Разработка подсистемы коррекции ошибок положення объекта

Если же для выставки используются некоторые внешние устройства (например, уровни, теодолиты и т. д.), то погрешность смещения нуля акселерометра и начальная ошибка горизонтирования платформы являются некоррелированными и должны суммироваться, как среднеквадратичные отклонения (см. ниже о статистическом анализе погрешностей). Из этого примера следует, что каждый определенный режим работы системы должен анализироваться независимо с точки зрения корреляции погрешностей.

Круговая вероятная ошибка является общепринятой статистической мерой, используемой при определении точности системы.

Когда компоненты, соответствующие ряду независимых источников погрешностей, суммируются, то кривая распределения для суммарной погрешности очень близко приближается к хорошо известной кривой нормального распределения. Даже всего лишь для трех источников погрешностей с равномерным распределением результирующая суммарная ошибка отличается от кривой нормального закона лишь на несколько процентов. Для инерциальной навигационной системы, которая характеризуется большим числом малых независимых источников погрешностей, суммарная погрешность подчиняется нормальному закону распределения.

3.3 РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГИРОСКОПА

К основным статическим параметрам гироскопа относится чувствительность - предел отношения приращения входной величины, которая может быть обнаружена на выходе.

В разрабатываемом приборе общая чувствительность будет равна:

, (3.4)

где -- общая крутизна характеристики прибора;

-- крутизна характеристики датчика перемещения;

-- крутизна характеристики чувствительного элемента;

-- коэффициент усиления усилителя.

Рассчитаем чувствительность гироскопа для исходных данных:

- (максимальный угол поворота системы);

- = 9.8 с/м2 (максимальное значение измеряемой величины). Найдем как отношение максимального угла поворота подвижной системы к максимальному значению измеряемой физической величины g:

(3.5)

Зададимся значением коэффициента усиления = 50 и найдем :

 (3.6)

Расчет динамических параметров прибора включает в себя определение частоты собственных колебаний подвижной системы, степени успокоения и постоянной времени. Указанные параметры в общем случае можно найти из уравнения движения подвижной системы:

J* - C* + K* = 0, (3.7)

где J -- момент инерции подвижной системы относительно оси вращения;

С -- удельный демпфирующий момент;

К -- угловая жесткость противодействующего элемента;

-- угол поворота подвижной системы относительно оси вращения.

Найдем момент инерции подвижной системы. Для этого разобьем подвижную систему на простейшие элементы, для которых момент инерции найти гораздо проще. В данном случае подвижную систему делим на цилиндр -- ось подвижной системы, параллелепипед - инерционная масса, пустотелые цилиндры - каркасы катушек датчиков момента и перемещения.

Воспользуемся теоремой Штейнера и найдем общий момент инерции

(3.8)

Определяем угловую жесткость противодействующего элемента :

= **, (3.9)

= 1*0,00051*50 = 0.0255 Н*м, (3.10)

определяем частоту собственных не демпфированных колебаний

. (3.11)

Величину удельного демпфирующего момента, предварительно задавшись значением степени успокоения = 0,7, определяем следующим образом

, (3.12)

определяем частоту собственных колебаний подвижной системы прибора

(3.13)

определяем период собственных колебаний по формуле

(3.14)

3.3.1 РАСЧЕТ ДЕМПФЕРОВ

Демпферы авиаприборов предназначены для создания сил или моментов с целью успокоения (демпфирования) колебаний подвижной системы.

Эти моменты (силы) пропорциональны скорости движения подвижной системы и вводятся в гироскоп с целью повышения его динамических характеристик, то есть для получения меньшего времени ее успокоения, причем степень успокоения должна оставаться постоянной, как при изменении внешних условий, так и при всех возможных в процессе работы скоростях поворота подвижной системы. Следовательно, при конструировании демпферов необходимо учесть все эти требования.

Часто в конструкциях приборов демпфирование подвижной системы осуществляют не одним, а несколькими типами демпферов, поэтому общий демпфирующий момент подвижной системы будет находиться как сумма моментов каждого демпфера.

