КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНА СИСТЕМА ІМІТАЦІЇ РУХІВ НОСІЯ АВІОНІКИ В ЛАБОРАТОРНИХ УМОВАХ
DOI:
https://doi.org/10.32782/mathematical-modelling/2024-7-2-12Ключові слова:
комп’ютерно-інтегрована система, імітація, синтез, фільтр, платформа Стюарта, програмні засоби, серводвигуни, інтерфейс, Matlab, SimulinkАнотація
Статтю присвячено розробленню методики створення засобами інструмента Simulink середовища Matlab комп’ютерно-інтегрованої системи для відтворення рухів носія авіоніки в лабораторних умовах за допомогою платформи Стюарта. Розробка та впровадження цієї методики допоможуть подолати суперечності між умовами атестації засобів авіоніки та умовами їх функціонування на реальному об’єкті. Зі свого боку, подолання цієї суперечності дасть змогу суттєво підвищити точність вимірювання параметрів польоту. Об’єктом дослідження є макетний зразок платформи Стюарта. Предмет дослідження полягає у визначенні програмного та апаратного засобів імітації просторового руху автономного підводного безпілотного рухомого об’єкта як носія авіоніки. У статті використано методи синтезу оптимальних багатовимірних фільтрів формування стохастичних процесів, візуального об’єктоорієнтованого програмування та аналітичної механіки пристроїв паралельної кінематики. На основі аналізу літературних джерел показано залежність характеристик похибок безплатформної інерціальної навігаційної системи від характеру рухів її носія. Обґрунтовано методику та представлено її застосування для створення імітатора рухів такого носія на базі макета платформи Стюарта. Ця методика налічує шість елементів: обґрунтування вибору контролера для інтерфейсу зв’язку програмного середовища Matlab із серводвигунами платформи Стюарта; встановлення та налаштування пакету програмної підтримки обраного контролера для інструмента Simulink; синтез структури та параметрів Simulink-моделі підсистеми формування сигналів керування платформою Стюарта; розробка Simulink-моделі підсистеми розв’язання зворотної задачі кінематики; розробка Simulink-моделі підсистеми визначення кутів повороту приводних двигунів; розробка Simulink-моделі підсистеми керування рухом платформи. Розроблена методика дає змогу проєктувати та створювати на базі платформи Стюарта імітатори стохастичних рухів носія вимірювача навігаційної інформації в просторі. Завдяки цьому виникає можливість проатестувати динамічні характеристики вимірювачів в умовах, що наближені до реальних. Єдиним обмеженням застосування нової методики є вимога відповідності смуги пропускання приводів платформи та практичної ширини спектра програмного сигналу.
Посилання
Блохін Л. М., Осадчий С. І., Дідик О. К. та ін. Технології конструювання сучасних конкурентоспроможних комплексів керування стохастичним рухом об’єктів : монографія. Кропивницький : Видавець Лисенко. 2023.
Зозуля В. А., Осадчий С. І., Мельніченко М. М. Аналіз характеристики точності відтворення еталонної траєкторії платформою Гауфа-Стюарта з системою управління для різних видів завдань. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки, 2019, вип. 1(32). С. 211–219.
Review and selection of commercially available IMU for a short time inertial navigation. Borodacz, Krystian & Szczepanski, Cezary & Popowski, Stanisław. URL: https://www.researchgate.net/publication/353464312_Review_and_selection_of_commercially_available_IMU_for_a_short_time_inertial_navigation. (дата звернення 04.12.2024).
Осадчий С. І., Дяченко М. М. Збір та первинна обробка даних з системи ARDUPILOT для ідентифікації моделі динаміки квадрокоптеру. Науковий журнал «Прикладні питання математичного моделювання». 2020. Т. 3. № 2.1. С. 197–205.
Ahmed Radi, Sameh Nassar, and Naser El-Sheimy Stochastic Error Modeling of Smartphone Inertial Sensorsfor Navigation in Varying Dynamic Conditions. Gyroscopy and Navigation. 2018. Vol. 9. No. 1. P. 76–95.
Aliev F.A., Bordyug V.A., Larin V.B.: Factorisation of polynomial matrices with respect to imaginary axis and unit circle. Avtomatika. 1989. No. 4. P. 51–58.
