автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление шестистепенной платформой для воспроизводства траекторных полигонных полей в условиях стендовых испытаний навигационно-геоинформационных комплексов

На правах рукописи

00500°°""

БУКИН АРТЕМ ГЕННАДЬЕВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ШЕСТИСТЕПЕННОЙ ПЛАТФОРМОЙ ДЛЯ ВОСПРОИЗВОДСТВА ТРАЕКТОРНЫХ ПОЛИГОННЫХ ПОЛЕЙ В УСЛОВИЯХ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ НАВИГАЦИОННО-ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и промышленности)»

АВТОРФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 КОЯ 2012

Серпухов — 2012

005055658

Работа выполнена в Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор, Беркович Сергей Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Пушкарева Елена Юрьевна,

профессор кафедры 23 «Системы управления ракет» ВА РВСН им. Петра Великого

(филиал в г. Серпухове Московская обл.)

доктор технических наук, доцент Никифоров Виталий Меркурьевич,

начальник отдела ФГУП «Научно-производственный центр автоматики и

приборостроения им. академика Н.А.Пилюгина»

Ведущая организация: Производственное объединение «Корпус», г. Саратов

Защита состоится «12» декабря 2012 г. на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 520.033.01 при Межрегиональном общественном учреждении «Институт инженерной физики» по адресу: 142210, Московская обл., г. Серпухов, Большой ударный пер., д. 1 «а», зал диссертационных заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МОУ «Институт инженерной физики».

Автореферат разослан «___» ноября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 520.033.01,

кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время все более широкое применение находят интегрированные наземные навигационные комплексы (ИНК) на основе комплексирования навигационных измерений с данными геоннформационных систем (ГИС) - наземные навигациоино-геоинформационные комплексы (НГК).

Главной особенностью данных комплексов является использование в качестве «корректора» ошибок навигационных измерений закономерностей (связей) между геометрическими параметрами маршрутов движения транспортных средств (грасс), например, зависимости значений азимутальной ориентации элементарных участков дорог от текущих значений координат местоположения транспортного средства. Данную зависимость можно рассматривать как элемент траекторного навигационного поля, которую, в том или ином виде можно сформировать средствами ГИС или в процессе заблаговременной специальной навигационно-геодезичесхой подготовки маршрутов движения.

При организации промышленного производства возникает задача воспроизводства с высокой точностью угловых параметров траекторных полигонных полей в функции координат для проведения стендовых испытаний. Кроме того, воспроизводство предписанных траекторий должно осуществляться с одновременной генерацией линейных и угловых вибрационных возмущений, вызванных характером трассы.

Решение данной задачи возможно при создании стендов на основе шестистепенных платформ, управляемых штоками линейных приводов.

В известных схемах поворотных и вибрационных стендов где, как правило, задачи управления кинематическими и вибрационными движениями разнесены по времени и в пространстве, управление и измерение осуществляется относительно жестко связанных осей.

При создании стендов на основе шестистепенных платформ возникает проблема управления движением платформы по предписанной траектории без наличия физических осей относительно заданной системы координат по результатам измерения длин штоков в другой системе координат, м как следствие, возникает проблема обеспечения устойчивости из-за наличия более сильных перекрестных связей между каналами управления, оценки точности реализации предписанных траекторий при отсутствии возможности непосредственного наблюдения за текущими значениями кинематических параметров движения платформы.

Объект исследования: шестисгепенная платформа стенда испытаний НГК.

Предмет исследования: методы и алгоритмы управления многомерными объектами, методы статистической оценки погрешности отработки предписанных траекторий.

Цель работы: Синтез алгоритмов устойчивого управления шестистепенной платформой, обеспечивающих воспроизводство с заданной точностью полигонных траекторных полей при стендовых испытаниях НГК.

Научная задача: Разработка методики синтеза алгоритмов управления шестистепенной платформой с одновременной «генерацией» угловых и линейных вибрационных возмущений и методики статистического анализа точности отработки параметров предписанной траектории при следующих исходных данных и ограничениях:

— оси управления и измерения пространственно разнесены;

•— наличие ошибок измерения длин штоков линейных приводов;

— наличие перекрестных связей между каналами управления.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

1 Проведение анализа принципов функционирования НГК и обоснование требований к условиям проведения стендовых испытаний.

2 Вывод кинематических соотношений, определяющих связь между угловыми кинематическими параметрами движения шестистепенной платформы стенда и линейными параметрами штоков приводов управления.

3 Разработка методики и алгоритмов управления шестистепенной платформой при задании ограничений на переходный процесс з виде дифференциальных уравнений.

4 Разработка методики и алгоритмов оценки точности отработки предписанных траекторий движения штоков линейных приводов.

5 Разработка методики и алгоритмов оценки точности воспроизводства заданных кинематических параметров движения платформы.

6 Проведение экспериментальных исследований процесса отработки шестистепенной платформой заданных траекторий движения.

Методы исследований: методы синтеза алгоритмов управления на основе решения обратных задач динамики; методы статистического анализа точности замкнутых динамических систем на основе анализа решений ковариационных уравнений; методы решения системы нелинейных уравнений; методы теории вероятности, методы теории систем.

На защиту выносятся:

1 Методика синтеза алгоритмов управления шестистепенной платформой, обеспечивающих воспроизводство предписанных линейных и угловых параметров траекторий движения наземного транспортного средства с заданными показателями качества переходного процесса.

2 Методика статистического анализа точности отработки параметров предписанной траектории движения шестистепенной платформы и обоснования требований к погрешности измерения длин штоков линейных приводов управления.

Научная новизна. Научная новизна первого результата заключается в том, что решена задача устойчивого управления шестистепенной платформой по значениям параметров траекторного поля путем распределения управляющих сигналов на каждый из шести линейных приводов управления в не рассматриваемых ранее условиях и ограничениях: оси управления и измерения пространственно разнесены; задана геометрическая схема шестистепенного стенда; задано множество параметров предписанных траекторий движения в виде угловых и линейных параметров движения платформы и параметров вибрационных возмущений, подлежащих воспроизводству; угловые и линейные параметры движения платформы непосредственно ненаблюдаемы.

Научная новизна второго результата заключается в том, что впервые решена задача обоснования требований к погрешностям измерения линейных параметров перемещения штоков приводов платформы при заданных требованиях к значениям погрешности воспроизводства кинематических параметров платформы, параметрам алгоритмов управления и измерительного шума, а также в условиях ограничений в виде уравнений связей (кинематических соотношений), определяющих сзязь между геометрическими параметрами платформы.

параметрами предписанной (заданной) траектории движения и длинами штоков линейных приводов.

Достоверность научных и практических результатов подтверждается: применением современных научных методов; непротиворечивостью представленных научных результатов, известных в данной области знаний; сходимостью к известным результатам при введении ограничений и допущений; результатами экспериментальных исследований, проведенных с применением' методов математического н полунатурного моделирования.

Теоретическая ценность работы в решении задачи управления твердым телом для различного количества степеней свободы, при отсутствии физических осей вращения и ненаблюдаемости (непосредственно) значений кинематических параметров для реализации заданных траекторий при ограничениях на переходный процесс управления в виде дифференциальных уравнений второго порядка.

Практическая ценность полученных результатов заключается в обосновании рекомендаций, номограмм для расчета параметров алгоритмов управления движением платформы, обеспечивающих воспроизводство с требуемой точностью и заданным временем переходного процесса траекторных навигационных полей в условиях стендовых испытаний навигационно-геоинформаиионных комплексов.

Реализация п внедрение результатов работы

Результаты исследований внедрены в следующих организациях:

в ОКР «Кормчий», заказывающая организация—департамент радиоэлектронной промышленности Минпромторга России, государственный контракт № 10411Л 003902.11043 от 8.06.2010 г.;

— в учебном процессе филиал ВА РВСН имени Петра Великого (г.Серпухов Московская область);

— ООО «Инертех» г. Санкт-Петербург, дог. №2 от 1.06.2011 г.;

— ООО «ТеКнол» г. Москва, дог. №ТК.264 от 7.10.2010 г., дог №ТК 281 от 13.01.2011г. '

Апробации работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1 Всероссийская конференция «Использование сложных навигационных приборов в нетрадиционных областях», 2012, МГТУ им.Н.Э.Баумана, г. Москва.