В данном гироскопе применяются три вида демпферов. Демпфирующий момент первого создается за счет вязкого трения жидкости о поплавок в зазоре между поплавком и корпусом. Второй - два гидравлических поршневых, которые осуществляют демпфирование за счет поступательного перемещения элементов поплавка в замкнутом пространстве с незначительными зазорами. Третий - 2 кольцевых катушечных демпфера, являющихся составной частью датчика момента (силы).

Подвижная система является поплавком, погруженным в жидкость. При перемещении поплавка, жидкость создаёт противодействующую силу. Таким образом жидкость является демпфером. Выведено, что коэффициент демпфирования в данном случае равен 5-10% от

С1 = 10%*= 9.3*10-4 Н*с*м, (3.15)

Для нахождения удельного демпфирующего момента кольцевого катушечного демпфера нам дано:

- R=7,2 мм, Rn=7,2 мм (геометрические параметры датчика);

- B=0,94 Тл (магнитная индукция в зазоре);

- rк=40 Ом (сопротивление катушки);

- W=1054 (число витков в катушке)

. (3.16)

Таким образом, зная суммарный удельный демпфирующий момент , равный 93*10-4 Н*с*м, находим С3.

= С1 + С2 + С3, (3.17)

С3=(93-9.3-54.83)*10-4=28.87*10-4 Н*с*м, (3.18)

зная удельный демпфирующий момент С3, создаваемый за счет вязкого трения жидкости о поплавок в зазоре между поплавком и корпусом, найдем величину зазора.

(3.19)

рассчитаем степень успокоения

(3.20)

3.3.2 РАСЧЕТ ДАТЧИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Датчик перемещения - это элемент информационно-измерительной цепи, осуществляющий преобразование линейных или угловых перемещений в пропорциональные им электрические сигналы.

Индукция в рабочем пространстве датчика В = 0,15 Тл

Фр=BS, (3.21)

где S - площадь зазора обмотки.

Для обмоток возбуждения

Фp = 0,15*5*10-6 = 0.75*10-6 Вб, (3.22)

найдем проводимость в кольцевом зазоре и проводимость утечки

(3.23)

(3.24)

определим значение магнитного потока и индукции в магнитопроводе

(3.25)

, (3.26)

. (3.27)

Найдем требуемое число витков обмотки возбуждения.

(3.28)

Найдем максимальное количество располагаемых витков. Коэффициент заполнения примем равным 0,6. Диаметр провода обмотки с изоляцией возьмем равным 0,07 мм

(3.29)

Как видно, требуемое число витков обмотки катушки возбуждения не превышает максимального их количества.

Найдем величину тока в обмотке

(3.30)

В соответствии с допускаемой величиной плотности тока проверим провод обмотки возбуждения на перегрев.

(3.31)

Допускаемое значение плотности тока, с учетом того, что провод обмоток изготовлен из меди, а также того, что обмотки погружены в непроводящую жидкость марки БЛП составит 80 - 100 А / мм. Таким образом, найденное значение полностью удовлетворяет заданному условию.

3.3.3 РАСЧЕТ ОПОРНОЙ ПОДВИЖНОЙ СИСТЕМЫ

Опора представляет собой устройство, обеспечивающее движение одной детали относительно другой по заданной траектории с требуемой точностью. Она состоит из опорной части называемой цапфой и охватывающей ее детали, называемой подшипником.

Основным требованием, предъявляемым к опорам авиационных приборов является момент трения, так как высокий момент трения приводит к нечувствительности прибора или же в его отказе, в том случае, когда момент трения превосходит движущие силы. Поэтому при расчете чувствительных опор основным является нахождение момента трения.

