Разработка виртуального стенда для моделирования и исследования мобильного робота в программе SimInTech

Юрий Рафаилович Никитин; Юлия Валерьевна Зубкова; Элла Вениаминовна Соснович; Петр Алексеевич Масанов

doi:10.22213/2410-9304-2022-2-78-85

Авторы

Ю. Р. Никитин ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
Ю. В. Зубкова ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
Э. В. Соснович ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
П. А. Масанов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2410-9304-2022-2-78-85

Ключевые слова:

виртуальный стенд, моделирование, мобильный робот, двигатель, SimInTech

Аннотация

Виртуальный стенд предназначен для студентов, изучающих моделирование, модельно-ориентированное проектирование мехатронных систем, устройства управления. Выполнен обзор существующих виртуальных стендов. Обучение начинается с моделирования мобильного робота (МР) с одним приводом, например, транспортного робота, движущегося по одной координате, затем - моделирование МР с дифференциальным управлением, движущегося по плоскости, потом - мультикоптеров (квадрокоптера, гексакоптера, октокоптера). Виртуальный стенд состоит из модели МР с одним приводом на базе двигателя постоянного тока (ДПТ), регулятора МР, панели управления. Разработана модель привода мобильного робота в пространстве состояний. Выявлены негативные направления развития лабораторных стендов: быстрое устаревание лабораторного оборудования; высокая стоимость; небольшой ассортимент оборудования. Определены позитивные направления их развития: расширение возможностей программных средств (языков высокого уровня), позволяющих быстро и легко создавать любые приложения; появление и совершенствование специальных программных средств, используемых для создания мультимедийных приложений, а также специализированных программных средств, предназначенных для автоматизации проектирования (AutoCAD, КОМПАС, Altium Designer и т. д.) и проведения математических расчетов (Matlab, MathCAD и т. д.). К числу программных средств можно отнести SimInTech, MatLab/Simulink, LabVIEW, процедурно ориентированные языки VB, Delphi, Java и т. д.; проблемно ориентированные языки LISP, C++, C# и т. д. В связи с этим целесообразным является частичный отказ от традиционных лабораторных стендов и переход к более широкому применению методов имитационного моделирования и вычислительного эксперимента. Основу такого перехода должны составить виртуальные лабораторные стенды. В результате моделирования получены следующие параметры модели МР: перемещение МР на 2,5 м, максимальная угловая скорость редуктора 0,2 рад/с, максимальный момент на выходном валу редуктора 15 Н∙м, максимальная угловая скорость ДПТ 30 рад/с. Моделирование МР выполнено в программе SimInTech.

Биографии авторов

Ю. Р. Никитин, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Мехатронные системы»

Ю. В. Зубкова, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент кафедры «Мехатронные системы»

Э. В. Соснович, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Инженерная графика, профессиональная педагогика и технология рекламы»

П. А. Масанов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

магистрант кафедры «Мехатронные системы»

Библиографические ссылки

Амандиков М. А. Создание виртуальных стендов по информационным системам с использованием программных средств // Научное обозрение. Технические науки. 2016. № 1. С. 5-8. URL: https://science-engineering.ru/ru/article/view?id=1066 (дата обращения: 9.03.2022).

Valacich J., Schneider C. Information Systems Today: Managing the Digital World. Pearson, 2017.

p. ISBN-100134635205.

Peterka J., Bozek P., and Nikitin Yu. Diagnostics of automated technological devices. MM Science Journal, 2020, October, pp. 4027-4034. Doi: 10.17973/MMSJ.2020_10_2020051.

Stepanov P., Bozek, P. et all. Development of a decision box of diagnostic system for electric drives. MM Science Journal, 2021, November, pp. 4954-4961. Doi:10.17973/MMSJ.2021_11_2021126.

Lysych M. N. A study of the static lateral stability of a tillage machine-tractor unit on a virtual stand. IOP Conference Series: Metrological Support of Innovative Technologies, Krasnoyarsk, March 04, 2020. Krasnoyarsk Science and Technology City Hall of the Russian Union of Scientific and Engineering Associations. Krasnoyarsk, Russia: Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. P. 42033. Doi: 10.1088/1742-6596/1515/4/042033.

Magomedov S. Resource analysis of the log files storage based on simulation models in a virtual environment / S. Magomedov, D. Ilin, E. Nikulchev. Applied Sciences (Switzerland). 2021. Vol. 11. No 11. Doi: 10.3390/app11114718.

The tasks of designing and developing virtual test stands / V. L. Averbukh, N. V. Averbukh, P. Vasev [et al.]. Proceedings - 2020 Global Smart Industry Conference, GloSIC 2020, Chelyabinsk, September 25, 2020. Chelyabinsk, 2020. P. 49-54. doi: 10.1109/GloSIC50886. 2020.9267835.

Trefilov S., Bozek P., et all. Diagnostics of actuators of machine tools drives according to the identifiability criterion by the state space. MM Science Journal, 2021, pp. November, pp. 5291-5296. Doi: 10.17973/MMSJ.2021_11_2021131.

Unsteady processes in a centrifugal compressor: From a physical experiment to a virtual stand / A. Lebedev, Y. Kozhukhov, V. Ivanov [et al.]. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Rostov-on-Don, October 20-22, 2020. Rostov-on-Don, 2020. P. 012005. Doi: 10.1088/1757-899X/1001/1/012005.

Карандеева И. Ю. Применение виртуальных стендов в учебном процессе в целях повышения качества и эффективности образования // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 1 (105). С. 13.

Лекомцев П. В., Никитин Ю. Р., Трефилов С. А. Идентификация двигателя постоянного тока на основе квазиоптимального нелинейного алгоритма управления // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2021. Т. 24, № 2. С. 68-76. Doi: 10.22213/2413-1172-2021-2-68-76.

Оськин Д. А., Дьяченко М. Е. Виртуальный стенд для исследования релейных систем управления приводом МР // Вестник Морского государственного университета. 2016. № 75. С. 49-53.

Пильцов М. В., Тихонов В. В. Создание виртуальных лабораторных стендов с помощью Ni LabVIEW // Современные технологии и научно-технический прогресс. 2021. № 8. С. 141-142.

Степанов П. И. Разработка и тестирование блока принятия решений для системы контроля технического состояния электромеханического оборудования // Южно-Сибирский научный вестник. 2020. № 1(29). С. 108-113.

Титов В. Г., Захаров П. А., Степанов С. Е. Исследование мощного синхронного электропривода на виртуальном испытательном стенде // Автоматизация и IT в энергетике. 2020. № 6 (131). С. 32-37.

Турыгин Ю. В., Зубкова Ю. В., Сперанских Т. Н. Разработка математической модели движения выходного звена робота на основе анализа погрешностей позиционирования // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2018. Т. 21, № 1. С. 19-22. Doi: 10.22213/2413-1172-2018-1-19-22.

Фешин Б. Н., Якупова О. В. Разработка виртуального стенда «Оптимальные системы управления электроприводом» // Автоматика. Информатика. 2018. № 2 (43). С. 21-28.

Среда динамического моделирования SimInTech. URL: https://simintech.ru/(дата обращения: 9.03.2022).