2 XXVII! конференция памяти выдающегося конструктора приборов Н.Н.Острякова, 2012, ОАО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», г. Санкт-Петербург.

3 58 научно-техническая конференция «Информационные технологии и системы», МИРЭА 2009, г. Москва.

4 57 научно-техническая конференция «Информационные технологии и системы», МИРЭА 2008, г. Москва.

Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации изложены в 8 статьях (4 в изданиях рекомендованных ВАК), в 6 отчетах о проведенных исследованиях по результатам выполнения НИОКР и отражают основные результаты исследований. Поданы три заявки на получение свидетельств о регистрации программ ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы включающего 106 наименования и приложений. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, включает 62 рисунок и 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введены и обосновывается актуальность темы, определяется цель и формулируются задачи исследования.

В первой главе проведен анализ методов и принципов наземной навигации, с позиций обеспечения заданной точности счисления координат при снятии ограничений на время непрерывного функционирования без использования спутниковых измерений.

На основе анализа сделан следующий вывод. Мировой тенденцией является все более широкое внедрение электронных карт. Масштабность работ по их созданию объективно создают предпосылки по широкому внедрению НГК, в основе построения которых лежит принцип комплексирования измерительной информации с данными геоинформационных систем (ГИС), что обеспечивает погрешность определения координат десятки метров без использования спутниковых измерений. При этом информация ГИС представляется в виде траекторных полей — закономерностей между геометрическими параметрами маршрутов движения заданных районов (полигона). Например, уравнение связи в виде зависимости значений углов ориентации элементарных участков маршрута движения (трассы) в функции значении текущих координат, представлено следующим выражением

Ла = а^^!с-а^'с(х+Ах,у+Ау,г+Аг,^+А<р,ф+Аф,1/+А^), (1)

где сСГнс— измеренное значение, например, бесплатформеннон инерциальной навш-ационной системой (БИНС), угла ориентации элементарного участка трассы; — вычисленное значение угла ориентации элементарного участка трассы по значениям координат, измеренных БИНС (зависимость формируется средствами ГИС или в процессе заблаговременной специальной подготовки маршрутов движения); к,у,г и истинные значения координат и

углов соответственно; Ах,Ау,&1,А<р,Аф,Ау - ошибки измерения кинематических параметров; Аа— невязка между измеренными и вычисленными значениями у глов ориентации элементарных участков трассы.

Проблемой при проведении стендовых испытаний НГК" является генерация на физическом уровне траекторных полей (зависимости «¡,,".1л' + Дх..е + ф-,г + Ах,^+А<р.ф + Аф.у/ + А1/г]) с одновременным заданием угловых н линейных вибрационных воздействия. Это вызвано тем, что данная зависимость является основным «корректором» ошибок БИНС, что предполагает ее воспроизводство с высокой степенью точности.

Обоснованы требования к точности воспроизводства траекторных полей, исходя из требований к погрешности позиционирования. Для НГК высокой точности при низкоинформативном значении градиента траекторного поля 0,02 °/м (изменение дирекциоаного угла за пройденное расстояние) значение погрешности позиционирования не превысит 0,5 метра, соответственно значение погрешности измерения параметра траекторного поля не должно превышать 0,01°.

Проведен анализ известных схем построения стендов воспроизводства заданных линейных и угловых кинематических параметров движения.

Обоснован следующий вывод: воспроизводство предписанных (заданных) угловых параметров маршрутов движения с заданной точностью с «генерацией» вибрационных возмущений на основе известных схем возможно только при условии декомпозиции задачи, а именно: различными стендами, разнесенными в пространстве и во времени.

В работе рассматривается вариант решения задачи воспроизводства угловых параметров маршрутов движения с заданной точностью с одновременной «генерацией» вибрационных возмущений одним стендом на основе шестистепенной платформы, управление положением которой осуществляется штоками линейных приводов.

Особенностью данных поворотных платформ является отсутствие физических осей вращения, что исключает возможность измерения фактических углов поворота и линейных смещений, вследствие чего возникает проблема управления в условиях пространственного несоосного разнесения осей управления и измерений путем распределения управляющих сигналов на каждый из шести линейных приводов управления штоков.

Таким образом, актуальной задачей в рамках создания стенда на базе шестистепенной платформы является синтез алгоритмов управления платформой, позволяющих воспроизводить на физическом уровне траекториые поля (задание поворотов на заданные углы) с учетом линейных вибрационных возмущений в функции времени с заданной точностью.

Постановка задачи.

Задана геометрическая схема шестистепенной платформы, представленная на рисунке 1 слева. Системы координат 0Хуг, 0Ху?■ связаны с неподвижным основанием и подвижной платформой соответственно, геометрические центры которых соединяются вектором С.

Заданы:

— векгорВ = {В,....,В,}, |В,| = /;,, / = 1....6, компонентами которого являются расстояния от геометрического центра неподвижного основания до точки крепления штока линейного привода;

— векторР = {Р|,..,,Р4}, 1?,! = ^, (' = ],..,6, компонентами которого являются расстояния от геометрического центра подвижной платформы до точки крепления штока линейного привода;

— множество радиус-векгоров г„, расположенных под начальным углом -уь; множество радиус-векторов гр, расположенных под начальным углом 5р (рисунок 1 справа);

— траекторное поле в виде зависимости лилейных х,у,г и угловых <р,<р,<у параметров в функции времени, которое необходимо воспроизвести с помощью шестистепенной платформы

— вектор длин штоков приводов1-'(0 = |/',,...,/„|г ;

— вектор параметров, определяющих требования к переходному процессу П = )'7|.....

Рисунок I — Геометрическая схема шестистепенной платформы (слева), схема основания и платформы (справа) — уравнения измерений (непосредственного наблюдения)

ошибок измерений, которые имеют нулевые математические ожидания и дисперсии равные р1.

Необходимо:

— обосновать зависимость К(<) = |/,...../(,|г = ЦЙ</)) /. = ¿ДЙ(;)), / = 1.....6 в виде

кинематических соотношений, определяющих взаимосвязь длин штоков приводов от кинематических параметров движения платформы (заданная траектория);

— обосновать структуру алгоритма управления платформой в виде зависимости вектора фактических длин штоков V* от параметров траектории П'(') в момент времени I при условии измерений без погрешностей датчиков линейных перемещений штоков V* , при ¿ = /, ¿ =/', I = /, 2 = ¿, г = ¿, г = ¿'

где/9= {Д ,...,Д„}—параметры ачгоритма управления, = —вектор заданных значений длин штоков приводов в виде зависимости от вектора заданных кинематических параметров;

— обосновать соотношения для оценки параметров ]} = {Д,...,/?} в зависимости от требований к переходному процессу (?? = {//,,...,;/,});

— провести оценку точности отработки предписанных заданных траекторий движения платформы в виде расчета значений дисперсий ошибок отработки угловых и линейных параметров при заданных значениях дисперсий измерительного шума р, (погрешности датчиков) в функции параметров переходного процесса и требуемой траектории движения платформы

V* =|г1,...,2(,|г, при I = /, I = /, 1-1,

г = г = ¿+£, г =

V* = /„(У'V = ¿(£2'),

(4)

^ = I?;. с.' - ОГ. <?1. сг;, о; ¡Г = £>( и*. Д. //. />) ;

(5)

— обосновать требования к значениям погрешностей измерения линейных смещений штоков приводов, обеспечивающих заданную погрешность воспроизводства предписанных траекторий.

Во второй главе сформулирована математическая постановки задачи на разработку методики и алгоритмов управления платформой шестистепенного стенда, синтезирован алгоритм управления платформой, для чего необходимо было вывести кинематические соотношения исходя из геометрической модели, обоснованы рекомендации по расчету параметров алгоритма управления.

Для решения задачи управления, па основе геометрической схемы, представленной на рисунке 1, получены кинематические соотношения V = ЩУ) в векторно-мзтрнчном виде в момент времени / для каждого из шести штоков платформы

Ц = С + ЯЛ"Р,-В,,/ = Пб. (6)

определяющие связь между длиной штока привода и параметрами траектории (линейными и угловыми), где — матрица поворота подвижной платформы.

Проекции радиус-векторов Рр В, вычисляются с помощью следующих соотношений

Р, = соаа,,/; 31па ,0]г = [Рл, Р,у, Р^]т.

