|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Управление движением велосипеда с двумя поворотными колёсамидипломная работа (Специалист)
- Научный руководитель: Формальский А.М.
- Автор: Серов Николай Михайлович
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2018
- Аннотация: Дипломная работа студента Н.М. Серова посвящена задаче построения системы управления движением велосипеда с двумя одинаковыми поворотными колёсами. Вертикальное положение велосипеда, подобно детскому велосипеду, поддерживается двумя невесомыми колёсами, расположенными по бокам. Изучается движение велосипеда по горизонтальной плоскости. Каждое из колёс управляется двумя электроприводами. Колесо располагается в своей вилке, которая при помощи одного из приводов может поворачиваться вокруг вертикальной оси, меняя, тем самым, ориентацию плоскости колеса. При помощи другого привода колесо может обычным образом вращаться вокруг своей горизонтальной оси. Таким образом, приводы, поворачивающие вилки колёс, управляют манёврами велосипеда, другие приводы – маршевые – управляют скоростью вращения колёс вокруг их горизонтальных осей и, тем самым, скоростью движения велосипеда. Воспользовавшись методом Лагранжа второго рода, автор выписал уравнения движения велосипеда. Система уравнений состоит из уравнений движения центра масс платформы, уравнения движения платформы вокруг вертикальной оси, проходящей через её центр масс, а также уравнений движения поворотных вилок (вместе с колесами) вокруг их вертикальных осей и колёс вокруг их горизонтальных осей. Выписаны также неголономные соотношения, связывающие линейную и угловую скорости платформы с угловыми скоростями колёс и углами поворота их вилок. Эти неголономные связи отражают условия непроскальзывания колёс по опорной поверхности (плоскости). Из этих условий вытекает, в частности, соотношение, связывающее между собой скорости вращения колёс и углы поворота вилок. В работе выписано дифференциальное уравнение Кирхгофа, характеризующее баланс напряжений в обмотке возбуждения каждого электродвигателя. В этом дифференциальном уравнении автор пренебрегает индуктивностью, в результате чего оно превращается в алгебраическое уравнение, которое связывает напряжение, подаваемое на двигатель, напряжение, падающее на омическое сопротивление и противо-электродвижущую силу. Студент Н.М. Серов находит несколько стационарных режимов движения велосипеда в отсутствие управляющих моментов. Далее он составляет уравнения в вариациях относительно этих режимов. Эти уравнения имеют постоянные коэффициенты. Составив затем характеристические уравнения, автор показывает, что эти режимы не являются асимптотически устойчивыми. Затем он строит обратные связи, которые стабилизируют желаемые стационарные режимы движения, отыскивает условия на коэффициенты обратной связи, при которых обеспечивается асимптотическая устойчивость этих стационарных режимов. Программное (желаемое) движение аппарата строится при помощи неголономных соотношений. Это желаемое движение велосипеда задается путем задания скорости его центра масс и угловой скорости вращения корпуса велосипеда вокруг центра масс. Из неголономных соотношений при этом находятся желаемые угловые скорости колес и углы поворота вилок. Эти желаемые скорости и углы затем «поступают» на соответствующие следящие системы. Н.М. Серов составил в среде «Matlab» программу решения дифференциальных уравнений движения изучаемого объекта. Он составил также программу решения этих уравнений на языке С++. При помощи этой программы он может задавать желаемое движение аппарата с клавиатуры ПК и менять его в процессе движения. Составленная автором программа позволяет также осуществлять анимацию. Используя составленные программы, можно определять коэффициенты трения колес о подстилающую поверхность, при которых не происходит их проскальзывание. Такие потребные коэффициенты трения автор определяет для некоторых режимов движения. Численное моделирование при помощи составленных автором программ подтверждает работоспособность построенной им системы управления велосипедом.
- Добавил в систему: Формальский Александр Моисеевич