автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Автоматизированный электромеханический стенд для полунатурных испытаний буксируемых измерителей коэффициента сцепления

На правах рукописи

Друян Евгений Васильевич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ПОЛУНАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ БУКСИРУЕМЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

»ио043447 ..........1 7 МАЙ 2012

Санкт-Петербург - 2012

005043447

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина), кафедра систем автоматического управления

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Путов Виктор Владимирович

Официальные оппоненты:

•Загашвили Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор, феде ральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего про фессионального образования «Балтийский государственный технический универ ситет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова», первый проректор - проректор по науч ной и инновационной деятельности

• Шестаков Вячеслав Михайлович, доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ), заведующий кафед рой "Электротехники, вычислительной техники и автоматизации"

Ведущая организация - Московский государственный университет приборостро ения и информатики (МГУПИ)

Защита состоится 30 мая 2012 года в ауд._на заседании диссертационного со

вета Д212.238.05 Санкт-Петербургского государственного электротехнической университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт Петербург, ул. Профессора Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государ ственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина).

Автореферат разослан 27 апреля 2012 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.238.05 к.т.н., доцент

Белов М. П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Коэффициент сцепления (КС) поверхности наземного покрытия, определяющий меру сцепления ее с колесами транспортного средства, во всем мире является предметом исследования и производства работ по его измерению и увеличению на поверхности взлетно-посадочных полос (ВПП) аэродромов и автодорожных покрытий путем нанесения поперечных насечек и применения высокофрикционных материалов в целях повышения безопасности посадки воздушных судов и движения транспортных перевозок.

Предпосадочное измерение свойств сцепления поверхности покрытий с колесами воздушных судов осуществляется в настоящее время в аэропортах всего мира путем прокатывания с постоянным скольжением измерительных колес с помощью мобильных (буксируемых или самоходных) установок.

Разработка методов измерения коэффициента сцепления и реализующих их технических средств осуществлена с начала 1960-ых годов трудами многих отечественных и зарубежных ученых и инженеров, в том числе таких, как Печерский М. А., Дубовец А. М. Иваница Е. В., Глухов-ский В. Н., Булах А. И., Андриади Ф. К., Котвицкий А. Ф„ Васильев А. П., Кизима С. С., Ка-азик А. И., Кейн В. М„ Сегал Я. С., Максимовский В. А., Елисеев Б. М., Ивантев А. М., ТырсаВ. Е„ Кельман И. И., Лакатош Ю. А., Рахубовский Ю. С., Журавлева С. Н., Орловская Г. В., Коссый Я. А., Транквиллевский В. Г., Порубай В. В., Аргунов С. Е., Медрес JI. П., Ше-стопалов А. А., Щербаков В. В., Путов В. В., Низовой А. В., Петров Н. П., В. Флорман, Tomas Yager, Gösta Kuliberg, Olle Nordström, Göran Palmkvist, Ottar Kollernd, Ragnar Malcus, Sven Edvin, Oddvard Johnsen, Hurson James и др. Мировым лидером в этой области является шведская компания ASFT (Airport Surface Friction Tester). Мобильные установки этой копании используют более 200 аэропортов Европы и Америки. Все установки ASFT содержат электрогидравлический подъемный механизм измерительного колеса с системой, обеспечивающей постоянное давление прижима его к покрытию. Еще одним конкурентным продуктом на мировом рынке является буксируемая установка модели Skiddometer BV 11, выпускаемая финской компанией «Patria Industries Oyj». Она легка в использовании наземным персоналом, надежна в обслуживании и неоднократно на международных конференциях-выставках признавалась лучшим измерителем в мире. Видное место занимают также установки Grip Tester и Mu-Meter английских компаний Tradewind Scientific и Specialist Electronic Services соответственно, оборудованные электронными измерительными системами с компьютерным управлением. Все вышеперечисленные установки обыкновенно снабжаются современными системами компьютерной обработки информации и радиопередачи данных в диспетчерскую службу аэропорта в режиме реального времени, датчиками пройденного расстояния, мониторами и принтерами. Всего насчитывается около двух десятков марок измерителей КС, прочно закрепившихся на мировом рынке.

На российских аэродромах гражданской авиации уже более 30 лет находится единственное национальное средство измерения коэффициента сцепления - буксируемая аэродромная тормозная тележка АТТ-2, представляющая собой простую реализацию принципа механического под-тормаживания в виде двухколесного прицепа с ведущим и измерительным колесами разных диаметров, чем и обеспечивается постоянное скольжение измерительного колеса относительно ведущего, равное отношению разности диаметров колес к большему диаметру ведущего колеса. Тензометрические значения коэффициента сцепления в АТТ-2 усиливаются и отображаются стрелочным прибором и регистрируются 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 отечественную нишу, разрабатывая измеритель сил трения "Лада-Аэро", устанавливаемый на усиленном автомобиле ВАЗ-2108, но так и не приступила к его серийному производству.

Несовершенство существующего государственного парка мобильных средств непрерывного контроля фрикционных свойств аэродромных и автодорожных покрытий отчасти объясняется также и общим и необходимым как для зарубежных, так и для национальных продуктов требованием, затрудняющим их доступ на российский рынок - обязательной государственной сертификацией.

На кафедре САУ СПбГЭТУ совместно с предприятиями ООО «НПК «Созвездие» (г. СПб) и ОАО «Ковровский электромеханический завод» (г. Ковров) разработан электромеханический буксируемый измеритель коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения, прошедший полный цикл обязательных сертификационных испытаний и получивший государственный сертификат типа изделия, а также разрабатываются его новые модификации, требующие сертификации.

Международные требования к средствам измерения коэффициента сцепления колеса с поверхностью ВПП сформулированы Федеральным управлением гражданской авиации США FAA (Federal Aviation Administration) и Международной организацией гражданской авиации ICAO (International Civil Aviation Organization) и приняты руководством по эксплуатации гражданских аэропортов РФ (РЭГА). Сертификационные требования к каждому типу измерительных средств, применяемых в гражданских аэропортах Российской Федерации, вырабатываются Межгосударственным авиационным комитетом (МАК) и разработчиками и производителями измерителей КС.

Однако существующие исследования в области разработки и сертификации измерителей коэффициента сцепления, проводимые такими организациями, как ФГУП ГПИ и НИИ ГА "АЭРОПРОЕКТ" (Москва), МАК и ООО «Центр Авиаметрология и Сертификация» (Москва), показывают, что прохождение сертификационных испытаний в полевых условиях, как предполагает «Программа и методика сертификационных испытаний», утвержденная Советом Комиссии МАК по сертификации аэродромов и оборудования, в полной мере затруднено и даже невозможно, несмотря на значительные вложение финансовых средств и временные затраты.

В диссертационной работе предлагается оптимизировать дорогостоящие и труднореализуемые полевые (аэродромные или дорожные) сертификационные испытания путем частичной замены их стендовыми. Стендовые испытания в области транспорта давно уже вошли в практику и известны благодаря работе таких предприятий и специалистов, как ГОУ ИрГТУ, ГОУ ВПО "МАДИ", ИрГУПС (ИрИИТ), ООО НФ "Спектрон", ГОУ ВПО "Братский государственный университет", Taylor Dynamometer Co. Ltd, Land & Sea Inc., Dynojet Research Inc., ProBike Ltd, Tianbo Co. Ltd, Портнягин E. M., Березин В. С., Приходько В. М., Цвик JI. Б., Логинов Ю. В., Ма-зур В. В., John Taylor и др. В рамках данной диссертационной работы разрабатывается техническое, методическое, программное и аппаратное обеспечение сертификационных и других испытаний электромеханических измерителей нового поколения коэффициента сцепления искусственных аэродромных и автодорожных покрытий в лабораторных условиях и рассматриваются актуальные задачи разработки уникального испытательного комплекса для полунатурных испытаний электромеханических измерителей коэффициента сцепления нового поколения, что в конечном итоге должно послужить повышению безопасности транспортных перевозок.

Цель диссертационной работы - создание, исследование и практическая реализация автоматизированного электромеханического испытательного лабораторного комплекса для полунатурных исследований нового поколения электромеханических мобильных измерителей коэффициента сцепления аэродромных и автодорожных покрытий.

В диссертационной работе ставятся и решаются следующие задачи:

1. Разработать облик и эскизную компоновку стенда испытаний мобильных электромеханических установок для непрерывного измерения коэффициента сцепления покрытий и выполнить его конструкторскую, электротехническую и технологическую проработку для изготовления экспериментального образца.

2. Разработать математическую модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, учитывающую нелинейные упругие свойства пневматической шины и трансмиссий, падающий участок сухого трения и взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

3. Построить и исследовать адаптивную систему автоматического управления скоростью барабанного имитатора движущейся поверхности покрытия (имитатора движения).

4. Разработать облик, функциональную схему, конструкторское, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей компьютерной системы

стендовых испытаний и изготовить ее экспериментальный образец на базе панельного промышленного компьютера.

5. Разработать методику проведения на базе стенда полунатурных сертификационных испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях.

Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены в рамках методов электротехники, электромеханики и электроники, беспоисковых методов построения адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами, базирующихся на их приближенных с мажорирующими функциями математических моделях, алгебраических методов теории систем, уравнений Лагранжа и малых колебаний упругих систем, компьютерных методов исследования (моделирования) на базе стандартных программных продуктов, методов проектирования, конструирования и экспериментального исследования образцов электронных и микроконтроллерных плат и механических конструкций, методик сертификационных испытаний аэродромной техники.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Облик и эскизная компоновка стенда для испытаний мобильных электромеханических установок для непрерывного измерения коэффициента сцепления покрытий.