В, =[/;со5Д,гй5тД.0]г =[В,,г.5„г,й,г]г,

2л

2х <.

а, =--д„

' 3

а, = агм+2а,,| = 3,5, а. - а_, + 3,1 = 2,4,6,

Д =

Д=-

(1)

Д = Д_,+2Д,«/м = 3,5; А + = 2,4,6.

Выражение (6) в скалярном виде, на примере одного привода

I, =

(8)

(х + гпР1х + /;,/>,. +г0Р.,-В^У +(у + г21Р„ +Г„РП. +гпР,:-ВпУ +]5 _Чг + г,1Р,х + гяР& + гиР1:-ВаУ

Таким образом, выражение (8) можно рассматривать как переход от параметров предписанной траектории движения платформы к траектории движения штоков привода /,' = (£}'),/ = !,..,6.

Решение задачи синтеза алгоритмов управлении приведено с применением метода на основе решения обратных задач динамики. Особенностью данного метода является условие задания предписанной траектории в виде дифференциального уравнения. В силу того, что траектории платформы задаются с помощью более сложных уравнений принято ограничение данного вида только на переходный процесс управления

Ц') + г(1)к') + КПК1) = /(/,/',«), (9)

где / — длина штока привода по продольной оси (управляемая переменная), и — управляющая функция, /(/,/, и) — нормированная по массе сила. Коэффициенты /(/) и А(0 принимаются зависимыми ог координат. В начальный момент времени / = 0, 1(0) = /„, /(0) = /„, траектория задается 1(1) /*('). < <Т<°°.

Требуется синтезировать алгоритм формирования управляющей силы /{1,1,и) для следующих случаев: переход из конечного в начальное положение, из начального в конечное положение, а также из промежуточного в конечное положение.

Получено соотношение для формирования управляющей силы вида

/ (/,/') = [Л(/) - Д /!, У + [/■(/) + Д, + Л, У + . (10)

При условии идеальной компенсации диссипативных сил, уравнение замкнутой системы имеет вид / -(Я, + Л2)/ + Л,Л,/ = 0.

Разработан алгоритм управления длинами штоков приводов для случая наличия информации о значениях ускорения с учетом коэффициентов А, = Л = -(Л и функции управляющей силы р(1.1,ы) = Ьи управления вида

Разработан алгоритм для случая отсутствия информации о значениях ускорения, вытекающий из интегрирования обеих частей выражения й(1) = кА/ системы (II), вследствие чего управляющая функция принимает вид

</(0 = *А|(/о-/)А+*Д(/-Ч )-*(/'-/„)- (12)

о

Структурная схема управления штоком привода с учетом информации об ускорении представлена на рисунке 2.

кинематических соотношений Параметры алгоритма управления т} = {£,<т,г],/,} определяются следующими выражениями (коэффициенты затухания ¿" = л/2/2~ 0,707, колебательности ~ I, перерегулирования <т = 5%, длительность переходного процесса

/,=3г,):

В случае линейной функции /•"(/,/,;/) = Л«, где коэффициент Ь характеризует эффективность управляющей функции, коэффициент усиления определяется *=3Л'Дб, /, = М„. .V >1, где —длительность переходного процесса по ускорению.

Таким образом, получены алгоритмы управления длинами штоков I* (с учетом информации об ускорении и без учета), реализующие заданные траектории длин штоков приводов I* = /„(/'), когда задана траектория движения /' = Цх') с учетом ограничения на задание переходного процесса в виде дифференциального уравнения второго порядка для заданной траектории движения транспортного средства в функции времени или текущих координат движения транспортного средства х'. преобразуемое с помощью разработанных кинематических соотношений в заданные длины штоков приводов.

В третьей главе решена задача оценки погрешности воспроизводства заданной траектории движения платформы, которая включает о себя решение задач оценки погрешности отработки заданной длины штока привода и оценки погрешности отработки заданной траектории платформы по значениям погрешности отработки заданной длины штока привода.

Задача оценки погрешности отработки длин штоков приводов решена для случая знания модели управляющей силы вида /.</) = -я,,/-«,/ +Ьи. где с1„.с1у,Ь —постоянные параметры.

Алгоритм управления (II), с учетом знания модели измерений, принимает

вид

¿ = + и + 0 = к(Р'-2), Р' (И)

Решение задачи опирается на систему стохастических уравнений

/=-*„/-«,/ + Ыи й = -1-4,1 «,=&(/ + £)-£,(/' + £,), (15)

полученных для следующих условий: I = т, +1,и = /н„ +«, Р' = тг +/', где т,, т„, шг—математические ожидания, а I, и, /' — центрированные случайные функции. В качестве оценок точности принимаются значения дисперсий выходных координат, рассчитываемых в результате интегрирования дифференциального уравнения ковариации, полученного на основе (15)

^^ = КО(0+0(ОКГ+ОР.(00', (16)

<Л '

где 0(/) = Л/[/(0/г(0]-||<:(>(0|- —матрица вторых центральных моментов, К, О—матрицы параметров динамической системы и параметров возмущений соответственно, Р, —заданная диагональная матрица интенсивностей измерительного шума. Матрицы параметров динамической системы Я и параметров возмущений О имеют вид

IP,, 0 о О />,, о 0 ft,

¡о , о

R = И 0 0 I ■Ьк.

. Q =

ООО ООО

-МД, -МД -Ьк

= 1 <?2<?з

Установившееся решение характеризует статистическую точность исследуемой системы. Диагональные элементы dx) матрицы D представляют собой дисперсии координат /(. В общем случае, когда ошибки измерения нестационарные, т.е. Р{ = Рг(/), дисперсии являются функциями времени б установившемся движении, т.е. dtj = d.(t). Если Рг = const, то </„■(<■=)» const. Так как матрица D симметрична =t/„), то все ее элементы определяются системой из шести уравнений.

В установившемся режиме при условии d. =0

= о1,, = 0; d2}

При условии с = с, =рп/},;к\ с = с\ = с = су=р„к2

примут вид

Д.* .. Кк

ft к 2А(А*-Д>)

а,.

w-fi.)"' " W-A)'"

A!L

Г ft;

¿С

A**2

<e=-

rftj.^!'

/г .,„ frk-

ft3

(18)

уравнения (18)

(19)

(20)

2Д(Д*-Д,) — 2(Д/с-Д,Г" "" 2Д(ДА-А)"»' (21)

Таким образом, с помощью полученных выражений (18) — (21) возможно рассчитывать дисперсии погрешностей воспроизводства заданных траекторий длин штоков в зависимости от предъявляемых требований к шумам измерителей. С другой стороны, можно определить требования к измерителям по предъявляемым требованиям к дисперсиям ошибок воспроизводства траекторий.

С помощью, представленной выше последовательности действий, получены выражения для дисперсий ошибок отработки длин штоков в случае алгоритма управления без информации об ускорении

«/,, +</,. -= 0, <;/,, - г, d,l +/;,(/,, =0;

2 </,, +Л:*:Д">„ =0 ,/•,</,, +/•,£/,, + #;,«/„ =0, (22)

"Г^м + 1>~к~РЛР„ =0. Проведены расчеты значений погрешности отработки контуром управления предписанной траектории движения штока привода по значениям погрешностей датчиков перемещений штока, представленные в таблице 1.

В таблице приведены следующие данные: dll, , -дисперсии погрешности измерения смещения, скорости, ускорения штока; р„,р^,ри -дисперсии шума измерителя смещения, скорости, ускорения штока; р"'"^,, -

требуемый уровень шума измерителя смещения, заданная дисперсия погрешности измерения смещения штока.

Таблица 1 — Расчет значений дисперсий погрешности отработки длин штоков

',= 0,1 с /,= 0,01 с (,= 0,005 с

<Г"„, М2 МО"4 2,5-10'7 МО"4 2,5-10'7 МО'4 2,5-10'7

А, 900 900 9-10" 9-10" 3,6-105 3,6-105

д 42,426 42,426 424,264 424,264 848,528 S48.528

N 2 2,5 10 2.5 5 2,5

к 60 75 600 750 3000 1500

р„. м- 6,095-¡О'6 1,69-10'" 8,761-10" 1,6910'4 4,047-10"7 8,452-10"'°

/>„, (м/с)3 2,743' 10"' 7,61-10'" 0,039 7,61 105 0,073 1,52 И0"4

р„, (м/с2)2 0,233 6,45-10'4 33,454 0.065 123,635 0,258

/-1"""''',,. М 2,469- Ю-' 1.3-10'4 9,36-10"4 4,11-Ю'5 6,362-10" 2,907-10"5

tf,,, м2 НО"4 2,5-10'7 МО"4 2,5-10"7 1-Ю'4 2,5-10'7

м/с)2 0,184 4,6 МО"4 18,042 0,045 72,085 0,18

¿33, (М/с2)2 229,103 0,7! 6 1,146-107 7,159-10' 9,164-107 1,146-Ю5

Решена задача оценки точности воспроизводства предписанной траектории, которая подразумевает применение обратного преобразования кинематических соотношений х* = . Данное преобразование осуществлено с применением

численных методов и метода наименьших квадратов, из-за не линейного характера выражения (8).

