Использование микроэлектромеханических измерительных систем для стабилизации пространственного положения платформы

Использование микроэлектромеханических измерительных систем для стабилизации пространственного положения платформы

Давлюд Игорь Игоревич
к.т.н., Военный учебно-научный центр Военно-морского флота «Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г.Кузнецова» (ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия»), преподаватель, 197045, г. Санкт-Петербург, Ушаковская набережная, д. 17/1, тел.: +7(911)454-92-75, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 18 октября 2021 года.

Аннотация
С ростом морских грузоперевозок, а также грузовых операций в море, в частности передачи груза в сложных климатических условиях, возникает необходимость в автоматизированных системах. Подобные системы могут компенсировать возмущающие воздействия качки судов и позволять безопасно передавать груз в открытом море. Одной из таких систем является автоматизированная платформа для приема груза, расположенная на принимающем судне. Для оценки целесообразности ее построения и эффективности работы разработана физическая модель автоматической стабилизированной платформы с использованием микромеханических измерительных систем, обеспечивающих ее стабилизацию в горизонтальной плоскости. В ходе построения модели разработана ее функциональная и кинематическая схема. Решена задача обработки получаемых «сырых» данных от микроэлектромеханических датчиков: гироскопа и акселерометра. Построены алгоритмы управления с применением в программном коде ПИД-регулятора, а также комплементарного фильтра для совмещения показаний акселерометра и гироскопа. Работа модели заключается в удержании платформы в горизонтальной плоскости не зависимо от перемещений основания (судна, на котором она установлена). Созданная модель показала высокую эффективность, быстрый отклик, точность позиционирования. Система стабилизации, разработанная на основе смоделированной, способна работать в сложных условиях, обеспечивая безопасность при погрузочных работах в открытом море. На базе разработанной модели автоматической стабилизированной платформы осуществлена апробация адаптивных алгоритмов управления по выходу.

Ключевые слова
Автоматическая платформа, стабилизация, внешние возмущение, датчик, акселерометр, гироскоп, алгоритм управления, комплементарный фильтр, ПИД-регулятор, погрузка.

DOI
10.31776/RTCJ.10207

Индекс УДК 
681.514

Библиографическое описание
Давлюд И.И. Использование микроэлектромеханических измерительных систем для стабилизации пространственного положения платформы / И.И. Давлюд // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 10. - № 2. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2022. – С. 141-148. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Лысов, А.Н. Теория гироскопических стабилизаторов: учебное пособие / А.Н. Лысов, А.А. Лысова. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2009. – 117с. – Текст: непосредственный.
  2. S. Awtar. Mechatronic design of a ball on plate balancing system / S. Awtar, K. Craig // Mechatronics, 2002. – Vol. 12. – № 2. – Pp. 217-228. – Text: unmediated.
  3. Ming-Tzu Ho. Visual servoing tracking control of a ball and plate system: design, implementation and experimental validation / Ming-Tzu Ho, Yusie Rizal, Li-Ming Chu // Intern. Journal of Advanced Robotic Systems. – 2013. – Vol. 10, art. 287. – Text: unmediated.
  4. Теория автоматического управления: учебно-методическое пособие / Г.Т. Кулаков [и др.]. – Минск: БНТУ, 2017. – 133 с. – Текст: непосредственный.
  5. Туревский А.А. Упрощение процесса настройки ПИД-регулятора / А.А. Туревский, Ронг Чен, Мурад Абу-Халаф// Control engineering Россия. – 2013. – №3 (45). – С. 70-73. – Текст: непосредственный.
  6. Использование измерительной системы MPU 6050 для определения угловых скоростей и линейных ускорений / Д.С. Федоров [и др.] // Автоматика и программная инженерия. – 2015. – №1(11). – С. 75-80. – Текст: непосредственный.
  7. Ивойлов А.Ю. О применении МЭМС-датчиков при разработке системы автоматической стабилизации двухколесного робота / А.Ю. Ивойлов // Сборник научных трудов НГТУ. – 2017. – № 3 (89). – С. 32–51. – Текст: непосредственный.
  8. Разработка системы стабилизации угла отклонения балансирующего робота / Д.С. Федоров [и др.] // Автоматика и программная инженерия. – 2015. – №2(12). – С.16-34. – Текст: непосредственный.

 

Полный текст статьи (pdf)