2. Математическая модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, учитывающая нелинейные упругие свойства пневматической шины и трансмиссий, падающий участок сухого трения и взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

3. Адаптивная система автоматического управления скоростью барабанного имитатора движущейся поверхности покрытия.

4. Облик, функциональная схема, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей системы стендовых испытаний на основе панельного промышленного компьютера и микроконтроллера.

5. Методика проведения испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях на базе разработанного стенда.

Новизна результатов работы:

1. Облик и эскизная компоновка барабанного испытательного стенда, отличающегося тем, что впервые объектом стендовых испытаний являются мобильные установки измерения коэффициента сцепления.

2. Математическая модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, отличающаяся тем, что в ней учитываются нелинейные упругие свойства пневматической шины, падающий участок сухого трения (эффект Штрибека), а также взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

3. Адаптивная система автоматического управления скоростью барабанного имитатора движения, учитывающая нелинейные динамические особенности разработанной математической модели и построенная на базе прямых беспоисковых алгоритмов, нелинейно параметризованных с помощью так называемых мажорирующих функций.

4. Облик, функциональная схема, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей системы, реализуемой на базе сенсорного панельного компьютера, отличающейся самостоятельной эргономической компоновкой, интеграцией в стойке управления и применением к уникальному стенду.

5. Методика проведения испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления, отличающаяся тем, что в ней (впервые в мировой практике) предложено применить стендовые полунатурные колесные испытания к измерителям коэффициента сцепления.

Обоснованность и достоверность полученных научных и практических результатов.

Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы в построении математических моделей и адаптивной системы автоматического управления процессами работы испытательного комплекса обусловливается корректным применением перечисленных выше методов

исследования. Достоверность результатов работы по созданию схемотехнического, алгоритмического и программного обеспечения испытательного комплекса подтверждается результатами разработки и макетной отладки на базе экспериментального образца стенда электронных схем силовой и управляющей электроники электрошкафа управления и информационно-управляющей системы стендовых испытаний, выполненной на базе панельного промышленного компьютера.

Значимость полученных результатов для науки и практики

Теоретическая значимость работы состоит в построении взаимосвязанного и децентрализованного вариантов адаптивных систем, основанных на разработанной математической модели, учитывающей особенности нелинейной взаимосвязанной динамики испытательного комплекса, состоящего из управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения, связанных друг с другом через посредство упругого пневматика колеса, проскальзывание которого по поверхности барабана носит «срывной» характер, соответствующий сухому трению с падающей характеристикой, а также учитывающей нелинейные свойства электромагнитной динамики двухмашинного тормозного электромеханического каскада взаимной нагрузки, управляемого по возбуждению одной из электрических машин каскада.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты диссертационной работы по созданию уникального электромеханического испытательного стенда, состоящего из барабанного имитатора движения колеса по наземному покрытию, реализованного на базе привода постоянного тока и средств силовой и управляющей электроники, автоматизированной информационно-управляющей системы, реализованной на базе промышленного компьютера ТРС 1260Н в виде стойки пульта управления, механической конструкции, реализованной в виде платформы шасси стенда как средства для испытаний и метрологического обслуживания аэродромного измерительного оборудования, представленного электромеханическими измерителями коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения, послужили основой для промышленного изготовления испытательного стенда.

Реализация результатов работы. Теоретические положения и практические результаты диссертационной работы использованы в 6 НИР и НИОКР, выполненных при участии автора в течение 2006 - 2012 г.г. и финансированных из федерального бюджета, Правительства Санкт-Петербурга и министерств образования и науки и обороны и внебюджетных источников. Разработка внедрена в учебный и научно-исследовательский процессы. Испытательный участок учебно-научной лаборатории «Мехатронные комплексы подвижных объектов и мобильные установки аэродромного обслуживания», созданной при кафедре САУ СПбГЭТУ, основой которого является разработанный стенд, готов к проведению широкого спектра испытаний, и уже сейчас в нем проводятся эксперименты и демонстрационные испытания в рамках учебного и научно-исследовательского процессов; подготовлена и сертифицирована программы переподготовки и повышения квалификации специалистов аэродромных служб по эксплуатации и обслуживанию мобильных электромеханических метрологических комплексов, которая содержит, в том числе, и занятия с применением стендового оборудования для испытаний электромеханических измерителей коэффициента сцепления; программное обеспечение информационно-управляющей системы стенда защищено свидетельствами об официальной регистрации №№ 2010615788, 2011610867 и 2011615351.

Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты диссертации были доложены и получили одобрение на 12 международных и всероссийских научно-технических конференциях, в том числе: на Х1У-ХХ1 всероссийских научно-техн. конф. «Экстремальная робототехника» (2006 - 2010 годы, г. Санкт-Петербург), на 1Х-ХШ межд. конф. и выставках «Современные методики контроля и восстановления искусственных покрытий аэродромов и автомобильных дорог» (2006 - 2010 годы, г. Санкт-Петербург), межд. научно-техн. конф. «Наука, образование и общество в XXI веке», (СПб, 2006 г.), Первой Российской мультиконфе-ренции по проблемам управления, (СПб, 2006 г.), конф. молодых ученых «Навигация и управление движением» (СПб, 2007 г.), межд. конф. по интегрированным навигационным системам (СПб, 2007), VII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (СПб, 2007), на 35 Всероссийских научно-техн. конф. «Мехатроника, автоматизация, управление» (2005-2007 г., г. Санкт-Петербург), на внутривузовских 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 25 работах, среди которых 6 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 методических работы, 12 докладов; 5 свидетельств регистрации программ ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав с выводами и заключения. Она изложена на 146 страницах основного машинописного текста, включает 140 рисунков, 2 таблицы и список источников из 99 пунктов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи, изложены основные результаты, выносимые на защиту, их теоретическая и практическая значимость, отражены сведения о реализации и апробации работы.

В первой главе приводится обзор мирового рынка средств непрерывного измерения фрикционных свойств искусственных наземных покрытий, включающий 24 модели от 14 компаний из США, Великобритании, Швеции, Франции, Финляндии, Норвегии и России, которые подвергнуты анализу конструкций и колесных схем с позиций требуемых конструкций стендов для испытаний их шасси в лабораторных условиях. Для них выполнена оценка массогабаритных показателей, изучено их внутреннее устройство и составлены так называемые колесные схемы - проекции на горизонтальную плоскость взаимной пространственной компоновки транспортных и измерительных колес (рисунок 1).

Рисунок I - Измеритель коэффициента сцепления АЯКГ Т-5, его внутреннее устройство и колесная схема.

Для каждой модели измерителя дана оценка геометрической «помещаемое™» на испытательную платформу и приведена необходимая схема имитатора движения (бегущей дорожки) наземного покрытия, классификация которых представлена в главе 2.

Измерители коэффициента сцепления расставлены в сквозном для всей первой главы порядке возрастания перспективности их стендовых испытаний. Электромеханические измерители коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения, имеющие кинематически независимые от транспортных колес управляемые устройства торможения измерительных колес, наилучшим образом подходят для стендовых испытаний.

Во второй главе на основании обзора мирового рынка, а также литературного, патентного и интернет-обзоров выполняется анализ динамометрических испытательных стендов для различных транспортных средств. В рамках данной работы изучено 100 стендов, в том числе 25 - на основании проведенных патентных исследований, и по результатам проведенного анализа устройства стендов выполнена их классификация.

Данные, полученные в результате анализа изученных систем, обеспечили возможность синтеза уникального электромеханического динамометрического стенда для испытаний измерителей коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения. Полученные в работе аналитические данные могут найти применение и в других областях техники. Так, например, классифицированные измерительные системы и нагрузочные устройства применяются не только при проектировании стендов, но и при производстве электротехнических измерителей коэффициента сцепления непрерывного действия и автомобильных систем, а также в других задачах.

Третья глава посвящена разработке механического устройства уникального электромеханического динамометрического лабораторного испытательного стенда для измерителей коэффи-

циента сцепления непрерывного действия нового поколения. Она содержит анализ выбранного в качестве образца международного стандарта, описывающего динамометрический стенд для мопедов, и описание разработки механической конструкции испытательной платформы стенда, учитывающей требования, сформулированные в результате анализа стандарта ГОСТ ИСО 69702007.

Рисунок 2 - Испытательный стенд

На рисунке 2 представлен действующий экспериментальный образец шасси стенда, изготовленный по конструкторской документации, выполненной в программном пакете KOMnAC-3D и включающей полные спецификации, деталировки и ЗО-модели.

В четвертой главе разрабатывается облик информационно-управляющей системы испытательного стенда, в котором высший уровень - автоматизации - представлен панельным промышленным компьютером, средний уровень - управления - выполнен на базе промышленного контроллера С-164 компании Infineon Technologies, и на него возложены функции сбора и первичной обработки информации, а также автоматического адаптивного управления динамическими процессами, а низший уровень - аппаратный - содержит блоки силовой электроники, усилители, датчики и др. Оборудование всех трех уровней системы помещено в электрическом шкафе, интегрирующем стойку пульта управления (рисунок 2, слева). В ходе работы выполнено алгоритмическое, программное, схемотехническое и конструкторское обеспечение информационно-управляющей системы испытательного стенда. Разработан полный комплект электрических принципиальных схем плат всех специальных модулей.

В пятой главе построены математическая модель динамики процессов стендовых испытаний и адаптивная система управления барабанным имитатором движения.