Оценка точности проведена для невязки Лх = хф-х' значениях дисперсий (18)...(22) путем минимизации критерия

>(/, -/,--г——Ar) -»min.

73? o.v

С учетом подученных выражений разработана вычислительная схема оценки погрешности воспрощводства траектории на примере управляемого параметра «.v», которая представлена на рисунке 3.

Погрешности воспроизводства предписанных траекторий в векторно-матричной форме определяются следующим выражением

при вычисленных

(23)

-а:

(эгчп./а/)2

О

О

(24)

где а,"=</,,—дисперсии ошибки отработки штока, дисперсии ошибки отработки координат.

Значения частных производных определяются численным методом на основе множества значений П(К). Значения вектора Г1(Г) определяются в соответствии с выражением

С1(У) = {НТН)-' НТУ, (25)

где Н -параметрам £2

Нт =

-вектор частныл производных по всем кинематическим

Э£(С1) дцо) дцп) дцп) дцп) дцп)

Эх

Эу

Ъф дер д у/

(26)

Рисунок 3 — Вычислительная схема для оценки погрешности воспроизводства траектории на примере управляемого параметра «х»

Система выражений (24), (25), (26) позволяют определить погрешность воспроизводства предписанных траекторий на основе вычисленных погрешностей отработки длин штоков в соответствии с (18)...(22).

В четвертой главе проведены экспериментальные исследования точностных параметров шестисгепенного стенда методами математического моделирования в средах Ма^САО и Ма1ЬаЬ.

|л = ] = г«т , 4 гйаг |

1-Г : .......;........

; 11 ; 1

/ИМ 1 ! -------Зм :жм» . - - - «а» ¿А«» 1*60

! 11 ! ! 1

• ) м 4 09Г.Д ОМ.» • ««< 1С04 |

...........

/ 11! 1 1 ! 1

!1 ! !

-----Зм ¿т* ----------- ФвКГ Т*а» ¿лта

' ТГ"\...........I...........

Рисунок 4 — Зависимости длины штока привода от времени для предписанной и воспроизведенной траекторий с учетом и без учета гармонических вибрационных

возмущений

Проверка функционирования полученных алгоритмов управления (II), (12) проведена в среде (уЫЬаЬ. С помощью пакета 31шиИпк разработана модель, на основе которой представлены зависимости длины штока привода от времени для предписанной и воспроизведенной траекторий (рисунок 4), с учетом и без учета гармонических вибрационных возмущений.

На рисунке 5 представлены графики зависимостей кинематических параметров предписанной и воспроизведенной траектории в функции времени.

Анализ результатов математического моделирования позволял сделать следующие выводы:

1) разработанные алгоритмы управления обеспечивают устойчивое воспроизводство параметров предписанных траекторий с учетом вибрационных возмущений;

2) показатели качества переходного процесса соответствует параметрам дифференциального уравнения (9).

Рисунок 5

Экспериментальная оценка погрешности воспроизводства предписанных траекторий проведена с помощью среды Ма!НСА1Х в результате чего получены номограммы (рисунок 6) зависимостей дисперсий погрешностей воспроизводства движений платформы от дисперсий ошибок воспроизводства траекторий движения длин штоков (слева), зависимостей коэффициентов влияния дисперсий погрешностей измерителей длин штоков приводов на значения дисперсий воспроизводства кинематических параметров траекторий движения платформы (справа).

--крт&я 1 *рнам2 к{*чал 3 - - «р«в*4 4 — цриуая 5 1 ••■ гргааяб

:1

ЬиМ кс.Ш айн),

к«!*!. 0595

| реоугн« р сз^-.и т ' ш.

Рисунок 6

Проведен расчет значений дисперсий погрешностей отработки кинематических параметров подвижной платформой. В таблице 2 представлен результат расчета дисперсий погрешности воспроизводства заданных траекторий движения платформы при различных значениях погрешности измерителя

линейных перемещений штока и дисперсиях ошибок воспроизводства

траекторий длин штоков приводов сг,2 = с/п.

Таблица 2 — Расчет значений погрешностей отработки параметров траекторных полигонных полей___

Низкая точность измерителя Средняя точность измерителя

ст/ =£/,,, м' МО"4 2,5-10"7

6,4-10'4 2,9-10"5

а,, мм 0,65 0,1

сгг, мм 0,6 0,09

ст., мм 3,16 0,5

0,05 0,002

«Vе 0,01 0,001

0,06 0,01

Из анализа результатов, представленных в таблице 2, следует: при значении погрешности измерителей длин штоков приводов 2,9-10"" метра (технические характеристики существующих датчиков) погрешность воспроизводства угловых траекторных параметров не более 0,01° по каналу рысканья, что обеспечивает оценку погрешностей НГК 0,5 метров при стендовых испытаниях.

Рисунок 7 — Макеты стенда на базе гидравлических приводов (слева) и сервоприводов (справа)

Разработаны макеты стендов на базе гидравлических приводов и серво приводов с использованием сферических шарниров (рисунок 7).

В процессе визуальной проверки с помощью макета на генерировались следующие траекторные поля:

1) зависимость дирекционного угла в плоскости горизонта в функции времени;

2) зависимость угла крена с учетом гармонических линейных вибраций в функции времени;

3) зависимость угла тангажа с учетом гармонических линейных вибраций в функции времени.

В результате натурного моделирования с помощью уменьшенной модели стенда на сервоприводах проведена проверка функционирования алгоритмов управления и кинематических соотношений.

В заключении представлены обобщенные выводы проведенных исследованиях.

Основные результаты работы и выводы.

1 Обоснованы кинематические соотношения, определяющие связь между ненаблюдаемыми кинематическими параметрами движения шестистепенной платформы стенда и линейными параметрами штоков приводов управления (непосредственно наблюдаемы).

2 Разработана методика синтеза алгоритмов управления шестистепенной платформой при задании ограничений на переходный процесс в виде дифференциальных уравнений.

3 Разработаны алгоритмы управления с учетом и без учета информации об ускорении движения штоков приводов.

4 Разработана методика оценки точности отработки предписанных траекторий движения штоков линейных приводов, по которой обоснованы требования к погрешности измерения длин штоков.

5 Разработана методика оценки точности воспроизводства заданных кинематических параметров движения платформы.

6 Обоснованы номограммы, позволяющие определять значения дисперсий погрешностей отработки траекторных параметров в зависимости от требований к значениям погрешностей измерений длин штоков.

7 Проведены экспериментальные исследования процесса отработки шестистепенной платформой заданных траекторий движения.

8 Обоснованы значения параметров алгоритмов управления, с учетом ограничения на переходный процесс в виде дифференциальных уравнений, значений коэффициента затухания (= ч/1/2 = 0,707, коэффициента колебательности 7 = 1, коэффициента перерегулирования ¡7 = 5%, длительности переходного процесса = Зг,, что обеспечивает заданную точность отработки предписанных траекторий при удовлетворении требованиям устойчивости.

9 Погрешность воспроизводства угловых траекторных полей обеспечивает оценку погрешностей НГК 0,5 метров при стендовых испытаниях.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1 Букин, А.Г. Подход к интеграции автоматизированных систем с разнородными информационными ресурсами / Букин А.Г., Коваленко М.П., Рязанцев A.M., Ващенко А.П. // Научно-технический журнал «Известия института инженерной физики», 2010, №4(18), С. 11-13

2 Букин, А.Г. Синтез вычислительной схемы для оценки погрешностей формирования заданных траекторий движения платформы шестистепенного стенда калибровки инерциальных измерителей / Букин, А.Г., Беркович С.Б. // Научно-технический журнал «Известия института инженерной физики», Серпухов, 2012, №3(25), С. 37-41.