, (3.32)

где =3.14

- диаметр цапфы

Q - радиальная нагрузка

u- жидкое трение

Зададимся исходными данными:

- u = 0.004;

- = 0.2 мм;

Учитывая, что подвижная система находится в жидкости, Q находится как разность веса системы и архимедовой силы, действующей на нее

Q=P-Fа, (3.33)

Fа - архимедова сила

Q=m*g - V*с*g, (3.34)

- V = 23.04*10-9 м3 (объем опоры);

- = 1920 кг/м3

Q =5*10-3-0.442368*10-3 = 4.557*10-3 H, (3.35)

воспользуемся формулой 3.32 для нахождения момента трения

. (3.36)

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ТРУДА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ

Размеры лабораторного помещения, в котором будет разрабатываться система коррекции ошибок положения объекта, составляет 7х5,6х3м. Рабочее место состоит из стола, стула и персонального компьютера. В помещении работает 4 человека. Площадь помещения составляет 39,2 м2, объём - 117,6 м3. Согласно ДСанПиН 3.3.2.007-98 площадь на одно рабочее место должна составлять не менее 6 м2, а объем - 20 м3. Для данного помещения рабочая площадь и объем на одного человека соответствует нормам, так как в нашем случае площадь на одно рабочее место составляет 9,8 м2, а объем - 29,4 м3.

В качестве машины выступает персональный компьютер, среда - лаборатория. Предмет труда - проектирование лабораторного макета. Все элементы «Ч-М-С» влияют друг на друга, при этом некоторые связи могут быть опасными и вредными. Выделяют три типа связей между элементами «человек» и «машина»:

Ч1 - это человек, управляющий машиной, главным образом для выполнения основной задачи системы - производства конечного продукта;

Ч2 - это человек, как биологический объект, влияет на производственную среду (энерговыделение от человека);

Ч3 - это человек, его психофизиологическое состояние под воздействием производственных факторов (усталость, умственное перенапряжение);

М1 - выполнение основной технологической функции (ПЭВМ);

М2 - элемент функции аварийной защиты (оборудование, которое предотвращает возникновение опасных факторов);

М3 - функционирование машины как источника вредных воздействий на человека и среду (влияние, обусловленное вредными производственными факторами).



Рисунок 4.1 - Структура системы «Ч-М-С» для рабочего места

Таблица 4.1 - Характеристики связей в системе «Ч-М-С»

1	2
Направление связи	Описание связи
Ч1- М1	Включение, обслуживание и работа с ПЭВМ, а так же с ее периферийными устройствами.
Ч2 - среда	Человек воздействует на среду как биологический объект: выделение влаги, потребление воздуха, изменение температуры в помещении, изменение влажности в помещении.
Ч3 - Ч1	Влияние людей в группе друг на друга психофизическими факторами, такими как настроение и т. д.
Среда - Ч3	Среда воздействует на человека физическими явлениями, такими как температура воздуха, атмосферное давление, влажность воздуха и т. д.
М3 - среда	Влияние машины на окружающую среду: выделение тепла, электромагнитного излучения.
М1 - Ч1	Влияние вредных факторов и выделений от машины на психофизическое состояние человека.
Ч1 - М2	Влияние человека на функциональность систем аварийной защиты в лаборатории.
М1 - М2	Информация от машины, которая влияет на способность к реакции на аварийные ситуации машины: повышенные ионизационные излучения, повышенные показатели статического электричества в воздухе.
Ч3 - Ч2	Психофизические явления, такие как: нервные перегрузки, усталость и т. д., которые влияют на интенсивность обмена веществ в организме человека:
Среда - М1	Воздействия среды на выполнение машиной технологических операций: изменение температуры, влажности, что может привести к загрязнению и запыленности контактов. А так же изменение напряжения в сети.
М2 - М1	Управляющее воздействие, которое подается на машину в случае аварийной ситуациию

Исходя из данной системы «Ч-М-С» можно определить перечень потенциально опасный и вредных производственных факторов помещения:

- физические факторы: недостаточная освещенность рабочей зоны, запыленность воздуха, повышенный уровень шума;

- психофизиологические факторы: перенапряжение зрительных анализаторов, умственное перенапряжение.

Химических и биологических опасных факторов в помещении не наблюдается.

Из перечисленных выше факторов, был выбран доминирующий фактор: недостаточная освещенность рабочей зоны.

4.2 ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Питание компьютеров осуществляется от трехфазной четырехпроводной электрической сети переменного тока с глухо-заземленной нейтралью и напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Согласно НПАОП 40.1-1.21-98 помещение можно отнести к категории без повышенной опасности, так как в помещении отсутствуют факторы, которые вызывают повышенную или особую опасность.

