Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Цифровая система управления движением транспортных средств в составе колонны

Содержание:

Введение. 5

Глава 1. Обзор алгоритмов управления движением
транспортных средств в составе колонны.. 7

1.1 Использование цифровых систем. 7

1.2 Преимущества использования цифровых систем. 14

1.3 Обзор алгоритмов управления движением
транспортных средств в составе колонны.. 15

Глава 2. Разработка математической модели движения
транспортных средств в составе колонны.
Линеаризация математической модели. 19

2.1 Математическая модель движения. 19

2.2 Линеаризация. 23

Глава 3. Компьютерное моделирование движения транспортных средств в составе колонны. 25

3.1 Синтез цифрового регулятора для управления
скоростью и направлением движения транспортных
средств в составе колонны.. 25

3.2 Выбор среды имитационного моделирования. 31

3.3 Компьютерное моделирование ЦСУ скоростью и
направлением движения транспортных средств в составе колонны.. 45

3.4 Аппаратная
реализация микропроцессорной системы для управления скоростью и направлением
движения транспортных средств в составе
колонны.. 54

Заключение. 68

Список
использованной литературы   69

Введение:

В процессе разработки и
массового применения транспортных средств, которые движутся в составе колонны,
требуется высокоточное управление движением отдельных транспортных средств и
колонн ТС, учитывающее маршруты движения ТС и колонн ТС, пространственное
положение и параметры движения каждого отдельного ТС, каждой колонны ТС. Именно
для этих целей можно использовать цифровую систему управления.

Принимая во внимание
«аналоговый» характер большинства переменных физического процесса и
экспоненциальный характер уравнений управления, которым должна удовлетворять
любая система управления для стабилизации, редко практически возможно полагаться
на систему, которая буквально на 100% является цифровой. Хотя может быть
целесообразно, чтобы определенные элементы (особенно те, которые связаны с
расчетами или требовали корректировки до некоторой предварительно установленной
системы координат) были оснащены цифровыми приборами. Однако цифровая система
управления для организации движения транспортных средств имеет ощутимые
преимущества перед аналоговыми системами, что говорит об актуальности их
использования.

Целью написания работы
является реализация и исследование цифровой
системы автоматизированного управления движением транспортных средств в составе
колонны.

При
написании работы были поставлены следующие задачи:

1. Разработка математической модели
движения транспортных средств в составе
колонны. Линеаризация математической модели.

2. Компьютерное моделирование движения транспортных средств в составе колонны.

3. Синтез цифрового регулятора для
управления скоростью и направлением движения транспортных
средств в составе колонны.

4.
Компьютерное моделирование ЦСУ скоростью и направлением движения транспортных
средств в составе колонны.

5. Аппаратная реализация
микропроцессорной системы для управления скоростью и направлением движения транспортных средств в составе колонны.

Объект исследования –
процесс управления движением транспортных средств в составе колонны.

Предмет исследования — цифровая
система управления движением транспортных средств в составе колонны.

Заключение:

В
результате написания выпускной квалификационной работы разработана цифровая
система управления движением и скоростью транспортных средств в составе
колонны.

Установлено,
что оптимально использовать ПИД-регулятор. При этом получены следующие
параметры переходного процесса:

— Время
достижения первого максимума: 20 мсек.;

— Максимальное
значение: 1,71;

— Время
регулирования: 175 сек.;

— Время
установившегося значения: 310 мсек.

— Величина
перерегулирования составляет 17,1%.

Для
реализации цифровой системы управления движением и скоростью транспортных
средств в составе колонны также осуществлен выбор микроконтроллера на основании
разработанной математической модели. В результате проведенного обзора выбор
остановлен на STM32 F4.

При
написании работы были выполнены следующие задачи:

1. Представлена
разработка
математической модели движения транспортных
средств в составе колонны и осуществлена линеаризация математической
модели.

2. Представлено
компьютерное
моделирование движения транспортных средств
в составе колонны.

3. Осуществлен
синтез цифрового
регулятора для управления скоростью и направлением движения транспортных средств в составе колонны.

4. Выполнено
компьютерное моделирование ЦСУ скоростью и направлением движения транспортных
средств в составе колонны.

5. Показана
аппаратная реализация
микропроцессорной системы для управления скоростью и направлением движения транспортных средств в составе колонны.

Фрагмент текста работы:

Глава 1. Обзор алгоритмов управления движением транспортных
средств в составе колонны

1.1 Использование цифровых систем Цифровое
управление – это такое управление, при котором цифровые компьютеры используются
в качестве контроллеров системы. Здесь за реализацию алгоритма управления
отвечает компьютер. Цифровая система управления также может принимать
форму микроконтроллера для специализированной интегральной схемы и даже для
настольного компьютера, в значительной степени в зависимости от
потребности. Обычно цифровая система управления состоит из
аналого-цифрового преобразования для преобразования аналогового ввода в цифровой
формат для машины, цифро-аналогового преобразования для преобразования
цифрового вывода в форму, которая может быть вводом для установки, и цифрового
контроллера в форма компьютера, микроконтроллера или программируемого
логического контроллера [1].

Надежные, недорогие,
миниатюрные компьютеры способны взять на себя функции контроллера. В
основном это делается потому, что это рентабельно, поскольку оборудование
заменяется программным. Сложные функции также намного проще реализовать, а
журналы и мониторинг упрощаются с помощью компьютеров.

Цифровые контроллеры
также могут принимать различные формы, такие как плата микропроцессора, в
случае компьютера, микроконтроллера или программируемого логического
контроллера. Цифровые системы управления гибкие, недорогие, масштабируемые
и адаптируемые. Поэтому они широко используются в различных реализациях
систем управления.

В основу
цифрового управления положен принцип аналого-цифрового преобразования.

Известно, что все сигналы по способу представления
на множестве можно разделить на четыре группы:

— аналоговые — описываются непрерывными во времени
функциями;

— дискретные — прерываются во времени с шагом заданным дискретизации;

— квантованные — имеют набор конечных уровней (как правило, по амплитуде);

— цифровые — комбинация свойств дискретных и квантованных сигналов.