3 Букин, А.Г. Управление шеетистепенным стендом по информации о параметрах навигационного полигона для калибровки навигацион.но-геоинформационных систем и комплексов в лабораторных условиях И Научно-технический журнал «Информация и космос», Санкт-Петерб\г, 2012, Я»3(391, ISSN 2072-9804, С. 33-39

4 Букин, А.Г О способе нахождения матриц вращения и векторов переноса в задачах стерео-визуальной одометрии/, Садеков Р.Н. // НПЦ АП, Труды ФГУП «НПЦ АП», 2012, №4, ISSN 1991-5950, С.45 - 47 с.

Другие статьи н материалы конференций:

5 Букин, А.Г. Подходы к построению систем хранения информационных ресурсов в крупных информационных системах / Букин А.Г., Баранюк В.В. // 58 научно-техническая конференция. Сб, трудов часть I. Информационные технологии системы. / МИРЭА, Москва, 2009, С.69-9!

6 Букин, А.Г. Способ калибровки интегрированных навигационных систем с помощью стенда на базе шестиетепенной платформы / Материалы XXVIII конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов H.H. Острякова, 2012, С.28

7 Букин, А.Г. Подходы к ведению классификаторов в унифицированном информационном обеспечении автоматизированных систем // БИЗНЕСИНФОРМ, Харьков, 2010 г., № 4(2), С. 137-139

8 Букин, А.Г. Современные методы создания систем хранения разнородной информации / Букин А.Г., Баранюк В.В. // 57 научно-техническая конференция. Сб. трудов часть 1. Информационные технологии и системы. / МИРЭА, Москва, 2008, С. 62 - 64

Подписано в печать 8.11.2012. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №250/2012

Филиал военной академии им. Петра Великого 142210, Московская обл., г. Серпухов ул. Бригадная, 17 тел. (4967) 72-19-11

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 Анализ методов и способов навигации, схем построения стендов воспроизведения траекторных полигонных полей.

1.1 Анализ технических характеристик интегрированных наземных навигационных комплексов и способов их достижения.

1.2 Анализ схем построения стендов воспроизводства заданных линейных и угловых кинематических параметров движения.

1.3 Постановка задачи исследования.

Выводы.

2 Методика синтеза алгоритмов управления шестистепенной платформой, обеспечивающих воспроизводство предписанных линейных и угловых параметров траекторий движения платформы.

2.1 Постановка задачи исследования.

2.2 Вывод кинематических соотношений шестистепенной платформы

2.2.1 Геометрическая модель шестистепенной платформы.

2.2.2 Решение обратной задачи кинематики.

2.3 Разработка алгоритмов управления длинами штоков шестистепенной платформой, обеспечивающих реализацию заданных траекторий движения платформы на основе решения обратной задачи динамики.

2.3.1 Обоснование структуры алгоритма управления длинами штоков.

2.3.2 Разработка алгоритма управления длинами штоков по информации об ускорении.

2.3.3.Разработка алгоритмов управления длинами штоков без информации об ускорении.

2.3.4 Рекомендации по расчету параметров алгоритмов управления

2.4. Структурная схема управления шестистепенным стендом.

2.5. Методика синтеза алгоритмов управления движением шестистепенной платформы.

2.6. Выводы по главе.

3 Методика статистического анализа точности отработки параметров предписанной траектории движения

§

3.1 Оценка погрешности отработки заданной траектории движения штока по заданной погрешности измерений измерительного шума.

3.1.1 Постановка задачи.

3.1.2 Оценка погрешности отработки длины штока алгоритмом управления с учетом информации об ускорении.

3.1.3 Оценка погрешности отработки длины штока алгоритмом управления без учета информации об ускорении.

3.2 Оценка погрешности отработки заданной траектории движения поворотной платформы шестистепенного стенда.

3.2.1 Постановка задачи.

3.2.2 Решение задачи в скалярном виде.

3.2.3 Решение задачи в матрично-векторном виде.

3.4 Методика статистического анализа точности отработки параметров предписанной траектории движения шестистепенной платформы.

3.5 Выводы по главе.

4 Экспериментальные исследования точностных параметров шестистепенного стенда методами математического моделирования.

4.1 Постановка задачи исследования.

4.2 Анализ процесса функционирования контура управления штоками линейных приводов.

4.2.1 Методика проведения эксперимента.

4.2.2 Результаты проведения эксперимента.

4.3 Качественный анализ реализации многомерного алгоритма управления штоками приводов.

4.3.1 Методика проведения эксперимента.

4.3.2 Результаты проведения эксперимента.

4.4 Обоснование требований к погрешности измерения длин штоков приводов в зависимости от требований к точности позиционирования.

4.5 Проведение натурного моделирования шестистепенной платформы

4.6 Выводы по главе.

Актуальность. В настоящее время все более широкое применение находят интегрированные наземные навигационные комплексы на основе комплексирования навигационных измерений с данными геоинформационных систем (ГИС) - наземные навигационно-геоинформационные комплексы (НТК) [40, 45, 69].

Главной особенностью данных комплексов является использование в качестве «корректора» ошибок навигационных измерений закономерностей (связей) между геометрическими параметрами маршрутов движения транспортных средств (трасс), например, зависимости значений азимутальной ориентации элементарных участков дорог от текущих значений координат местоположения транспортного средства [96]. Данную зависимость можно рассматривать как элемент траекторного навигационного поля, которую в том или ином виде можно сформировать средствами ГИС или в процессе заблаговременной специальной навигационно-геодезической подготовки маршрутов движения.

При организации промышленного производства возникает задача воспроизводства с высокой точностью угловых параметров траекторных полигонных полей в функции координат для проведения стендовых испытаний. Кроме того, воспроизводство предписанных траекторий должно осуществляться с одновременной генерацией линейных и угловых вибрационных возмущений, вызванных характером трассы.

Решение данной задачи возможно при создании стендов на основе шестистепенных платформ, управляемых штоками линейных приводов.

В известных схемах поворотных и вибрационных стендов, где, как правило, задачи управления кинематическими и вибрационными движениями разнесены по времени и в пространстве, управление и измерение осуществляется относительно жестко связанных осей [37].

При создании стендов на основе шестистепенных платформ возникает проблема управления движением платформы по предписанной траектории без наличия физических осей относительно заданной системы координат по результатам измерения длин штоков в другой системе координат, и, как следствие, возникает проблема обеспечения устойчивости из-за наличия более сильных перекрестных связей между каналами управления, оценки точности реализации предписанных траекторий при отсутствии возможности непосредственного наблюдения за текущими значениями кинематических параметров движения платформы.

Исходя из вышеизложенного сформулирована тема диссертации.

Цель диссертационных исследований: синтез алгоритмов устойчивого управления шестистепенной платформой, обеспечивающих воспроизводство с заданной точностью полигонных траекторных полей при стендовых испытаниях НТК.

Объектом исследования является шестистепенная платформа стенда испытаний НТК.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы управления многомерными объектами, методы статистической оценки погрешности отработки предписанных траекторий.

Научная задача: разработка методики синтеза алгоритмов управления шестистепенной платформой с одновременной «генерацией» угловых и линейных вибрационных возмущений и методики статистического анализа точности отработки параметров предписанной траектории при следующих исходных данных и ограничениях: оси управления и измерения пространственно разнесены; наличие ошибок измерения длин штоков линейных приводов; наличие перекрестных связей между каналами управления.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

1 Проведение анализа принципов функционирования НТК и обоснование требований к условиям проведения стендовых испытаний.

2 Вывод кинематических соотношений, определяющих связь между угловыми кинематическими параметрами движения шестистепенной платформы стенда и линейными параметрами штоков приводов управления.

3 Разработка методики и алгоритмов управления шестистепенной платформой при задании ограничений на переходный процесс в виде дифференциальных уравнений.

4 Разработка методики и алгоритмов оценки точности отработки предписанных траекторий движения штоков линейных приводов.

5 Разработка методики и алгоритмов оценки точности воспроизводства заданных кинематических параметров движения платформы.

6 Проведение экспериментальных исследований процесса отработки шестистепенной платформой заданных траекторий движения.