Arduino Mega 2560. WEB-сайт. URL: https://doc.arduino.ua/ru/hardware/Mega2560 (дата звернення 7.11.2024).
Bellman, R. Introduction to Matrix Analysis. 2nd edn. SIAM, Philadelphia (1997). 412 p.
El-Sheimy N., Hou H., Niu X. Analysis and modeling of inertial sensors using Allan variance. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2008. vol. 57. no. 1. P. 140–149.
Evans J.R. et al., Method for calculating self-noise spectra and operating ranges for seismographic inertial sensors and recorders. Seismological Research Letters. 2010. vol. 81. no. 4. P. 640–646.
Guerrier S., Skaloud J., Stebler Y., Victoria-Feser M.-P. Wavelet-variance-based estimation for composite stochastic processes. Journal of the American Statistical Associa-tion. 2013. vol. 108. no. 503. P. 1021–1030.
Inverse Kinematics of a Stewart Platform. URL: https://raw.org/research/inverse-kinematics-ofa-stewart-platform (дата звернення 07.11.2024).
Installing Hardware support packages : Step-by-step procedure to get started. URL: https://ieee-tems-blogs.medium.com/hardware-support-packages-using-simulink-to-create-arduinoprojects-5759be619d9c (дата звернення 07.11.2024).
Li Y., Georgy J., Niu X., Li Q., El-Sheimy. Autonomous calibration of MEMS gyros in consumer portable devices. IEEE Sensors Journal. 2015. vol. 15. no. 7. P. 4062–4072.
Moir I., Seabridge A., Jukes M. Civil avionic systems: 2nd edition. West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd., 2013. 551 p.
Mosterman, Pieter Prabhu, Sameer Dowd, Andrew Glass, John Erkkinen, Tom Kluza, John Shenoy, Rohit. Embedded real-time control via MATLAB, Simulink, and xPC Target. 2005. DOI 10.1007/0-8176-4404-0_18.
Osadchy S., Prokophyeva I.: Multidimensional autonomous object structural identification on the base of it’s disturbed motion. Gyrotechnology, Navigation, Movement Control and Aerospace Technic Engineering: materials of the VI International Conference. Reports Part II. Kyiv, Ukraine. 2007. p. 17–24.
Osadchy S.I., Zozulya V.A., Rudiuk G. I. The Dynamics of 3-dimentional micro-mechanic sensor of angle motions of a robot-hexapod. International Conference on. Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS’2015) : Proceedings of the 8th IEEE. Vol. 2. Warsaw, Poland 2015. pp. 908–912.
Rizvi I.H., Udayraj. A modified Kalman filter-based model for core temperature estimation during exercise and recovery with/without personal cooling interventions. J Therm Biol. 2022. 109. 103307. doi:10.1016/j.jtherbio.2022.103307
Sabatini R. The Future of Avionics Systems. R. Sabatini, 2021 IEEE Aerospace & ELECTRONICS SYSTEMS SOCIETY, Virtual Distinguished Lecture Webinar Series. P. 1–63. URL: https://ieeeaess.org/tech-ops/avionics-systems-panel-asp (Дата звернення 11.01.2024).
State Space. URL: https://ch.mathworks.com/help/control/ref/ss.html (дата звернення 1.11.2024).
Stewart D. A Platform with Six Degrees of Freedom. Proc. Instn. Mech. Engrs. 1965–66, Vol. 180, Pr. 1. No 15. Pp. 371–386.
TowerPro SG90 – Micro Servo. URL: https://datasheetspdf.com/pdf-file/791970/TowerPro/SG90/1 (last accessed 2024/01/11).
Transfer Functions TF. URL: https://ch.mathworks.com/help/control/ug/transfer-functions.html (last accessed 2024/01/11)
Using Matlab-Simulink RTW to Build Real Time Control Applications in User Space with RTAILXRT. URL: https://www.rtai.org/userfiles/documentation/documents/ quaranta_mantegazza.pdf ( last accessed 2024/01/11).
Using Stewart Platform as a tool to understand key robotic concepts. URL: https://github.com/Yeok-c/Stewart_Py/blob/main/01_Stewart_Py_Inverse_ Kinema-tics.ipynb (last accessed 2024/11/03).
Zero-pole-gain model ZPK. URL: https://www.mathworks.com/help/control/ref/zpk.html. (last accessed 2024/01/11).