На рисунке 3 показана функциональная схема испытательного стенда с испытываемым мобильным измерителем, а на рисунке 4 - кинематическая схема испытательного комплекса, объединенная с укрупненной функциональной схемой автоматического управления процессом испытаний, опираясь на которую можно построить полную математическую модель испытательного комплекса как взаимосвязанного объекта управления, содержащего два подобъекта: барабан-

ныи имитатор движущейся поверхности покрытия с регулируемым электроприводом; испытываемое измерительное колесо с электромеханическим устройством торможения.

Математическая модель испытательного электромеханического комплекса как объекта управления, записанная в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений относительно введенных переменных состояния /т; огг; /в; /6ар; содв6ар; юбар; ту тр бар; шоб; ту п„;

"у.тр.ст'

шст имеет вид:

^торм = = 1я\кткеатг -ктсеФв(1в)1&ат- КяМторыу, (1)

'в = ^](-^'п+"оп-кУН"у(ПУ, (2) ^дв.бар = бар " 'бар = ^я.бар (_^я.бар'я.бар + *УП2 ' "у (0 _ ^е.бар ' шдв.бар )•

¿•бар = бар (/у.тр.бар ~ Мтр.бар (')); Мтр.бар (") = ^тр О' йбар! (4) '"у.тр.бар = Ртр.бар (^дв.бар — шбар)'

шдв.бар = Шдв.бар (Шдв.бар —/у.тр. бар); (6)

"'у-тр-бар — Ртр.бар^тр.бар» еслИ "¡у.тр.бар — Ртр.бар^тр.бар •

/у.тр.бар =' если |"!улр.бар|<Ртр.бар5тр.бар; (7) '"у.тр.бар ^тр.бар^тр.бар > ССЛИ "¡у.тр.бар — —/'тр.бар^тр.бар'

й0б = ■'об(мтр.об(-)-ту.пн)'' Мтр.обС-) = ГтрО- йоб; (8)

"1у.пн = РпнКб-(Вст); (9)

(ЬСТ — Jcт ("¡у.пн ~ /у.тр.ст)* (10)

""у.тр.ст = Ятр.ст(шст -щтг); (И) "¡у.Тр.СТ ~~ Ртр.ст^тр.ст » ^СЛИ "¡у.тр.ст — Ртр.ст^тр.ст'

/У-тр.-

у.тр.ст '

О, если |ту тр ст|< Ртр стбтр.ст; (12)

'"у.тр.ст Ятр.ст^тр.ст' если '"у.тр.ст — —Я'ф.ст^тр.ст' ШХГ = /^(/у.тр.ст --^торм); (!3)

«у (')=Рв("т_^В/в);

"т = Рт ("5 - к~}ктМторм); (14)

и5 = /?5(и£(/)-^об+ы| (г));£0б =Шба1р(с0бар-Иоб^); к = 1{о5щ1р

| = Р/^ш-^/бар);

["ш = Рш ("о (О - ^шМдв.бар + "Е ('))■

Возникающая при нагружении электромеханического испытательного комплекса сила трения /гтр (•) выражается как

^(•) = И(')^„оР„. (16)

где коэффициент трения (сцепления) ц() в «пятне» контакта шины измерительного колеса с поверхностью барабана является неопределенной характеристикой трущихся поверхностей, но обладает выраженным эффектом «сухого» трения с характерным спадающим «срывным» участком, возникающим при начале скольжения (эффект Штрибека), и в целом, аналитическая зависимость ц(5) от скольжения может быть приблизительно определена следующим выражением (удобными при исследовании моделированием процессов торможения):

(15)

ц(5) = М3ехр(-М25)+М15+М0, (17)

где неопределенные числовые коэффициенты определяют характерные точки кривой ц(5)

Мо = ^пш,;М1 = Н1оск~\1тт<М7 = М3 = йшах"Цтт!

ГО1П

Цтах = Н1оск = Цтт = 5тт = 0,05-0,1;

с1 = 3-г100 - постоянная, определяющая крутизну кривой ц(5) в зоне эффекта Штрибека вблизи 5=0 справа. Полученная нелинейная система из одиннадцати дифференциальных уравнений (одиннадцатого порядка) описывает динамику рассматриваемого испытательного комплекса как

5 V

объекта управления с двумя входами (Г) и и-£ (?) с учетом всех основных неидеальностей. Отметим также, что описание объекта включает две типовые подсистемы подчиненного управления, традиционно задаваемые на стадии проектирования промышленных систем электроприводов постоянного тока: трехконтурная система управления скольжением вида (14) и двухконтур-ная - линейной скоростью вида (15).

Далее в этой главе кратко излагаются необходимые сведения о методике построения прямых беспоисковых адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами, правые части дифференциальных уравнений которых допускают функционально-параметрическую неопределенность с точностью до некоторого класса специально подбираемых функций нелинейной параметризации правых частей. Основываясь на этом материале, в диссертационной работе строятся объединенная и декомпозированная адаптивные системы управления для объекта (1) - (18) и его двух подобъектов. Не останавливаясь на построении объединенной адаптивной системы, рассмотрим декомпозицию задачи адаптивного управления процессом испытаний.

На рисунках 3 и 4 и в приведенных уравнениях (1) - (18) математической модели введены следующие обозначения: ■/„„ - момент инерции обода измерительного колеса (ИК); Уст - момент инерции ступицы ИК; ^„орм - нормальная сила нагружения (прижатия к покрытию) ИК; р„„ - коэффициент упругости пневматика; />тр.ст - коэффициент упругости трансмиссии ИК; 5тр.сг - зазор в трансмиссии ИК; Ред1 - редуктор трансмиссии ИК; Ред2 - редуктор трансмиссии барабана; ТГ -тормозной генератор; ДСтг - датчик угловой скорости ТГ; НК - несущие колеса (несущее колесо); ДСнк - датчик угловой скорости НК; ш0е - угловая скорость обода ИК; шст - угловая скорость ступицы ИК; щтг - угловая скорость ТГ; шнк - угловая скорость НК; /т - ток торможения каскада; ДТТ - датчик тока торможения; ОВТГ - обмотка возбуждения ТГ; НД - нагрузочный двигатель; ОВНД - обмотка возбуждения; иоп - опорное напряжение питания обмоток возбуждения ТГ и НД; ДТВ - датчик тока возбуждения НД; ОВНД - обмотка возбуждения НД; УН - усилитель напряжения питания ОВНД; 5 - скольжение измерительного колеса; Д - делитель; ЭМ1 - электрическая машина постоянного тока электропривода имитатора вращения несущих колес; ЭМ2 -электрическая машина электропривода барабана; I - ток ЭМ1; ДТ - датчик тока ЭМ1; УШ -управляемый реверсивный трехфазный мостовой преобразователь-выпрямитель электропривода имитатора вращения несущих колес; УП2 - управляемый реверсивный трехфазный мостовой преобразователь-выпрямитель электропривода барабана; му(0 - управление, вырабатываемое САУ скольжением ИК; /в - ток ОВНД; УВ1 - управляемый (реверсивный трехфазный мостовой) выпрямитель электропривода барабана; 8тр.бар - зазор в трансмиссии барабана; Шбар - угловая скорость обода барабана; УСар - момент инерции барабана; 71 - момент инерции ЭМ1; о>1 - угловая скорость ЭМ1; Ред2 - редуктор трансмиссии барабана; /6ар - ток электропривода ЭМ1 барабана; УП2 - управляемый (реверсивный трехфазный мостовой) преобразователь-выпрямитель электропривода барабана; иоУ(г) - программное задание линейной скорости буксировки; «/(г) - программный сигнал задания скольжения измерительного колеса; 0 - управление движением барабана, вырабатываемое адаптивной системой; ЯНк - радиус несущих колес (НК); ДС6ар - датчик угловой скорости барабана; Улин - линейная скорость движения буксируемой установки; Ябар -радиус барабана; /ЧрО) - сила трения.

Рисунок 3 - Функциональная схема электромеханического испытательного комплекса

транспортное колесо с упругим пневматиком

Рисунок 4 - Кинематическая схема испытательного комплекса, объединенная с укрупненной функциональной схемой системы автоматического управления процессом испытаний

Построение декомпозированной адаптивной системы управления состоит в построении двух адаптивных подсистем для объекта (1) - (18), декомпозированного на два подобъекта: первый подобъект - барабанный имитатор движения; второй подобъект - испытываемое измерительное колесо с энергообратимым электромеханическим устройством торможения.

Вектор состояния первого подобъекта (3) - (7), (16) - (18) (рисунок 4) с подчиненным управлением (15) составляют 4 независимые переменные:

V т

х =(/6ар'тбар' ту-тр.баР' шдв.6ар) • (19)

недоступной измерению является переменная ту тр бар, а неопределенными являются Убар(-),

Ртр.бар(') и /у.тр.бар(8Тр.бар)-

Адаптивная подсистема подобъекта (3) - (7), (15) - (18) состоит из:

а) наблюдателя состояния

х1' = А^ -^«(0 + 4(0); (20)

б) линейного (модального) управления

м^(Г) = к1Тх1/ =*1У/бар+4мбар+4^Р-бар+4юдв.бар; (21)

в) эталонной модели |*м = Амхм +Ьм"о (О;

[А^А^+Ь^;

г) адаптивного закона

ыуа (О = к7(г)сНа8{/ру (х? )}4 +куь (0^ (г), (23)

(22)

J1

где матрица мажорирующих функций имеет вид

diag{/j(ijf = diagjl, Юдар, ^^ 6ар, lj, г = 1,2,3,4, Р=1,3,5,...; (24)

д) алгоритмов настройки параметров адаптивного закона (50) в виде системы из 5 дифференциальных уравнений

к а1^ (0 = -Уд )xVTdiag j fp (x^ )]4 - k д1" (f);

1 Jl (25)

kl (/) = -yvbôv (êv )u\ (t) - xvbkl (0,

v -¡v v , , -v v

где ya, Ая, Чь, - положительные коэффициенты, e =x -x„ - вектор ошибок,

54êv) = b;,P" (ê"), Pv -4x4 -матрица-решение матричного уравнения Ляпунова вида

A^PV+P"AÎ;=GV, Gv=GrT, Gv >0; P1'>0. (26)

Построили адаптивную подсистему первого подобъекта в виде дифференциальных и алгебраических уравнений (20) - (26), в которых все матрицы и векторы имеют размерности, соответствующие размерности 4 подобъекта и его скалярному входу.

