, В.В. Путов, В.Н. Шелудько, А.А. Иванов, А.В. Путов Автоматизированная мобиль ная установка нового поколения для оперативного предпосадочного контроля фрикционных свойств аэродромных покрытий [Текст]// Журнал «Аэропорт»., № 1. 2006. с.
28. Путов В.В., Шелудько В.Н., Путов А.В., Дашаев Ш.А. Автоматизированная мобильная установка нового поколения для оперативного предпосадочного контроля фрикционных свойств аэродром ных покрытий [Текст]// Первая Российская мультиконференция по проблемам управления 10- октября 2006. СПб, с. 192-197.
29. А.В. Путов, Е.В. Друян. Компьютеризированный, информационно-управляющий пульт оператора мобильных установок для контроля состояния аэродромных покрытий [Текст]//IX конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». 13-15 марта 2007 г.СПб.: 30. В.П. Казаков, А.В. Путов Микропроцессорная электромеханическая система подавления упругих колебаний, возникающих при управлении механическими объектами на подвижном основании [Текст]// IX конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». 13-15 марта г.СПб.: 31. А.В. Путов, Е.В. Друян Компьютеризированный информационно-управляющий пульт оператора мобильных установок для контроля состояния аэродромных покрытий [Текст]//XIV межд. конф. по интегрированным навигационным системам. 28-30 мая 2007. СПб.: 32. А.В. Путов, В.П. Казаков Сравнительный анализ аналитического и нерйосетевого (обученного по аналитическому) алгоритмов управления двухмассовым упругим объектом [Текст]// XIV межд.
конф. по интегрированным навигационным системам. 28-30 мая 2007. СПб.: 33. В.П. Казаков, А.В. Путов Построение нейросетевого, обученного по аналитическому, алгоритма управления двухмассовым упругими объектом [Текст]// межд. науч.-техн. конф. «Проблемы ин формационно-компьютерных технологий и мехатроники». 24-29 сентября 2007г. Дивноморское.
2007. Изд-во Таганрогского ИЮФУ. с. 220- 34. А.В. Путов, Е.В. Друян Компьютеризированный информационно-управляющий комплекс для электромеханической мобильной установки измерения коэффициента сцепления аэродромных по крытий [Текст]// межд. науч.-техн. конф. «Проблемы информационно-компьютерных технологий и мехатроники». 24-29 сентября 2007г. Дивноморское. 2007. Изд-во Таганрогского ИЮФУ. с. 445 35. Гарцев И.Б., Путов А.В. Автоматизированная система управления торможением колес летального аппарата [Текст]// межд. науч.-техн. конф. «Проблемы информационно-компьютерных технологий и мехатроники». 24-29 сентября 2007г. Дивноморское. 2007. Изд-во Таганрогского ИЮФУ. с. 372 36. С.Е. Голик, А.В. Вейнмейстер, Е.В. Друян, В.П. Казаков, А.В. Путов Микропроцессорные устрой ства: Метод. указания к лабораторным работам. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2007. 88 с.
37. Путов В.В, Шелудько В. Н., Путов А. В. Современная техника аэродромного обслуживания от «ЛЭТИ» [Текст]// Вестник авиации и космонавтики. Москва. № 1. 2008. с. 22- 38. Путов В.В, Шелудько В. Н., Путов А. В., В. П. Казаков, Е.В. Друян, А. С. Пекаровский, Н. А. Руся ев, Н. А. Щербаков Инновационные проекты в проектировании современных средств оценки тор мозящих свойств искусственных ВПП [Текст]//VII межд. конф. «Материалы, оборудование и тех нологии, применяемые для содержания аэродромов гражданской авиации». 24-25 сентября 39. А. В. Путов Разработка компьютеризированного информационно-управляющего пульта оператора мобильных установок для контроля состояния аэродромных покрытий [Текст]// доклад на VII Все российской межвузовской конференции молодых ученых. 18 января 2010 г. СПбГЭТУ 40. Е.В. Друян, А.В. Путов, А.Н. Щербаков Испытания буксируемых электромеханических измерите лей коэффициента сцепления в лабораторных условиях [Текст]// XI конф. молодых ученых «Нави гация и управление движением». 15-18 марта 2010 г. СПб.: 41. Путов В.В, Шелудько В. Н., Путов А. В., В. П. Казаков, Е.В. Друян, А.С. Пекаровский, А.Н. Щер баков, Н. А. Русяев. Аэродромный измеритель коэффициента сцепления нового поколения ИКС-1:
сервис, обучение, развитие [Текст]// IX межд. конф. и выставка «Современные методики контроля и восстановления искусственных покрытий аэродромов и автомобильных дорог». 24-25 июня 2010.
42. Путов В.В, Путов А. В, В. П. Казаков, Е.В. Друян, А.С. Пекаровский, А.Н. Щербаков, Н. А. Русяев.
Испытания буксируемых электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лаборатор ных условиях [Текст]// IX межд. конф. и выставка «Современные методики контроля и восстанов ления искусственных покрытий аэродромов и автомобильных дорог». 24-25 июня 43. Информационно-управляющие комплексы аэродромного обслуживания: Методические указания к лабораторным работам/ Сост.: Путов В.В, Путов А. В, Казаков В. П., Друян Е.В., Русяева Т.Л.
Электронные методические указания по дисциплине «Информационно-управляющие комплексы аэродромного обслуживания». 2010. 115 с.