Согласно требованиям НПАОП 0.00-4.12-05 провели вводный, первичный на рабочем месте, повторный, целевой и внеплановый инструктажи. Содержание инструктажа соответствует требованиям НПАОП 0.00-4.12-05. Инструктаж был зафиксирован в соответствующих журналах с подписями инструктируемых и инструктора.

Для создания безопасных условий труда необходимо провести ряд организационных и технических мероприятий. Согласно НПАОП 40.1-1.32-01 для предотвращения поражения человека электрическим током в помещении применяется система зануления.

4.3 ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ САНИТАРИЯ В ПОМЕЩЕНИИ

Работа в лаборатории производится сидя и не требует физического напряжения. Поэтому она относится к категории Іа (легкие физические работы, энергозатраты до 120 ккал/ч).

Оптимальные нормы температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений для категории работ Iа следующие в соответствии с ДСН 3.3.6.042-99:

- в холодный период: температура 22-24С, относительная влажность 40-60 , скорость движения воздуха меньше или равна 0,1 м/с;

- в теплый период: температура 23-25С, относительная влажность 40-60 , скорость движения меньше или равна 0,1 м/с.

Для создания благоприятных условий труда, то есть снижения психофизиологических факторов, немаловажное значение играет планировка рабочего места, которая удовлетворяет требованиям удобства при работе, экономии энергии и времени работников. При планировании рабочего места рекомендуется учитывать зоны досягаемости рук оператора при конкретном расположении дисплея и клавиатуры. Для обеспечения оптимальных условий работы зрительных анализаторов необходима определенная цветовая отделка помещения. Помещения, имеющие вычислительную технику, окрашиваются в соответствии с цветом технических средств. Выбор цвета определяется рядом факторов, в том числе конструкцией здания, характером выполняемой работы, освещенностью, количеством работающих.

При проектировании искусственного освещения в помещениях, необходимо руководствоваться требованиями ДБН В.2.5-28-2006. Согласно тому, что в нашем помещении характеристика работы зрения можно отнести к высокой точности, третьего разряда, контраст объекта с фоном средний, а характеристика фона тоже средняя, то общая освещенность не должна превышать 200 лк.

В случае превышения уровня звукового давления в помещении, сравнительно нормам ДСН 3.3.6.037-99, принимаются меры для улучшения шумового режима: экранирования, облицовку стен и стен с звукопоглощающим материалом. Санитарные нормы распространяются на шум, инфразвук и ультразвук. Эти нормы отвечают за классификацию производственных акустических колебаний, методы гигиенической оценки производственного шума, требования к измерениям на рабочих местах, а также параметры, которые нормируются и их допустимые величины. Расчет искусственного освещения. Цель проверочного расчета - определение фактической освещенности в помещении.

Основная расчетная формула метода коэффициента использования светового потока.

,

- фактическая освещенность, лк;

S - площадь освещаемого помещения;

z - коэффициент неравномерности освещенности, z = 1,1;

- коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и износ источников запаса света в процессе эксплуатации. Для помещения дисплейного зала, освещаемого люминесцентными лампами и при условии чистки светильников не реже двух раз в год, = 1,4 - 1,5;

N - число светильников в ряду;

- коэффициент использования светового потока ламп;

- коэффициент затенения, = 0,8;

n - число рядов;

Вариант 2:

= 1750;

= 4;

= 3;

= 0,57;

N = 3.

Для начала определим показатель :

= =

Затем определим показатель :

Получаем, что = 444.5 > = 400

Уровень освещения помещения соответствует нормам.

4.4 ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПОМЕЩЕНИЯ

Согласно нормам НАПБ Б.03.002-2007 по степени пожаровзрывоопасности данное производство относится к категории Б, т. к. помещение может иметь горючую пыль и волокна, а так же помещение не относится к категориям А или В. Согласно ДБН В.1.1.7-2002 здание относится к І-ой степени огнестойкости. Согласно НПАОП 40.1-1.01-97 помещение по пожароопасности относится к классу П-IIа.