Вектор состояния второго подобъекта, описываемого уравнениями (1), (2), (8) - (13), (16) - (18) с подчиненным управлением (14), составляют 7 независимых переменных

^об > ту.ин ' ®ст ' '^у.тр.ст'®тг) ' и адаптивная подсистема для этого подобъекта в

диссертации строится вполне аналогично адаптивной системе (20)-(26) и здесь не рассматривается.

В диссертации подробно рассматриваются вопросы расчета и исследования адаптивной подсистемы управления движением барабанного имитатора с электроприводом постоянного тока на базе двигателя компании Sew Eurodrive мощностью 15 кВт и приведенными параметрами Лв.бар = 0,047 кгм\ /бар = 0,45 кгм2 и значением коэффициента упругости Ртр.бар, соответствую-

щим парциальной частоте крутильных упругих колебаний барабана, равной 5,52 Гц (Ртр.бар = 242 Нм/рад).

На рисунках 5-10 приведены некоторые результаты исследования динамического поведения барабанного имитатора движения с различными системами автоматического управления угловой скоростью барабана: подчиненной двухконтурной, модальной и адаптивной.

Рисунок 5 - Переходные процессы по скорости барабана (вверху) и моменту электропривода (внизу) от набро-са скорости в жесткой системе с подчиненным управлением (при трех различных настройках П-регуляторов тока и скорости)

Рисунок 6 - Переходные процессы по скорости барабана (вверху) и моменту электропривода (внизу) от наброса скорости в упругой системе с подчиненным (кривые 1), модальным (кривые 2) и адаптивным (кривые 3) управлением с П-регулятором тока и скорости

5 5.05 5.1 5.15 5.2 5.25 г, с

Рисунок 7 — Переходные процессы по скорости барабана (вверху) и моменту электропривода (внизу) от наброса постоянного момента в упругой системе с подчиненным (кривые 1), модальным (кривые 2) и адаптивным (кривые 3) управлением с П-регулятором тока и скорости

Рисунок 8 - Переходные процессы по скорости барабана (вверху) и моменту электропривода (внизу) от наброса постоянного момента в упругой системе с подчиненным (кривые 1), модальным (кривые 2) и адаптивным (кривые 3) управлением с ПИ-регулятором скорости

60

О

тЗ

та 55

см"

3

50

5 5.05 5.1 5.15 5.2 5.25t, с

а»;— -yi- - -:—-i------i-i YZv^—"у—

50

5.05 5.1 5.15 5.2 5.25 t, с

Рисунок 9 - Переходные процессы по скорости барабана (вверху) и моменту электропривода (внизу) от набро-са постоянного момента в упругой системе с модальным управлением при номинальной жесткости (кривые !). модальным управлением при уменьшенной жесткости на 14% (кривые 2) и адаптивным управлением при уменьшенной жесткости в 4 раза (кривые 3) (с П-регуляторами тока и скорости)

Рисунок 10 - Вверху: переходные процессы по скорости барабана с П-регулятором скорости (кривая 1) и с ПИ-регулятором скорости (кривая 2); внизу: переходный процесс по моменту электропривода с П-регулятором скорости (кривая 1) и форма периодического возмущения (кривая 2)

Исследованию подлежали режимы стабилизации скорости движения барабана, соответствующей линейной скорости поверхности барабана, равной V = 60 км/ч. При этом режимы стабилизации исследовались в предположении наихудшего случая возмущения движения барабана со стороны тормозящего измерительного колеса, когда оно тормозит в режиме периодических толчков (подобно режиму работы системы ABS) с частотой fBOm = 5,52 Гц, совпадающей с парциальной частотой упругих крутильных колебаний барабана (см. рисунок 10). Из рисунка 10 видно, что при периодическом возмущении моментом торможения с амплитудой, равной номинальному моменту электропривода (51,6 Нм), провалы по скорости не превышают ±1 км/ч, что удовлетворяет международным сертификационным требованиям к буксируемым измерителям коэффициента сцепления, и, что важно отметить, периодическое воздействие со стороны нагрузки не вызывает резонансных явлений упругой трансмиссии, что свидетельствует о ро-бастности адаптивной системы подавления упругих колебаний.

Приведенные на рисунках 5-10 результаты сравнительного исследования эффективности подчиненного, модального и адаптивного управления выполнены при их настройке на максимальное быстродействие, соответствующее предельному быстродействию жесткого электропривода с подчиненным управлением и назначением некомпенсируемой постоянной времени контура тока 7"цт = 0,0025 - 0,01 с (см. рисунок 5). Из рисунков 6, 7 ,8 видно, что при введении упругости система с подчиненным управлением, настроенная на предельное быстродействие, становится неработоспособной (см. кривые 1 на рисунках 6 -г 8), а модальное управление при номинальных параметрах (для которых рассчитан наблюдатель и само модальное управление) сравнимо по эффективности подавления упругих колебаний (см. кривые 2 на рисунках 6 -г 8, кривые 3 на рисунке 9) с эффективностью адаптивного управления (см. кривые 3 на рисунках 6 -г 8). Однако при отклонении значения упругости всего на 14% от расчетного значения модальное управление уже утрачивает работоспособность (см. кривые 2 на рисунке 9), тогда как адаптивное управление еще остается эффективным при изменении упругости в 4 раза (см. кривые 3 на рисунке 9).

Кроме того, следует специально отметить, что в режимах подавления упругих колебаний (см. рисунки 6 -=- 10) модальным или адаптивным управлениями требуемый энергетический ресурс электропривода, оцениваемый по величине максимального значения электромагнитного момента (см. рисунки 6 -=- 9) и обеспечивающий быстродействие, приближающееся к быстродей-

ствию жесткого электропривода, нигде не превышает максимальные величины момента жесткого электропривода более чем в 2 -=- 2,5 раза, что может быть учтено либо соответствующим выбором двигателя большей мощности, либо некоторым (компромиссным) снижением требований к быстродействию адаптивной системы, задаваемому эталонной моделью.

Так, в рассматриваемом примере достижение удовлетворительных показателей качества управления упругим электроприводом в рамках двухконтурной системы подчиненного управления удается только при снижении быстродействия не менее чем в 10 раз по сравнению с максимально достижимым быстродействием в жестком электроприводе, что означает, что адаптивная система подавления упругих колебаний позволяет повысить быстродействие в 10 раз, если настроить ее на максимальное быстродействие, достижимое в жестком электроприводе, и 2,5-кратное увеличение максимального момента, обеспечивающего адаптивное подавление упругих колебаний, является «платой» за такое требование. Однако, если снизить требование к быстродействию адаптивной системы в 2,5 раза (перестройкой эталонной модели), то адаптивная система позволит повысить быстродействие не менее, чем в 4 раза, и при этом сохраняется энергопотребление адаптивной системы на уровне жесткого электропривода.

Шестая глава посвящена методике проведения государственных сертификационных полунатурных испытаний в лабораторных условиях на базе разработанного стенда на основе анализа сертификационных испытаний электромеханических установок непрерывного измерения коэффициента сцепления в полевых условиях, включающей методику поверочного метрологического обслуживания мобильного электромеханического измерителя коэффициента сцепления как измерительного средства, и программное и аппаратное обеспечение ее реализации.

В главе разработана также методика поверочного метрологического обслуживания электромеханического измерителя коэффициента сцепления как измерительного средства и программное и аппаратное обеспечение его реализации.

Заключение.

В соответствии с целью и задачами диссертации получены следующие основные результаты.

1. Облик и эскизная компоновка стенда для испытаний мобильных электромеханических установок для непрерывного измерения коэффициента сцепления покрытий.

2. Математическая модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, учитывающая нелинейные упругие свойства пневматической шины и трансмиссии, падающий характер сухого трения и взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

3. Адаптивная система автоматического управления скоростью барабанного имитатора движения.

4. Облик, функциональная схема, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей системы стендовых испытаний на основе панельного промышленного компьютера и микроконтроллера.

5. Методика проведения полунатурных испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях на базе разработанного стенда.