Научные результаты, выносимые на защиту

1 Методика синтеза алгоритмов управления шестистепенной платформой, обеспечивающих воспроизводство предписанных линейных и угловых параметров траекторий движения наземного транспортного средства с заданными показателями качества переходного процесса.

2 Методика статистического анализа точности отработки параметров предписанной траектории движения шестистепенной платформы и обоснования требований к погрешности измерения длин штоков линейных приводов управления.

Научная новизна результатов

Научная новизна первого результата заключается в том, что решена задача устойчивого управления шестистепенной платформой по значениям параметров траекторного поля путем распределения управляющих сигналов на каждый из шести линейных приводов управления в не рассматриваемых ранее условиях и ограничениях: оси управления и измерения пространственно разнесены; задана геометрическая схема шестистепенного стенда; задано множество параметров предписанных траекторий движения в виде угловых и линейных параметров движения платформы и параметров вибрационных возмущений, подлежащих воспроизводству; угловые и линейные параметры движения платформы непосредственно ненаблюдаемы.

Научная новизна второго результата заключается в том, что впервые решена задача обоснования требований к погрешностям измерения линейных параметров перемещения штоков приводов платформы при заданных требованиях к значениям погрешности воспроизводства кинематических параметров платформы, параметрам алгоритмов управления и измерительного шума, а также в условиях ограничений в виде уравнений связей (кинематических соотношений), определяющих связь между геометрическими параметрами платформы, параметрами предписанной (заданной) траектории движения и длинами штоков линейных приводов.

Методологическую и теоретическую основу исследований, проведенных в работе, составили научные труды отечественных и зарубежных авторов.

Навигационно-геоинформационные комплексы — новый вид систем, в развитие которых существенный вклад вносят проф. Беркович С.Б [11,12, 13,14, 15, 16, 17], проф. Котов Н.И. [47,48], проф. Шолохов A.B. [91,92,93,94,95,96]. Их работы включают в себя аналитическое описание траекторных навигационных полей, подходы к определению положения наземных подвижных объектов на траекториях, представленных в геоинформационных системах. Большую роль в развитие решения задач автомобильной навигации с использованием карты дорог вносят проф. Степанов O.A. [32, 80], Ливинцев В.А. [58, 59, 60, 61].

На основании работ по прецизионным управляемым стендам для динамических испытаний гироскопических приборов д.т.н. Калихмана Д.М. [42,43,44] проведен анализ существующих поворотных столов. В результате чего сформулированы основные требования к испытательному оборудованию.

Одним из отечественных ученых, внесших наиболее большой вклад в развитие методов синтеза алгоритмов управления системами на основе решения обратных задач динамики, является академик Крутько П.Д. [49,50,51]. Данные методы нашли применение в работах д.т.н Никифорова В.М. для систем управления летательными аппаратами.

Использовались также результаты научных исследований, проводимых в филиале ВА РВСН им. Петра Великого в г. Серпухове (бывш. СВИ РВ).

Информационную базу исследования составили: научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчетов, материалов научных конференций и семинаров; патенты и авторские свидетельства; методики оценки погрешностей различных приборов; материалы и сайты различных организаций; рекламные материалы и маркетинговые исследования; результаты собственных расчетов и проведенных экспериментов.

Теоретическая ценность работы в решении задачи управления твердым телом для различного количества степеней свободы, при отсутствии физических осей вращения и ненаблюдаемости (непосредственно) значений кинематических параметров для реализации заданных траекторий при ограничениях на переходный процесс управления в виде дифференциальных уравнений второго порядка.

Практическая ценность полученных результатов заключается в обосновании рекомендаций, номограмм для расчета параметров алгоритмов управления движением платформы, обеспечивающих воспроизводство с требуемой точностью и заданным временем переходного процесса траекторных навигационных полей в условиях стендовых испытаний навигационно-геоинформационных комплексов.

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты исследований внедрены в следующих организациях: в ОКР «Кормчий», заказывающая организация — департамент радиоэлектронной промышленности Минпромторга России, государственный контракт № 10411.1003902.11043 от 8.06.2010 г.; в учебном процессе филиала ВА РВСН имени Петра Великого (г.Серпухов, Московская область);

ООО «Инертех» г. Санкт-Петербург, дог. №2 от 1.06.2011 г.;

ООО «ТеКнол» г. Москва, дог. ЖГК.264 от 7.10.2010 г., дог. ЖГК.281 от 13.01.2011 г.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1 Всероссийская конференция «Использование сложных навигационных приборов в нетрадиционных областях», 2012, МГТУ им.Н.Э.Баумана, г. Москва.

2 XXVIII конференция памяти выдающегося конструктора приборов Н.Н.Острякова, 2012, ОАО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», г. Санкт-Петербург.

3 58 научно-техническая конференция «Информационные технологии и системы», МИРЭА 2009, г. Москва.

4 57 научно-техническая конференция «Информационные технологии и системы», МИРЭА 2008, г. Москва.

Публикации

Основные теоретические и практические результаты диссертации изложены в 8 статьях (4 в изданиях рекомендованных ВАК), в 6 отчетах о проведенных исследованиях по результатам выполнения НИОКР и отражают основные результаты исследований. Поданы три заявки на получение свидетельств о регистрации программ ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы включающего 106 наименований. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, включает 62 рисунка и 5 таблиц.

Основные результаты работы и выводы.

1 Обоснованы кинематические соотношения, определяющие связь между ненаблюдаемыми кинематическими параметрами движения шестистепенной платформы стенда и линейными параметрами штоков приводов управления (непосредственно наблюдаемы).

2 Разработана методика синтеза алгоритмов управления шестистепенной платформой при задании ограничений на переходный процесс в виде дифференциальных уравнений.

3 Разработаны алгоритмы управления с учетом и без учета информации об ускорении движения штоков приводов.

4 Разработана методика оценки точности отработки предписанных траекторий движения штоков линейных приводов, по которой обоснованы требования к погрешности измерения длин штоков.

5 Разработана методика оценки точности воспроизводства заданных кинематических параметров движения платформы.

6 Обоснованы номограммы, позволяющие определять значения дисперсий погрешностей отработки траекторных параметров в зависимости от требований к значениям погрешностей измерений длин штоков.

7 Проведены экспериментальные исследования процесса отработки шестистепенной платформой заданных траекторий движения.

8 Обоснованы значения параметров алгоритмов управления, с учетом ограничения на переходный процесс в виде дифференциальных уравнений, значений коэффициента затухания , коэффициента колебательности , коэффициента перерегулирования , длительности переходного процесса , что обеспечивает заданную точность отработки предписанных траекторий при удовлетворении требованиям устойчивости.

9 Погрешность воспроизводства угловых траекторных полей обеспечивает оценку погрешностей НТК 0,5 метров при стендовых испытаниях.

В совокупности научные результаты представляют собой решение научной задачи, обусловленной необходимостью воспроизводства при стендовых испытаниях условий движения наземных транспортных средств по дорогам заданных маршрутов движения, что позволяет достигнуть цели исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений.

В первом разделе проведены: анализ технических характеристик интегрированных наземных навигационных систем и способов достижения эксплуатационных характеристик, анализ методов и способов калибровки навигационных систем и комплексов; рассмотрены аппаратные средства калибровки, а также способы калибровки приборов. Сформулирована постановка задачи исследований.

Во втором разделе приведены математическая постановки задач на обоснование кинематических соотношений и создание алгоритмов управления платформой шестистепенного стенда. На основе результатов исследования процессов функционирования разработана геометрическая модель шестистепенной платформы которая явилась основой для разработки алгоритма управления движением поводов штоков без информации об ускорении. Представлено обоснование кинематических соотношений связывающих кинематические параметры траектории с длинами штоков приводов, разработана структурная схема управления шестистепенным стендом, алгоритмы управления подвижной платформой стенда. Приведены рекомендации по расчету параметров алгоритмов управления длинами штоков приводов.

В третьем разделе проведена оценка погрешности отработки заданной траектории движения штока по заданной погрешности измерений измерительного шума с информацией об ускорении и без нее. Также проведена оценка погрешности отработки заданной траектории движения поворотной платформы шестистепенного стенда с решением задачи в скалярном и матрично-векторном виде, приведено обоснование требований к погрешности измерения длин штоков приводов платформы.