Причиной пожара в помещении могут быть короткое замыкание электропроводки, неисправность электрооборудования, нагревание проводников, курение в непредназначенных для этого местах, нарушение правил пожарной безопасности, а также повышенная температура внутри помещения. Для предупреждения пожаров предлагается проводить обязательный инструктаж по пожарной безопасности, следить за доступностью и сроком годности средств пожаротушения, исполнять установленный режим эксплуатации электрических сетей и оборудования, не курить в помещениях. Нами предлагается разместить в рабочем помещении 3 ручных порошковых огнетушителя типа ВВК - 1,4, т. к. данный вид огнетушителей является универсальным, и используется для тушения практически всех видов пожаров: для тушения пожаров класса А - горение твердых веществ; класса В - горение жидких веществ, как растворимых в воде, так и нерастворимых; класса С - газообразных веществ, чаще всего, бытового газа. С расчета один огнетушитель на 3 ПК, но в одном помещении их должно быть не менее двух (НАПБ Б.03.001-2004).

Около выхода из комнаты расположен план эвакуации на случай экстренной ситуации.

ВЫВОДЫ

Разработка интеллектуальных мобильных роботов (ИМР) для различных производственных и исследовательских целей является весьма важной и актуальной задачей.

В настоящее время выполнено огромное число исследований, связанных с разработкой алгоритмов управления, обеспечивающих решение с помощью мобильных роботов таких нетривиальных операций, как: составление карты местности, её уточнение, планирование траекторий, обход препятствий, выявляемых при движении, проникновение в труднодоступные зоны и т.д.

По причине возрастающих с каждым годом требований к автономности мобильных робототехнических средств существует необходимость создания сложного навигационного комплекса для наземных мобильных роботов, позволяющего расширить их функциональные возможности по ориентации на местности, составлению карт, проходу по безопасным маршрутам и т.п. В данной работе техническое задание было изучено и полностью решено.

Дальнейшие исследования новых типов мобильных роботов стимулируется многочисленными приложениями в самых различных областях человеческой деятельности (автоматизация управления движением транспортных средств, борьба с терроризмом и разминирование подозрительных предметов, работа в условиях сильной задымленности во время пожаротушение, инспекция территорий, зараженных химическими веществами, самостоятельное патрулирование назначенных территорий и др.).

Для эффективного функционирования интеллектуальные роботы снабжены системой восприятия внешней среды, средствами анализа ситуаций и принятия решений и осуществляют планирование движения (в том числе и построение трассы). Алгоритм навигации и управления могут быть применены при создании систем управления современных мобильных робототехнических систем, оснащенных различными типами датчиков для облегчения работы оператора. Полученные решение навигационных задач могут выполнятся на современных вычислительных машинах в режиме реального времени, то есть могут быть использованы для создания автономных мобильных систем в городских условиях. Теория систем инерциальной навигации, идеи которой начали зарождаться еще в начале нашего века, в настоящие время является вполне завершенным разделом мехатроники. Однако последние достижение как в области теоретической механики, электроники, информатики, так и при создании новых типов микромеханических гироскопов позволяют ожидать появление новых подходов к решению рассмотренных задач.

Ошибки, которые встречаются в инерциальной навигации могу возникнуть через ошибки в конструкции; ошибки элементов; ошибки алгоритма системы; ошибки, связанные с подготовкой системы; ошибки, связанные с маневрами.