Все решенные задачи направлены на практическую реализацию полунатурных исследований в лабораторных условиях буксируемых измерителей коэффициента сцепления на базе разрабатываемого автоматизированного электромеханического испытательного комплекса.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Шелудько В. Н., Путов A.B., Друян Е. В. Система автоматического управления электромеханическим каскадом торможения буксируемого колеса в задачах исследования аэродромных и автодорожных покрытий // Известия государственного электротехнического университета. Серия «Автоматизация и управление».СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -№ 1. -2006. -С. 3-8

2. Путов В. В., 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 нели-

нейными упругими электромеханическими объектами // Мехатроника, автоматизация и управление -№ 10. -2007. -С. 16-25

3. Друян Е. В., Путов А. В., Путов В. В., Шелудько В. Н. Испытательный стенд для нового поколения буксируемых электромеханических установок аэродромного обслуживания // Известия государственного электротехнического университета. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -№ 4. -2010. -С. 22-28

4. Путов В. В., Шелудько В. Н., Путов А. В., Друян Е. В. Адаптивная система управления торможением электромеханических движителей транспортных колес с пневматическими шинами // Известия государственного электротехнического университета. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -№9. -2011.-С. 73-81

5. V.N.Sheludko, Anton V. Putov, Konstantin V. Ignatiev, Evgeny V. Druian Control Systems of Asynchronous Generator Excitation with Variable Rotation Speed // Proceedings of the IEEE North West Russia Section, № 2. 2011, pp. 24-27

6. В. В. Путов, B.H. Шелудько, E.B. Друян, A.B. Путов Вопросы управления электромеханическим испытательным комплексом с барабанным имитатором движения для электромеханических движителей колес транспорта // Известия СПбГЭТУ. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,- № 3,2012,- С. 44-59

Патенты и свидетельства регистрации программы ЭВМ:

7. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2010615788. Шелудько В. Н., Путов А. В., Друян Е. В. Программа для управления стендом для измерительных мобильных установок аэродромного обслуживания. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 07.09.2010

8. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2010615788. Шелудько В.Н., Путов A.B., Друян Е.В. Программа для управления испытательным калибровочным стендом для электромеханических установок измерения коэффициента сцепления аэродромных и автодорожных покрытий. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 07.09.2010

9. Шелудько В. Н., Путов А. В., Казаков В. П., Друян Е. В. Программа распознавания геометрических фигур на основе нейронной сети. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2011613278. 27.04.2011

10. Шелудько В. И., Путов В. В., Казаков В. П., Друян Е. В. Программа контроллера электромеханического измерителя коэффициента сцепления аэродромных и автодорожных покрытий // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2011613150. 21.04.2011

11. Шелудько В. Н„ Путов А. В., Казаков В. П., Друян Е. В. Щербаков А. И. Программа термостатирования тензометрического датчика усилия динамометрического барабанного стенда для испытаний измерителей коэффициента сцепления. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2011615351. 08.06.2011

Другие статьи и конференции:

12. Казаков В. П., Путов В. В., Чан А. 3., Путов А. В., Друян Е. В. Параметрическая адаптация для управления двухмассовыми нелинейными упругими электромеханическими объектами // труды 9-ой Всероссийской научно-практической конференции. Том 5. Экстремальная робототехника. СПб: 2006. С. 206-214

13. Чан А. 3., Друян Е. В. Адаптивное с параметрической настройкой управление двухмассовыми нелинейными электромеханическими объектами // Первая Российская мультиконфе-ренция по проблемам управления 10-12 октября 2006. СПб (3-я Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ'2005)). СПб., 2006.

14. Путов А. В., Друян Е. В. Компьютеризированный, информационно-управляющий пульт оператора мобильных установок для контроля состояния аэродромных покрытий // IX конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». 13-15 марта 2007 г.СПб.:2007

15. Путов А. В., Друян Е. В. Компьютеризированный информационно-управляющий пульт оператора мобильных установок для контроля состояния аэродромных покрытий // XIV межд. конф. по интегрированным навигационным системам. 28-30 мая 2007. СПб.: 2007

16. Друян Е. В. Компьютерный информационно-управляющий пульт оператора мобильных установок для контроля состояния аэродромных покрытий // межвузовская науч-техн конф студентов, аспирантов и молодых ученых «Системы управления и передачи информации». БГТУ «Военмех». 15 мая 2007 г. СПб.:2007. С. 50-51

17. Путов А. В., Друян Е. В. Компьютеризированный информационно-управляющий комплекс для электромеханической мобильной установки измерения коэффициента сцепления аэродромных покрытий // межд. науч.-техн. конф. «Проблемы информационно-компьютерных технологий и мехатроники». 24-29 сентября 2007г. Дивноморское. 2007. Изд-во Таганрогского ИЮФУ. С. 445-450

18. Путов В. В, Шелудько В. Н., Путов А. В., Казаков В. П., Друян Е. В., Пекаров-ский А. С., Русяев Н. А., Щербаков Н. А. Инновационные проекты в проектировании современных средств оценки тормозящих свойств искусственных ВПП // VII межд. конф. «Материалы, оборудование и технологии, применяемые для содержания аэродромов гражданской авиации». 24-25 сентября 2009

19. Друян Е. В. Автоматизированный стенд для испытаний буксируемых электромеханических измерителей коэффициента аэродромных и автодорожных покрытий // Сб. докл. студентов, аспирантов и молодых ученых 63-я науч.-техн. конф. ППС университет. 27 января 2010 - 08 февраля 2010. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ - 2010,- С. 184-189

20. Друян Е. В., Путов А. В., Щербаков А. Н. Испытания буксируемых электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях // XI конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». 15-18 марта 2010 г. СПб.:2010

21. Путов В. В, Шелудько В. Н„ Путов А. В., Казаков В. П., Друян Е. В., Пекаров-ский А. С., Щербаков А. Н., Русяев Н. А. Аэродромный измеритель коэффициента сцепления нового поколения ИКС-1: сервис, обучение, развитие // IX межд. конф. и выставка «Современные методики контроля и восстановления искусственных покрытий аэродромов и автомобильных дорог». 24-25 июня 2010.

22. Путов В. В, Путов А. В, Казаков В. П., Друян Е. В., Пекаровский А. С., Щербаков А. Н., Русяев Н. А. Испытания буксируемых электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях // IX межд. конф. и выставка «Современные методики контроля и восстановления искусственных покрытий аэродромов и автомобильных дорог». 2425 июня 2010

23. Казаков В. П., Друян Е. В., Кокоулин А. Н. Адаптивные системы автоматического управления электромеханическими объектами на базе структур с эталонными и настраиваемыми моделями с параметрической и сигнальной настройками и динамическими наблюдателями // сб. науч. тр. «Поисковые научные исследования молодых ученых по техническим наукам в научно-образовательных центрах СПбГЭТУ». СПб.: Изд-во СПбГЭТУ. 2010. С. 84-90

24. 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.

25. Голик С. Е., Вейнмейстер А. В., Друян Е. В., Казаков В. П., Путов А. В. Микропроцессорные устройства: Метод, указания к лабораторным работам. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2007. 88 с.

Подписано в печать 23.04.12. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 45.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

Список сокращений и обозначений ВВЕДЕНИЕ.

1. Обзор конструкций и колесных схем буксируемых и встраиваемых в автомобиль установок непрерывного измерения коэффициента сцепления транспортных колес с наземными покрытиями с позиций требуемых конструкций стендов для испытаний их шасси в лабораторных условиях.

1.1. Мобильные установки для измерения коэффициента сцепления, имеющие механическую передачу между измерительным и транспортными колесами.

1.2. Мобильные установки аэродромного обслуживания, осуществляющие гибкое регулирование тормозных и скоростных режимов измерительного колеса.

1.3. Выводы по главе 1.

2. Обзор, анализ и классификация испытательных стендов для исследования транспортных средств.

2.1. Разделение динамометрических испытательных стендов на классы по составу испытуемого объекта.

2.2. Разделение динамометрических испытательных стендов на

2.1.1. Моторные стенды

2.1.2. Колесные стенды.

2.1.3. Стенды с прямым приводом подклассы по типу нагрузочного устройства 2.2.1. Инерционные стенды.

2.2.2. Силовые стенды и их нагрузочные устройства

2.3. Динамометрические структуры. Динамометрическая организация стендов для получения силовых характеристик транспортных средств.

2.3.1. «Балансирно подвешенный статор».

2.3.2. Датчик крутящего момента.

2.3.3. Прямое измерение силы.

2.3.4. Инерционная динамометрическая структура.

2.3.5. Косвенное определение момента посредством измерения силы натяжения цепи или ремня.

2.3.6. Определение момента по току.

2.4. Выводы по главе 2.

3. Разработка конструкции испытательного стенда.

3.1. Формулировка требований к облику испытательного стенда.

3.1.1. Область применения формулировки.

3.1.2. Общие характеристики.

3.1.3. Функциональные характеристики.

3.1.4. Функциональные характеристики системы охлаждения.

3.1.5. Маркировка.

3.1.6. Характеристики конструкции.

3.2. Конструкция шасси испытательного стенда.

3.2.1. Семейство электромеханических аэродромных тормозных тележек, для которых разрабатывается испытательный стенд.

3.2.2. Разработка конструкции шасси испытательного стенда.

3.3. Выводы по главе 3.

4. Информационно-управляющая система.

4.1. Разработка компьютерного пульта управления и индикации для управления процессами испытаний.

4.1.1. Основные функции пульта управления и индикации, реализующего высший уровень информационно-управляющей системы.

4.1.2. Описание пользовательского интерфейса программы и ее возможностей по управлению испытательным комплексом.

4.1.3. Пульт управления и индикации. Выбор, обоснование и описание комплектующих.

4.2. Разработка микроконтроллерного управления приводом стенда и связи с компьютером оператора.

4.3. Электрический шкаф управления.

4.4. Выводы по главе 4:.

5. Построение математической модели и адаптивных систем управления динамическими процессами испытательного комплекса.

5.1. Предварительные замечания.

5.2. Математическая модель динамики электромеханического испытательного комплекса.

5.3. Постановка задач управления динамикой испытательного электромеханического комплекса и обсуждение путей их решения.