В четвертом разделе проведены экспериментальные исследования точностных параметров шестистепенного стенда методами математического моделирования в среде MathCAD. Проведенные экспериментальные исследования процесса функционирования алгоритмов управления длинами штоков приводами, алгоритмов управления подвижной платформой в среде MathLAB. Проведен качественный анализ реализации многомерного алгоритма длинами штоков приводов. Приведено обоснование требований к погрешности измерения длин штоков приводов в зависимости от требований к точности позиционирования. Приведены результаты натурного моделирования шестистепенной платформы.

1. Айвазян, С. А. Прикладная статистика. Основы эконометрики. Том 2. — М.: Юнити-Дана, 2001. — 432 с.

2. Анучин, О.Н. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / О.Н. Анучин, Г.И. Емельянцев. — Спб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 1999. - 357 с.

3. Артоболевский, И.И. Теория механизмов и машин / И.И.Ортоболевский М.: Наука, 1988. - 640 с.

4. Бабич O.A. Обработка информации в навигационных комплексах. -М.:

5. Машиностроение, 1991. -512 с.

6. Бабич, O.A. Обработка информации в навигационных комплексах /

7. O.A. Бабич. М.:Машиностроение, 1991.-511 с.

8. Бассвиль, М. А. Обнаружение изменения свойств сигналов и динамических систем / М. Бассвиль, А. Банвениста. М.: Мир,1989.-278с.

9. Белоглазов, И.Н. Корреляционно экстремальные системы / И.Н. Белоглазов, В.П. Тарасенко. -М.: Советское радио, 1974.-392 с.

10. Белоглазов, И.Н. Основы навигации по геофизическим полям / И.Н. Белоглазов, Г.И.Джанджгава, Г.П. Чигин.- М.: Наука, 1985.-328 с.

11. Бендат, Дж. Прикладной анализ случайных данных / Дж. Бендат, А. Пирсол. -М.: Мир, 1989. 540 с.

12. Беркович, С.Б. Алгоритм распознавания нахождения наземного объекта на заданном маршруте движения / Д.В. Яковлев, С.Б. Беркович // Сб. трудов 21 межведомственной научной конференции ч.2. Серпухов СВИРВ, 2002.-312 с.

13. Беркович, С.Б. Коррекция автономных ННС в движении по отдельным точкам цифровой карты дороги/ С.Б.Беркович, Н.И. Котов и др. // 13 международная конференция по интегрированным навигационных системам Спб. :ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор». -2006.

14. Беркович, С.Б. Формирование и использование псевдоизмерений боковых отклонений объекта в задачах автомобильной навигации./С.Б. Беркович, Н.И. Котов, и др.// Измерительная техника. 2001.-№11.

15. Билич, Ю.С. Проектирование и составление карт / Ю.С. Билич, А.С.Васмут. М.: Недра, 1984. - 364с.

16. Бочаров, П.П. Теория вероятностей / П.П. Бочаров, A.B. Печинкин. -М.: Изд. РУДН,1994. 172 с.

17. Бромберг, П.В. Теория инерциальных систем навигации. -М.: Наука, 1979. -294 с.

18. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов / Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. М.: «Наука», 1980.

19. Васюков, В.И. Метод обратных задач динамики в теории управления летательными аппаратами / Горбатенко С.А. — М.: Изд-во МАИ, 1988

20. Вентцель, Е.С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения / Е.С. Вентцель, JI.А.Овчаров. М. : Наука, 1991. -384 с.

21. Ветров, В.Н. Метод структурной идентификации математических моделей низкочастотных линейных акселерометров ИНС: дис. канд. тех. наук: 20.02.11 / Ветров Виктор Николаевич. Серпухов, СВИРВ, 1992. - 153 с.

22. Гироскопические системы. Под редакцией Д.С. Пельпора. -М.: Высшая школа, 1988.-423с.

23. Глазунов, В.А. Разработка манипуляционных механизмов с параллельно-перекрестной структурой / Глазунов, В.А. и др. // Проблемымашиностроения и надежности машин, 2008, №2, с. 90 100.

24. Гришин, Ю.П. Динамические системы устойчивые к отказам /

25. Ю.П. Гришин, Казаринов Ю.М. М.: Радио и связь, 1985.- 175 с.

26. Гроп, Д. Методы идентификации систем / Д. Гроп. М. : Мир, 1979.302 с.

27. Двайт, Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы / Г.Б. Двайт. -М.: Наука, 1978. -224 с.

28. Дмитриев, С.П. Инерциальные методы в инженерной геодезии / С.П. Дмитриев. СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ, 1997. - 208 с.

29. Дмитриев, С.П. Оптимальное решение задач автомобильной навигации с использованием карты дорог /С.П.Дмитриев, О.А Степанов, Б.С. Ривкин, Д.А. Кошаев и др. // Научно-технический журнал «Гироскопия и навигация». -2000. № 2(29). -С. 57 - 69.

30. Дмитриев, С.П. Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем /С.П. Дмитриев, Н.В. Колесов, A.B. Осипов. СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 206 с.

31. Дмитриев, С.П. Информационный контроль и диагностика дублированных инерциальных систем / С.П. Дмитриев, Д.А. Кошаев // Сборник докладов 11 Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам, 2004. С. 97 - 106.

32. Епифанов, А.Д. Надежность систем управления летательными аппаратами / А.Д. Епифанов.- М.: Машиностроение, 1975.- 180 с.

33. Ермаков, B.C. Калибровка бесплатформенных инерциальных систем навигации и ориентации. / В.С.Ермаков (и др.) //Аэрокосмическая техника. Вестник ПГТУ, 2004, №18, с.25-30.

34. Ермаков, B.C. Способы калибровки бесплатформенных инерциальных систем. / B.C. Ермаков (и др.) //Материалы УШ Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии». Пермь, 22-24 июня 2005. с.51.

35. Зенкевич, C.JI. Основы управления манипуляционными роботами / С.Л.Зенкевич, А.С.Ющенко.-М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004.-480 с.

36. Измайлов, Е.А. Скалярный способ калибровки и балансировки бесплатформенных инерциальных навигационных систем /, Jlene С.Н., Молчанов A.B., Поликовский Е.Ф. // XV Международная конференция поинтегрированным навигационным системам, СПб. 2008, с. 145 154.

37. Интегрированные инерциально спутниковые системы навигации /

38. Под. Ред. чл. кор. РАН В.Г.Пешехонова. - Спб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 2001. - 235 с.

39. Ишлинский, А.Ю. Ориентация, гироскопы и инструментальная навигация. -М.: Наука,1976. 670 с.

40. Калихман, Д.М. Основы проектирования управляемых оснований с инерциальными чувствительными элементами для контроля гироскопических приборов. Саратов: Изд.-во Сарат гос. техн. университета. 2001. - 336 с.

41. Калихман, Д.М. Прецизионные управляемые стенды для динамических испытаний гироскопических приборов / Под ред. В.Г. Пешехонова. СПб: Изд-во ЦНИИ "Электроприбор", 2008.

42. Колесников, С. Системы навигации, насколько они эффективны /

43. Сергей Колесников // Ежемесячный автожурнал «QUATTRORUOTE» русское издание. 2007. - №9. - С. 58.

44. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн.- М.: Наука, 1968.- 720с.

45. Крутько, П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Линейные модели — М.: Наука, 1987.

46. Крутько, П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Нелинейные модели — М.: Наука, 1987.

47. Крутько, П.Д. Алгоритмы и программы проектированияавтоматических систем / Максимов А.И., Скорцов JIM. — М.: Наука, 1979

48. Кочетков, Ю.А. Метод обратных задач динамики / В кн. Основыавтоматики авиационного оборудования — М.: Изд-во ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 1995

49. Кузовков, Н.Т. Непрерывные и дискретные системы управления /Н.Т, Кузовков, С.В. Карабанов, О.С. Салычев. М.: Машиностроение, 1978. -222 с.

50. Кулак, A.B. Уточнение координат местоположения наземных объектов с привлечением цифровой модели рельефа /A.B. Кулак // Материалы 7 конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». 2006. -С. 294 - 300.

51. Лантратов, К. Предвыборная навигация / Константин Лантратов // Аналитический еженедельник издательского дома «Комерсантъ» Власть.-2007. 9 апр.- С. 26.

52. Левин, Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники / Б.Р. Левин. -М.: Сов. радио, 1974. -552 с.