Основные достоинства двухстепенных поплавковых гироскопических интеграторов состоят в высокой точности (собственный уход -- десятые и сотые доли градуса в 1 ч); малой подверженности вибрационным, ударным и др. возмущающим воздействиям; возможности использования для решения широкого класса задач, возлагаемых на гироскопические устройства.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Гейтс, Б. Механическое будущее [Текст] / Б. Гейтс // Журн. «В мире науки». - 2007. - №7. - С. 37-43 2. Бобровский, С.Н. Навигация мобильных роботов [Текст] / С.Н. Гончаров// Журн. PC Week. - 2004. - №9. - С. 60-63 3. Управление роботами. Состояние и перспективы [Текст] : материалы ХХ общ. собрания академии навигации и управления движением, 26 октября 2005 г. С.-Петербург / редкол : П.К.Плотников (отв. ред.). - С.-Петербург: Электроприбор, 2008. - 20 с. 4. Палагин В.А. Техническое задание на перспективную разработку мобильного робота для использования в чрезвычайных ситуациях [Текст] / Разработка СКБ «Робототехника и мехаторника» ХНУРЕ - Харьков, 2008. - 18 с. 5. Инструментарии роботостроения [Электронный ресурс] / Колорадо, M. Тим Джонс. - Режим доступа: www/ URL:http://developerworks/ ru/library/lrobotools/#author.html/ - 05.09.2008 г. - Загл. с экрана. 6. Баранов, Д.Н. Разработка интеллектуальной системы управления мобильными роботами на основе следящей системы технического зрения и нечеткой логики [Текст] : автореф. дис. кандидата техн. наук: 12.06.08 / Д.Н. Баранов; [Ун-т «СТАНКИН»]. - М., 2008. - 222с. 7. Навигация зрячего робота [Электронный ресурс] Режим доступа: www/ URL: http://cofelis.ru/?page_id=46&page=3.html/ - 17.09.2008 г. - Загл. с экрана. 8. Навигация мобильных роботов [Электронный ресурс] / Лондон, Имперский Колледж. - Режим доступа: www/ URL: http://computer-vision.ucoz.ru/MobRoboNavigati/mobile_robot_navigation.html/- 10.06.1997 г. - Загл. с экрана. 9. Мартыненко, Ю. Г. Управление движением мобильных колёсных роботов [Текст] / Ю.Г. Мартыненко - МГУ им. М.В. Ломоносова, 2005. - 29-80с.

10. Однородные управляющие структуры адаптивных роботов [Текст] : А.В. Каляев, Ю.В. Чернухин и др.; гл. ред. физ.-мат. лит. - М.: Наука, 1990. - 152 с. 11. Управление роботами от ЭВМ [Текст] : учеб. / Е. И. Юревич, С.И. Новаченко, В.А. Павлов и др.; под. ред. Е. И. Юревича - Л. : Энергия, 1980. - 264с. 12. Интеллектуальный мобильный робот [Электронный ресурс] / - Евстигнеев Д.В. - Режим доступа: www/ URL: http://robot-rad.narod.ru/index.html/ - 15.02.2008г. - Загл. с экрана. 13. Бобровский С. Навигация мобильных роботов (в 3 ч.). Ч. 1 // РС WEEK/RЕ. - 2004. - № 9. - С. 52. 14. Бобровский С. Навигация мобильных роботов (в 3 ч.). Ч. 2 // РС WEEK/RЕ. - 2004. - №10.-С. 53. 15. Мартыненко Ю.Е. Тенденции развития современной гироскопии // Соровский образовательный журнал. - 1997. -№ 11. - С. 120-127. 16. Мартыненко Ю.Г. Инерциальная навигация // Соровский образовательный журнал. - 1998.-№ 8.-С. 102-108. 17. Бранец В.Н., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1992. - 280 с. 18. Методичні вказівки до виконання розділу «Охорона праці» у випускних роботах ОКР «бакалавр» усіх форм навчання / Упоряд.: Б. В. Дзюндзюк, В. А. Айвазов, Т. Є. Стиценко. - Х: ХНУРЕ, 2012.- 28 с. 19. Дзюндзюк, Б. В. Охрана труда. Сборник задач : Учеб. пос. / Дзюндзюк Б. В., Иванов В.Г., Клименко В.Н., Солдатов А.В.; МОН Украины; НМЦВО, ХНУРЭ. - Х. : ХНУРЕ - 2006. - 244 с. 20. Жидецький, В. Ц. Охорона праці користувачів комп'ютерів : навч. посібник / Жидецький В. Ц.; МО України, Укр. Акад. Друкарства. - Львів : Афіша - 2000. - 176 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Демонстрационный материал в виде презентации



Размещено на Allbest.ru

...