5.4. Методика построения беспоисковых (аналитических) адаптивных систем управления с параметрической настройкой для нелинейных динамических объектов с функционально-параметрической неопределенностью.

5.4.1. Базовые структуры прямых адаптивных законов с параметрической настройкой и мажорирующими функциями.

5.4.2. Упрощенные прямые адаптивные системы с параметрической настройкой и мажорирующими функциями.

5.5. Методика построения модального и адаптивного управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами.

5.5.1. Математические модели многомассовых нелинейных упругих механических объектов.

5.5.2. Прямая адаптивно-модальная система с параметрической настройкой, мажорирующими функциями и наблюдателем для управления многомассовым нелинейным упругим механическим объектом.

5.6. Построение адаптивных систем автоматического управления движением электромеханического испытательного комплекса.

5.6.1. Построение первого варианта адаптивной системы управления

5.6.2. Построение второго варианта адаптивной системы управления

5.7. Числовой расчет подчиненной модальной и адаптивной систем управления скоростью барабанного имитатора движения поверхности покрытия.

5.7.1. Исходные данные двухмассового упругого электромеханического объекта.

5.7.2. Расчет двухконтурной системы подчиненного управления скоростью барабана с жесткой связью и эталонной моделью.

5.7.3. Расчет модальной системы управления скоростью барабана с учетом упругости.

5.7.4. Расчет адаптивного управления скоростью барабанного имитатора с учетом упругости.

5.8. Исследование режимов стабилизации скорости барабанного имитатора с подчиненным, модальным и адаптивным управлением.

5.9. Выводы по главе 5.

6. Методический комплекс стендовых испытаний электромеханических измерителей коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения в лабораторных условиях.

6.1. Методика стендовых сертификационных испытаний электромеханических измерителей коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения в лабораторных условиях.

6.1.1. Эксплуатация.

6.1.2. Программа испытаний.

6.1.3. Испытания.

6.1.4. Методика испытаний установки с электромеханическим устройством торможения.

Наличие органов управления с визуальной индикацией:.

6.1.5. Оценка изделия по результатам испытаний.

6.1.6. Оформление результатов испытаний.

6.2. Методика метрологического обслуживания (Методические указания по калибровке) мобильного электромеханического измерителя коэффициента сцепления (ИКС-2) на барабанном динамометрическом стенде. Программное и аппаратное обеспечение калибровки.

6.2.1. Общие требования к проведению калибровки мобильного электромеханического измерителя коэффициента сцепления наземных покрытий на барабанном стенде.

6.2.2. Подготовка к проведению калибровки комплекса на барабанном стенде.

6.2.3. Проведение калибровки мобильного электромеханического измерителя КС на барабанном стенде. Алгоритмическое и программное обеспечение калибровки.

6.2.4. Определение погрешности измерения коэффициента сцепления

6.2.5. Оформление результатов калибровки.

6.2.6. Завершение калибровки мобильного комплекса.

6.3. Дополнительные методики.

6.3.1. Инерционная динамометрическая структура.

6.3.2. Косвенное определение момента посредством измерения силы натяжения цепи или ремня.

6.3.3. Определение момента по току.

6.4. Выводы по главе 6.

Коэффициентом сцепления (КС) принято называть собственную характеристику поверхности наземного покрытия, определяющую меру сцепления колес транспортного средства с ней. При низком коэффициенте сцепления покрытия велика вероятность скольжения колес по поверхности. Во всем мире коэффициент сцепления является предметом исследования, и ведутся работы по его увеличению на поверхности взлетно-посадочных полос аэродромов и автодорожных покрытий путем нанесения поперечных насечек и применения высокофрикционных материалов (рисунки В.1 и В.2) в целях повышения безопасности транспортных перевозок.

Рисунок В.1- Дополнительное высокофрикционное дорожное покрытие в зонах перекрестков, пешеходных переходов и остановок общественного транспорта

Рисунок В.2 - Повышение фрикционный свойств поверхности асфальтобетонной ВПП путем нанесения поперечной насечки

В дорожном строительстве в перечень приемо-сдаточных мероприятий входит измерение коэффициента сцепления хотя бы в отдельных точках. Эта процедура является дорогостоящей, а оборудование для ее проведения -дефицитным. Непрерывное измерение коэффициента сцепления на протяжении некоторого отрезка полотна на сегодняшний день может себе позволить только аэродромная индустрия.

Предпосадочное измерение свойств сцепления поверхности покрытий с колесами воздушных судов осуществляется в настоящее время в аэропортах всего мира путем прокатывания с постоянным скольжением измерительных колес с помощью мобильных (буксируемых или самоходных) установок.

В аэродромной практике такие измерения носят постоянный характер. На фоне обильных осадков, резких перепадов температур и других экстремальных метеорологических проявлений при интенсивных работах по очистке и сушке взлетно-посадочной полосы коэффициент сцепления может колебаться очень динамично. Управление режимами посадки современных авиалайнеров требует знания состояния поверхности. Поэтому количество измерений на протяжении всей полосы может достигать нескольких десятков раз в день. Регулярные измерения также необходимы в хороших погодных условиях, в том числе и в летний период.

Разработка методов измерения коэффициента сцепления и реализующих их технических средств осуществлена с начала 1960-ых годов трудами многих отечественных и зарубежных ученых и инженеров, в том числе таких, как Печерский М. А., Дубовец А. М. Иваница Е. В., Глуховский В. Н., Булах А. И., Андриади Ф. К., Котвицкий А. Ф., Васильев А. П., Кизима С. С., Каазик А. И., Кейн В. М., Сегал Я. С., Максимовский В. А., Елисеев Б. М., ИвантевА. М., ТырсаВ. Е., Кельман И. И., Лакатош Ю. А., Рахубовский Ю. С., Журавлева С. Н., Орловская Г. В., Коссый Я. А., Транквиллевский В. Г., Порубай В. В., Аргунов С. Е., Медрес Л. П., Шестопалов А. А., Щербаков В. В., Путов В. В., Низовой А. В., Петров Н. П., В. Флорман, Tomas Yager, Gösta Kullberg, Olle Nordström, Göran Palmkvist, Ottar Kollernd, Ragnar Malcus, Sven Edvin, Oddvard Johnsen, Hurson James и др. [103]. Мировым лидером в этой области является шведская компания ASFT (Airport Surface Friction Tester). Мобильные установки этой копании используют более 200 аэропортов Европы и Америки. Все установки ASFT содержат электрогидравлический подъемный механизм измерительного колеса с системой, обеспечивающей постоянное давление прижима его к покрытию. Еще одним конкурентным продуктом на мировом рынке является буксируемая установка модели Skiddometer BV 11, выпускаемая финской компанией «Patria Industries Oyj». Она легка в использовании наземным персоналом, надежна в обслуживании и неоднократно на международных конференциях-выставках признавалась лучшим измерителем в мире. Видное место занимают также установки Grip Tester и Mu-Meter английских компаний Trade wind Scientific и Specialist Electronic Services соответственно, оборудованные электронными измерительными системами с компьютерным управлением. Все вышеперечисленные установки обыкновенно снабжаются современными системами компьютерной обработки информации и радиопередачи данных в диспетчерскую службу аэропорта в режиме реального времени, датчиками пройденного расстояния, мониторами и принтерами. Всего насчитывается около двух десятков марок измерителей КС, прочно закрепившихся на мировом рынке.

На российских аэродромах гражданской авиации уже более 30 лет находится единственное национальное средство измерения коэффициента сцепления - буксируемая аэродромная тормозная тележка АТТ-2, представляющая собой простую реализацию принципа механического подтормаживания в виде двухколесного прицепа с ведущим и измерительным колесами разных диаметров, чем и обеспечивается постоянное скольжение измерительного колеса относительно ведущего, равное отношению разности диаметров колес к большему диаметру ведущего колеса. Тензометрические значения коэффициента сцепления в АТТ-2 усиливаются и отображаются стрелочным прибором и регистрируются 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 отечественную нишу, разрабатывая измеритель сил трения "Лада-Аэро", устанавливаемый на усиленном автомобиле ВАЗ-2108, но так и не приступила к его серийному производству.

Несовершенство существующего государственного парка мобильных средств непрерывного контроля фрикционных свойств аэродромных и автодорожных покрытий отчасти объясняется также и общим и необходимым как для зарубежных, так и для национальных продуктов требованием, затрудняющим их доступ на российский рынок - обязательной государственной сертификацией.

На кафедре САУ СПбГЭТУ совместно с предприятиями ООО «НПК «Созвездие» (г. СПб) и ОАО «Ковровский электромеханический завод» (г. Ковров) разработан электромеханический буксируемый измеритель коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения (рисунок 1.38), прошедший полный цикл обязательных сертификационных испытаний и получивший государственный сертификат типа изделия, а также разрабатываются его новые модификации, требующие сертификации.

Международные требования к средствам измерения коэффициента сцепления колеса с поверхностью ВПП сформулированы Федеральным управлением гражданской авиации США FAA (Federal Aviation Administration) и Международной организацией гражданской авиации ICAO (International Civil Aviation Organization) и приняты руководством по эксплуатации гражданских аэропортов РФ (РЭГА). Устройства измерения КС поверхности ВПП подлежат обязательной государственной сертификации. Международные требования, предъявляемые FAA (Federal Aviation Administration) и ICAO к средству измерения коэффициента сцепления колеса с поверхностью ИВПП, изложены в [1J. Сертификационные требования к каждому типу измерительных средств, применяемых в гражданских аэропортах Российской Федерации, вырабатываются Межгосударственным авиационным комитетом (МАК) и разработчиками и производителями измерителей КС.

