Разработка учебных проектов моделей подвижных автоматических систем наземного и воздушного размещения с использованием СПО (Владимир Симонов, OSEDUCONF-2023) — различия между версиями

;{{SpeakerInfo}}: {{Speaker|Владимир Симонов}}
<blockquote>
Разработаны учебные проекты моделей автоматических систем, осуществляющих движение по поверхности и в воздухе. Синтезированные законы управления позволяют системам избегать препятствий, поддерживать направление движения в сторону объекта, обеспечивать требуемые режимы движения с заданным качеством. В разработке использовалось свободное программное обеспечение
</blockquote>

{{VideoSection}}
{{vimeoembed|909006664|800|450}}
{{youtubelink|}}
|uI92RbKAdqo}}
{{SlidesSection}}
[[File:Разработка учебных проектов моделей подвижных автоматических систем наземного и воздушного размещения (OSEDUCONF-2023).pdf|left|page=-|300px]]

{{----}}

== Thesis ==

Разработка наземных и воздушных беспилотных транспортных средств предусматривает обязательное создание действующих
макетов и прототипов для оценки конструкции и её отработки в лабораторных условиях, на испытательных стендах, полигонах
и т. д. При этом модели создаются в САПР, в натурном виде и т. д. Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки
«Информатика и вычислительная техника», «Управление в технических системах», в особенности для авиационных
специальностей участие в таких работах особенно актуально.

Проектирование моделей подвижных автоматических систем наземного и воздушного размещения осуществляется с использованием
СПО. Эффективно использование популярных и недорогих аппаратно-программных средств на базе Arduino, Raspberry Pi, а
также соответствующих компонент.

Достаточно важным здесь при обучении студентов является разработка закона управления созданным макетом, в особенности
управление движением макета. Простейший закон управления — релейный — не всегда приводит к положительному результату,
если объект обладает динамическими свойствами. Этапы синтеза системы управления являются классическими<ref name="d1">Дорф&nbsp;Р. ''Современные системы управления'' / Р.&nbsp;Дорф, Р.&nbsp;Бишоп. Пер. с англ. Б.&nbsp;И.&nbsp;Копылова. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002—832 с.</ref>:

* определение целей управления;
* выбор переменных, подлежащих управлению;
* формулировка требований к этим переменным;
* выбор конфигурации системы и исполнительного устройства;
* получение моделей объекта управления, датчиков и исполнительных устройств;
* выбор регулятора и определение ключевых параметров, подлежащих настройке;
* оптимизация параметров и анализ качества системы (при необходимости возврат к выбору конфигурации системы и
исполнительного устройства);


Если качество системы приемлемое, процедура синтеза завершается.

В РГСУ в рамках изучения дисциплин, связанных с проектированием информационных систем, создаются и исследуются
соответствующие модели подобных систем<ref name="d2">Практические аспекты организации занятий по основам программирования в области электроники, автоматики и робототехники при подготовке бакалавров и специалистов инженерных специальностей / Миронов&nbsp;П.&nbsp;Н., Герус&nbsp;М.&nbsp;И., Аметова&nbsp;М.&nbsp;М. и др. — В сборнике: Инфорино-2018. Материалы IV Международной научно-практической конференции. 2018. С.~155—159.</ref>.

Так, разработан действующий макет средства автономной перевозки грузов. Цель разработки состояла не только в
проектировании собственно устройства, но и в пробуждении интереса к электронике и робототехнике у обучающихся,
посетителей дней открытых дверей вуза, и, кроме того, не создать отторжения из-за сложности проекта. Для достижения
поставленной цели практически все соединения, сенсоры, моторы и прочие элементы должны быть по возможности видны, а
также и «мозг» — плата обработки информации. Поэтому большая часть корпуса выполнялась вручную, придан яркий и
необычный дизайн. Здесь используются датчик линий, не дающий выехать из заданной зоны и предотвращающий падения со
стола; датчик дистанции, предотвращающий столкновение с препятствиями; оптико-электронный модуль (датчики
освещённости), отвечающий за наведение на источник освещения. Устройство имеет три состояния:

* покой: при отсутствии освещения или при избыточном освещении;
* движение вперёд: скорость движения зависит от датчиков освещённости; повороты осуществляются при определённой разнице в показаниях левого и правого датчиков освещённости (функция наведения на источник освещения);
* движение назад — при обнаружении препятствии или близости к краю допустимой зоны (например, край стола).


Важную роль играла наглядность макета, поэтому каждое из состояний сопровождалось символами, выводимыми на LED-матрицу,
размещённую на видном месте в верхней части макета.

Разработана также модель тренажёра взлёта посадки вертолётного типа. Цель разработки: обучение студентов разработке
модели, обладающей динамическими свойствами, а также закона управления. Цель управления здесь состояла в получении
приемлемых переходных характеристик для трёх режимов: (а) — взлёта и поддержания заданной высоты; (б) —
стабилизации высоты при нагружении и (в) — при освобождении от груза. Переменные, подлежащие управлению: скорость
вращения воздушных винтов, которая зависит не только от показаний высотомера (ультразвукового дальномера), но и
соответствует предельным значениям напряжения питания. При этом конструкция проектировалась таким образом, чтобы
развивается требуемая подъёмная сила. Использовался закон регулирования типа ПИ (пропорционально — интегральный).
Проведена оптимизация параметров системы, оценено качество.

Таким образом, представлены результаты разработки учебных проектов моделей подвижных автоматических систем наземного и
воздушного размещения с использованием СПО (Wiring, платформа Arduino). Определены области использования разработок;
поставлены цели управления; выделены переменные, подлежащие управлению с определением допустимых значений; выбрана
конфигурация систем (сенсоры, исполнительные устройства, вычислители, согласующие звенья) и законы управления;
оптимизированы параметры системы, оценено качество функционирования. В итоге, разработано несколько макетов, среди
которых автоматическое устройство перевозки грузов, движущееся по поверхности, реагирующее на препятствия, следующее за
источником света и имеющее несколько режимов функционирования и индикации режимов; тренажёр взлёта-посадки вертолётного
типа, осуществляющий стабилизацию высоты полёта, принимающий нагрузку на борт и освобождающийся от полезной нагрузки.
Получены и оценены реальные характеристики функционирования моделей. Полученные результаты удовлетворяют поставленным
требованиям.

* https://github.com/Flattershaine


{{----}}
[[File:{{#setmainimage:Разработка учебных проектов моделей подвижных автоматических систем наземного и воздушного размещения (OSEDUCONF-2023)!.jpg}}|center|640px]]
{{LinksSection}}
<!-- <blockquote>[©]</blockquote> -->

<references/>

[[Категория:OSEDUCONF-2023]]
[[Категория:DraftМоделирование физических систем]]
[[Категория:СПО в образовании]]
[[Категория:Arduino]]