53. Лемман, Э. Проверка статистических гипотез /Э. Лемман. М.: Наука, 1979. - 356 с.

54. Ливенцев В.А. Методика оценки достоверности информации систем наземной навигации подвижных комплексов /В.А. Ливенцев// Известия института инженерной физики. 2006. - №2.- С. 15-20.

55. Ливенцев, В.А. Оптимальное решение задачи учета погрешностей цифровых карт дорог при автономной коррекции наземных навигационных систем в движении / В.А. Ливенцев, 2005. 10 С. Деп. в ЦВНИ МО РФ 02.04.05 № 5927.

56. Ливенцев, В.А. Оценка достоверности информации в системах наземной навигации ПГРК, интегрированных с ЦКД: дис. канд. тех. наук: 20.01.09 / Ливенцев Владимир Алексеевич. Серпухов, СВИРВ, 2006. - 198 с.

57. Ливенцев, В.А. Сравнительный анализ способов построения алгоритмов коррекции наземных навигационных систем по цифровым картам дорог. / В.А. Ливенцев, A.B. Шолохов // Измерительная техника. 2007.

58. Лисицкий, Д.В. Основные принципы цифрового картографирования местности / Д.В. Лисицкий. М.: Недра, 1988. - 261 с.

59. Льюнг, Л. Идентификация систем. Теория для пользователя / Л. Лыонг. -М.: Наука, 1991. 432 с.

60. Медич, Дж. Статистические оптимальные линейные оценки и управление / Дж. Медич. М.: Энергия, 1973. - 276 с.

61. Мищенко, И.Н. Глобальная навигационная система «Navstar» / И.Н. Мищенко, А.И. Волынкин А.И.// Зарубежная радиоэлектроника. -1980. -№8 С. 59-83.

62. Небылов, A.B. Гарантирование точности интегрированных навигационных систем / A.B. Небылов // Сборник докладов 8 Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам, 2001. С. 97 - 106.

63. Небылов, A.B. Гарантирование точности управления / A.B. Небылов. -М.: Наука, 1998.-304 с.

64. Никифоров, А. Ф. Основы теории специальных функций /А.Ф.Никифоров, В .Б Уваров. -М.: Наука, 1974. 304 с.

65. Павлов, Ю.Н. Геоинформационные системы / Ю.Н. Павлов, A.B. Селезнев, Г.Н. Толстоусов. М.: Машиностроение, 1978. - 257 .

66. Панов, А.П. Математические основы теории инерциальной навигации / А.П. Панов. Киев: Наукова думка, 1995. - 280 с.

67. Парусников H.A., Морозов В.М., Борзов В.И. Задача коррекции в инерциальной навигации.- М: Изд. МГУ, 1982.-173с.

68. Попов, В.Н. Теоретические основы построения интеллектуализируемых навигационных систем ПБРК с нелинейными датчиками первичной информации: дис. док. тех. наук : 20.02.11 / Попов Валентин Николаевич. Серпухов, СВИРВ, 1996. - 333 с.

69. Потемкин, В.Г. Система MATLAB. Справочное пособие / В.Г. Потемкин. М.: ДИАЛОГ МИФИ, 1997. - 350 с.

70. Пугачев, B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического управления / B.C. Пугачев. М.: Физматгиз, 1962.- 231 с.

71. Пупков, К.А. Вопросы теории и реализации систем управления и навигации / К.А. Пупков, К.А Неусыпин. М.: Биоинформ, 1997. - 368 с.

72. Ривкин, С.С. Статистическая оптимизация навигационных систем / С.С. Ривкин, Р.И. Ивановский, A.B. Костров. Л.: Судостроение, 1976. - 280 с.

73. Ривкин, С.С. Статистический синтез гироскопических устройств / С.С. Ривкин. Л.: Судостроение, 1970. - 424 с.

74. Самарский, А. А. Численные методы / A.A. Самарский, A.B. Гулин. -М.: Наука, 1989.-432 с.

75. Сейдж, Э.П. Оптимальное управление системами / Э.П.Сейдж, Ч.С. Уайт. М.: Радио, 1982. - 392 с.

76. Степанов, O.A. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации /O.A. Степанов. СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», 1998. - 370 с.

77. Taxa, X. Введение в исследование операций / X. Taxa. М.:Мир,1985. - 146 с.

78. Толмачева, М.В. Планирование и контроль вычислительного процесса в морских навигационных комплексах: автореф. дис.канд. тех. наук : 05. 13.11 / Толмачева Марина Владимировна. Санкт - Петербург, 2007. - 19 с.

79. Феллер, В. Введение в теорию вероятностей и её инженерные приложения / В. Феллер. М.: Мир,1984. - 258 с.

80. Харисов, В.Н. Алгоритмы автономного контроля целостности СРНС по однократным измерениям /В.Н. Харисов, A.B. Карпейкин // «Радиотехника». -1998. -№3.-С. 85 -90.

81. Чигин, Г.П. Использование поля линейных ориентиров в задачах экстремальной навигации / Г.П.Чигин // Известия Академии наук. Теория и системы управления. 1998. - №2. - С. 161-172.

82. Шкирятов, В.В. Радионавигационные системы и устройства / В.В.Шкирятов. -М.: Радио и связь, 1984. 160 с.

83. Шолохов, A.B. Автономная коррекция наземных навигационных систем по цифровой модели сети автомобильных дорог / А.В.Шолохов // Материалы 2 конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». 2000. - С. 244 - 251.

84. Шолохов, A.B. Аналитическое представление траекторных полей для автономного решения задач навигации грунтовой подвижной пусковой установкой: дис. канд. тех. наук: 20.02.11 / Шолохов Алексей Викторович. -Серпухов, СВИРВ, 1999. 209 с.

85. Шолохов, A.B. Информационная надежность автономных интегрированных наземных навигационно геоинформационных систем ПГРК: дис. докт. тех. наук: 20.01.09 / Шолохов Алексей Викторович. - Серпухов, СВИРВ, 2008.-318 с.

86. Шолохов, A.B. Начальная настройка автономных наземных навигационных систем с использованием цифровой модели сетиавтомобильных дорог / А.В. Шолохов // Научно-технический журнал «Гироскопия и навигация». 2001. - №2(33). - С. 109.

87. Шолохов, А.В. Байесовский подход к формированию избыточности информации в наземных навигационных системах с привлечением данных о положении априорно известных траекторий объекта /А.В. Шолохов // Авиокосмическое приборостроение. 2005. - № 3. - С. -89.

88. Шолохов, А.В. Коррекция наземных навигационных систем по цифровой карте дорог с учетом её погрешностей / А.В. Шолохов // Материалы 5 конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». 2004. -С. 227-233.

89. Эндрю, П. Идентификация систем управления / П. Эндрю, Дж. Сейдж, JT. Мелса. М.: Наука, 1974 - 248 с.

90. Andreas, R.D. Continuous Kalman updating of an inertial navigation system using terrain measurements / L.D. Hostetler, R. Beckman // NAECON'78.

91. Dmitriew, S.P. Optimal map matching for car navigation systems / O.A. Stepanov, B.S. Rivkin , D.A. Koshaev, D. Chung //. 10 th World Congress of the International Association of Institutes Navigation - 1998.

92. French, R.L. Land Vehicle Navigation and Tracking. Global Positioning System: Theory and Application Volume II / R.L.French // 1996, p. 275 - 301.

93. Gough V.E. e Whitehall S. Universal tyre test machine // Proceedings ofthe FISITA Ninth International Technical Congress.— 1962 — C. 117-137.

94. IEEE Standard 1554-2005, Recommended Practice for Inertial Sensor

95. Test Equipment, Instrumentation, Data Acquisition, and Analysis.

96. Kim, W. Improved Car Navigation System Using Path Associated Map

97. Matching / W. Kim, G. Jee, J.G. Lee // 9 th World Congress of the International Association of Institutes Navigation. 1997, 18-21 Nov.

98. McMahan W. et al. Field trials and testing of the Oct Arm continuum manipulator / Robotics and Automation 2006. Proceedings of the 2006 IEEE1.ternational Conference.- Orlando, 2006, pp. 2336 2341.

99. Scott, C.A. Improved GPS Positioning for Motor Vehicles through Map

100. Matcing / C.A. Scott // ION GPS 94.

101. Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proceedings of the IMechE.— 1965.—№ 180(15).—C. 371-385.