Однако существующие исследования в области разработки и сертификации измерителей коэффициента сцепления, проводимые такими организациями, как ФГУП ГПИ и НИИ ГА "АЭРОПРОЕКТ" (Москва), МАК и ООО «Центр Авиаметрология и Сертификация» (Москва), показывают, что прохождение сертификационных испытаний в полевых условиях, как предполагает «Программа и методика сертификационных испытаний», утвержденная Советом Комиссии МАК по сертификации аэродромов и оборудования, в полной мере затруднено и даже невозможно, несмотря на значительные вложение финансовых средств и временные затраты.

В диссертационной работе предлагается оптимизировать дорогостоящие и труднореализуемые полевые (аэродромные или дорожные) сертификационные испытания путем частичной замены их стендовыми. Стендовые испытания в области транспорта давно уже вошли в практику и известны благодаря работе таких предприятий и специалистов, как ГОУ

ИрГТУ, ГОУ ВПО "МАДИ", ИрГУПС (ИрИИТ), ООО НФ "Спектрон", ГОУ ВПО "Братский государственный университет", Taylor Dynamometer Co. Ltd, Land & Sea Inc., Dynojet Research Inc., ProBike Ltd, Tianbo Co. Ltd, Портнягин E. M., Березин В. С., Приходько В. М., Цвик JI. Б., Логинов Ю. В., Мазур В. В.,

John S. Taylor и др. В рамках данной диссертационной работы разрабатывается техническое, методическое, программное и аппаратное обеспечение сертификационных и других испытаний электромеханических измерителей нового поколения коэффициента сцепления искусственных аэродромных и автодорожных покрытий в лабораторных условиях и рассматриваются актуальные задачи разработки уникального испытательного комплекса для полунатурных испытаний электромеханических измерителей коэффициента сцепления нового поколения, что в конечном итоге должно послужить повышению безопасности транспортных перевозок.

Цель диссертационной работы - создание, исследование и практическая реализация автоматизированного электромеханического испытательного лабораторного комплекса для полунатурных исследований нового поколения электромеханических мобильных измерителей коэффициента сцепления аэродромных и автодорожных покрытий.

В диссертационной работе ставятся и решаются следующие задачи: Разработать облик и эскизную компоновку стенда испытаний мобильных электромеханических установок для непрерывного измерения коэффициента сцепления покрытий и выполнить его конструкторскую, электротехническую и технологическую проработку для изготовления экспериментального образца.

Разработать математическую модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, учитывающую нелинейные упругие свойства пневматической шины и трансмиссий, падающий участок сухого трения и взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

Построить и исследовать адаптивную систему автоматического управления скоростью барабанного имитатора движущейся поверхности покрытия (имитатора движения).

Разработать облик, функциональную схему, конструкторское, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей компьютерной системы стендовых испытаний и изготовить ее экспериментальный образец на базе панельного промышленного компьютера.

Разработать методику проведения на базе стенда полунатурных сертификационных испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях.

Методы исследования. Результаты диссертационной работы получены в рамках методов электротехники, электромеханики и электроники, беспоисковых методов построения адаптивных систем управления нелинейными динамическими объектами, базирующихся на их приближенных с мажорирующими функциями математических моделях, алгебраических методов теории систем, уравнений Лагранжа и малых колебаний упругих систем, компьютерных методов исследования (моделирования) на базе стандартных программных продуктов, методов проектирования, конструирования и экспериментального исследования образцов электронных и микроконтроллерных плат и механических конструкций, методик сертификационных испытаний аэродромной техники.

Научные положения, выносимые на защиту:

Облик и эскизная компоновка стенда для испытаний мобильных электромеханических установок для непрерывного измерения коэффициента сцепления покрытий.

Математическая модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, учитывающая нелинейные упругие свойства пневматической шины и трансмиссий, падающий участок сухого трения и взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

Адаптивная система автоматического управления скоростью барабанного имитатора движущейся поверхности покрытия.

Облик, функциональная схема, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей системы стендовых испытаний на основе панельного промышленного компьютера и микроконтроллера.

Методика проведения испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях на базе разработанного стенда.

Новизна результатов работы:

Облик и эскизная компоновка барабанного испытательного стенда, отличающегося тем, что впервые объектом стендовых испытаний являются мобильные установки измерения коэффициента сцепления.

Математическая модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, отличающаяся тем, что в ней учитываются нелинейные упругие свойства пневматической шины, падающий участок сухого трения (эффект Штрибека), а также взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

Адаптивная система автоматического управления скоростью барабанного имитатора движения, учитывающая нелинейные динамические особенности разработанной математической модели и построенная на базе прямых беспоисковых алгоритмов, нелинейно параметризованных с помощью так называемых мажорирующих функций.

Облик, функциональная схема, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей системы, реализуемой на базе сенсорного панельного компьютера, отличающейся самостоятельной эргономической компоновкой, интеграцией в стойке управления и применением к уникальному стенду.

Методика проведения испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления, отличающаяся тем, что в ней (впервые в мировой практике) предложено применить стендовые полунатурные колесные испытания к измерителям коэффициента сцепления.

Обоснованность и достоверность полученных научных и практических результатов. Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы в построении математических моделей и адаптивной системы автоматического управления процессами работы испытательного комплекса обусловливается корректным применением перечисленных выше методов исследования. Достоверность результатов работы по созданию схемотехнического, алгоритмического и программного обеспечения испытательного комплекса подтверждается результатами разработки и макетной отладки на базе экспериментального образца стенда электронных схем силовой и управляющей электроники электрошкафа управления и информационно-управляющей системы стендовых испытаний, выполненной на базе панельного промышленного компьютера.

Значимость полученных результатов для науки и практики

Теоретическая значимость работы состоит в построении взаимосвязанного и децентрализованного вариантов адаптивных систем, основанных на разработанной математической модели, учитывающей особенности нелинейной взаимосвязанной динамики испытательного комплекса, состоящего из управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения, связанных друг с другом через посредство упругого пневматика колеса, проскальзывание которого по поверхности барабана носит «срывной» характер, соответствующий сухому трению с падающей характеристикой, а также учитывающей нелинейные свойства электромагнитной динамики двухмашинного тормозного электромеханического каскада взаимной нагрузки, управляемого по возбуждению одной из электрических машин каскада.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты диссертационной работы по созданию уникального электромеханического испытательного стенда, состоящего из барабанного имитатора движения колеса по наземному покрытию, реализованного на базе привода постоянного тока и средств силовой и управляющей электроники, автоматизированной информационно-управляющей системы, реализованной на базе промышленного компьютера ТРС 1260Н в виде стойки пульта управления, механической конструкции, реализованной в виде платформы шасси стенда как средства для испытаний и метрологического обслуживания аэродромного измерительного оборудования, представленного электромеханическими измерителями коэффициента сцепления непрерывного действия нового поколения, послужили основой для промышленного изготовления испытательного стенда.

Реализация результатов работы. Теоретические положения и практические результаты диссертационной работы использованы в 6 НИР и НИОКР, выполненных при участии автора в течение 2006 - 2012 г.г. и финансированных из федерального бюджета, Правительства Санкт-Петербурга и министерств образования и науки и обороны и внебюджетных источников. Разработка внедрена в учебный и научно-исследовательский процессы. Испытательный участок учебно-научной лаборатории «Мехатронные комплексы подвижных объектов и мобильные установки аэродромного обслуживания», созданной при кафедре САУ СПбГЭТУ, основой которого является разработанный стенд, готов к проведению широкого спектра испытаний, и уже сейчас в нем проводятся эксперименты и демонстрационные испытания в рамках учебного и научноисследовательского процессов; подготовлена и сертифицирована программы переподготовки и повышения квалификации специалистов аэродромных служб по эксплуатации и обслуживанию мобильных электромеханических метрологических комплексов, которая содержит, в том числе, и занятия с применением стендового оборудования для испытаний электромеханических измерителей коэффициента сцепления; программное обеспечение информационно-управляющей системы стенда защищено свидетельствами об официальной регистрации №№ 2010615788, 2011610867 и 2011615351.

Апробация работы. Основные теоретические и практические результаты диссертации были доложены и получили одобрение на 12 международных и всероссийских научно-технических конференциях, в том числе: на Х1У-ХХ1 всероссийских научно-техн. конф. «Экстремальная робототехника» (2006 - 2010 годы, г. Санкт-Петербург), на 1Х-ХШ межд. конф. и выставках «Современные методики контроля и восстановления искусственных покрытий аэродромов и автомобильных дорог» (2006 - 2010 годы, г. Санкт-Петербург), межд. научно-техн. конф. «Наука, образование и общество в XXI веке», (СПб, 2006 г.), Первой Российской мультиконференции по проблемам управления, (СПб, 2006 г.), конф. молодых ученых «Навигация и управление движением» (СПб, 2007 г.), межд. конф. по интегрированным навигационным системам (СПб, 2007), VII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (СПб, 2007), на 3-5 Всероссийских научно-техн. конф. «Мехатроника, автоматизация, управление» (2005-2007 г., г. Санкт-Петербург), на внутривузовских 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 25 работах, среди которых 6 публикаций в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 2 методических работы, 12 докладов; 5 свидетельств регистрации программ ЭВМ.

6.4. Выводы по главе

В этой главе представлен проект программы и методики государственных сертификационных испытаний электромеханического измерителя коэффициента сцепления с применением созданного в рамках настоящей диссертационной работы барабанного динамометрического стенда. Методика стендовых сертификационных испытаний и ее программное и аппаратное обеспечение являются основой для серийного освоения мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления и подлежат защите как объект интеллектуальной собственности. Методика предполагает установку измерительного колеса на бегущую дорожку барабана стенда, и проведение тестов по программе сертификационных испытаний в полунатурных условиях. В диссерационной работе выполнено алгоритмическое, программное и аппаратное обеспечение методики, реализуемой на стенде под управлением компьютера. По результам выполнения пунктов программы сертификационных испытаний заполняются протоколы и акт, на основании которых принимается решение о возможности выдачи сертификата государственного образца на испытанный измеритель коэффициента сцепления и, соответственно, разрешение на его эксплуатацию.

Сертификация на барабанном динамометрическом стенде является, универсальной услугой метрологического обслуживания любых мобильных комплексов непрерывного измерения КС в мере, охарактеризованной в первом разделе настоящей диссертационной работы и подлежащей детальной оценке для каждой модели измерителя, и может рассматриваться в качестве самостоятельного рыночного продукта. Спрос на содействие в прохождении государственных сертификационных испытаний может быть обоснован тем, что отсутствие сертификата является препятствием на пути к российскому потребителю для многих европейских производителей техники аэродромного обслуживания.

Методика сертификационных испытаний отсылает к методике калибровки измерителей коэффициента сцепления как метрологического средства, и второй подраздел данной главы посвящен именно методике калибровки. Методика калибровки измерителей коэффициента сцепления является неотъемлемой частью как методики сертификации оных испытаний, так и всего комплекса оборудования в целом.

Во втором подразделе данной главы представлены проект методики поверочного метрологического обслуживания электромеханического измерителя коэффициента сцепления как измерительного средства и программное и аппаратное обеспечение его реализации.

Методика метрологического обслуживания (калибровки) и ее программное и аппаратное обеспечение являются основой для разработки серийных средств метрологического обслуживания мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления и подлежат защите как объект интеллектуальной собственности.

Рассмотрены вопросы разработки программного обеспечения и аппаратной реализации методики метрологического обслуживания (калибровки) тензометрической системы измерения силы торможения (трения) измерительного колеса и измерительно-вычислительного тракта измерителя коэффициента сцепления. Методика предполагает установку измерительного колеса на бегущую дорожку, и измерение тензометрическими датчиками горизонтальной касательной силы, а также вычисление нормальной силы прижатия в пятне контакта колеса с поверхностью.

В диссерационной работе выполнено алгоритмическое и программное обеспечение методики калибровки, реализуемой на стенде под управлением компьютера, по результатм которой компьютером заполняется протокол калибровки.

Калибровка на барабанном динамометрическом стенде является универсальной услугой метрологического обслуживания любых мобильных комплексов непрерывного измерения КС и может рассматриваться в качестве самостоятельного рыночного продукта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с целью и задачами диссертации проведены теоретические, вычислительные, экспериментальные, производственные и практические работы, и получены следующие результаты.

1. Облик и эскизная компоновка стенда для испытаний мобильных электромеханических установок для непрерывного измерения коэффициента сцепления покрытий.

2. Математическая модель динамических процессов стендовых испытаний электромеханического торможения колеса, учитывающая нелинейные упругие свойства пневматической шины и трансмиссии, падающий характер сухого трения и взаимосвязанность динамического поведения управляемого барабанного имитатора движения и измерительного колеса с электромеханическим устройством торможения.

3. Адаптивная система автоматического управления скоростью барабанного имитатора движения.

4. Облик, функциональная схема, схемотехническое, алгоритмическое и программное обеспечение информационно-управляющей системы стендовых испытаний на основе панельного промышленного компьютера и микроконтроллера.

5. Методика проведения полунатурных испытаний мобильных электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях на базе разработанного стенда.

Все решенные задачи направлены на практическую реализацию полунатурных исследований в лабораторных условиях буксируемых измерителей коэффициента сцепления на базе разрабатываемого автоматизированного электромеханического испытательного комплекса.

1. Автоматизированная мобильная электромеханическая установка нового поколения для измерения фрикционных свойств взлетно-посадочной полосы / В.Н. Шелудько, В.В. Путов, A.B. Низовой, A.B. Путов // Авиакосмическое приборостроение, 2004. № 5. С. 27-37.

2. Е.В. Друян, A.B. Путов, В. В. Путов, В. Н. Шелудько Испытательный стенд для нового поколения буксируемых электромеханических установок аэродромного обслуживания // Известия СПбГЭТУ. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- № 4.-2010.- С. 22-28.

3. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, A.B. Путов, Я.Н. Сколяров Автоматически управляемые электромеханические устройства торможениятранспортных колес // Известия СПбГЭТУ. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- № 8.-2010.-С. 61-68.

4. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, A.B. Путов, Е.В. Друян Адаптивная система управления торможением электромеханических движителей транспортных колес с пневматическими шинами // Известия СПбГЭТУ. СПб:СПбГЭТУ «ЛЭТИ».- № 9.-2011.- С. 73-81.

5. В.В. Путов, В.Н. Шелудько Адаптивные и модальные системы управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами. СПб.: ООО «Техномедиа» / изд-во «Элмор», 2007. 244 с.

6. Первозванский (штрибек-эффект)65 http://ru. wikipedia.org/wiki/Ремённая передача Статья «Ремённая передача» «Википедии»

7. Путов, В. В. Методы построения адаптивных систем управления нелинейными нестационарными динамическими объектами с функционально-параметрической неопределенностью: Дис. . д-ра техн. наук Текст. / В. В. Путов; СПбГЭТУ (ЛЭТИ). СПб., 1993. - 590 с.

8. Путов, В. В. Адаптивное и модальное управление механическими объектами с упругими деформациями: учеб. пособие Текст. / В. В. Путов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. - 112 с.

9. Путов, В. В. Адаптивное управление динамикой сложных мехатронных систем Текст. / В. В. Путов // Мехатроника. 2000. - № 1. - С. 20-26.

10. Путов, В. В. Адаптивное управление динамическими объектами: беспоисковые системы с эталонными моделями: учеб. пособие Текст. / В. В. Путов. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001. - 92 с.

11. Путов, В. В. Адаптивные системы с алгоритмами настройки высшего порядка вуправлении нелинейными объектами Текст. /В.В. Путов // Структуры сложных систем и алгоритмы управления: сб. науч. ст. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1990. - Вып. 8. - С. 147-159.

12. Путов, В. В. Адаптивные системы управления нелинейными механическими объектами с многорезонансными упругими деформациями Текст. / В. В. Путов, В. Н. Шелудько // Мехатроника. 2001. - № 3. - С. 1119.

13. Путов, В. В. Развитие беспоисковых адаптивных методов и их приложения к задачам управления сложными механическими объектами Текст. / В. В. Путов // Авиакосмическое приборостроение. 2003. - № 5. -С. 3-8.

14. A.B. Путов Автоматизированный мобильный электромеханический комплекс для непрерывного измерения фрикционных свойств аэродромных и автодорожных покрытий // Дисс. на соиск. степени канд. техн. наук. СПб. 2010 278 с.

15. В.В. Путов, В.Н. Шелудько Адаптивные и модальные системы управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами. СПб.: ООО «Техномедиа» / изд-во «Элмор», 2007. 244 с.

16. Е.В. Друян, A.B. Путов, В. В. Путов, В. Н. Шелудько Испытательный стенд для нового поколения буксируемых электромеханических установок аэродромного обслуживания // Известия СПбГЭТУ,- № 4.-2010,- С. 22-28

17. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, A.B. Путов, Я.Н. Сколяров Автоматически управляемые электромеханические устройства торможения транспортных колес // Известия СПбГЭТУ. № 8.-2010.- С. 61-68

18. В.В. Путов, В.Н. Шелудько, A.B. Путов, Е.В. Друян Адаптивная система управления торможением электромеханических движителей транспортных колес с пневматическими шинами // Известия СПбГЭТУ-№ 9.-2011.- С. 73-81

19. Сертификационные требования «базис» к измерителю коэффициента сцепления ИКС-1 // Утверждены Советом Комиссии по сертификации аэродромов и оборудования Межгосударственного авиационного комитета (МАК) 08.05.2008 г.

20. V.N.Sheludko, Anton V. Putov, Konstantin V. Ignatiev, Evgeny V. Druian Control Systems of Asynchronous Generator Excitation with Variable Rotation Speed // Proceedings of the IEEE North West Russia Section, № 2. 2011, pp. 24-27

21. Шелудько В. Н., Путов А. В., Казаков В. П., Друян Е. В. Программа распознавания геометрических фигур на основе нейронной сети. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2011613278. 27.04.2011

22. Путов А. В., Друян Е. В. Компьютеризированный, информационно-управляющий пульт оператора мобильных установок дляконтроля состояния аэродромных покрытий // IX конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». 13-15 марта 2007 г.СПб.:2007

23. Путов А. В., ДруянЕ. В. Компьютеризированный информационно-управляющий пульт оператора мобильных установок для контроля состояния аэродромных покрытий // XIV межд. конф. по интегрированным навигационным системам. 28-30 мая 2007. СПб.: 2007

24. ДруянЕ. В., ПутовА. В., Щербаков А. Н. Испытания буксируемых электромеханических измерителей коэффициента сцепления в лабораторных условиях // XI конф. молодых ученых «Навигация и управление движением». 15-18 марта 2010 г. СПб.:2010

25. Голик С. Е., Вейнмейстер А. В., Друян Е. В., Казаков В. П., Путов А. В. Микропроцессорные устройства: Метод. указания к лабораторным работам. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2007. 88 с.1. О)