Исследование основных характеристик колеса автомобиля, как объекта управления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: Из полученных зависимостей видно, что при износе корда данная шина пригодна для эксплуатации, но только до скорости Vm=140 км/ч. Данное ограничение не существенно, т.к. на дорогах Российской Федерации максимальная разрешённая скорость 90 км/ч, на автомагистралях – 110 км/ч.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №2: «Исследование датчиков первичной информации ИНКА-систем»

Цель работы: Изучение конструкции, принципа действия и основных системных характеристик многофункционального индукционного датчика параметрического типа, функционирующего в режиме датчика событий.

Краткие теоретические сведения и  основные соотношения

 

Типовая схема автоматизированной системы управления с датчиком первичной информации параметрического типа, линией связи,

управляющим компьютером  с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и устройством отображения информации (УОИ) оператору приведена на рис. 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Представим  зависимость выходного сигнала датчика первичной информации параметрического типа от переменной состояния х и от F - вектора внешних воздействий в виде разложения в ряд Тейлора в окрестности точки

 компонента вектора внешних воздействий,

Сигнал  у на входе АЦП с учетом аддитивной помехи в линии связи равен :

Сигнал на выходе АЦП с учетом квантования по уровню равен:

Обратное  преобразование выполняемое программно, в управляющем компьютере для оценок реализуемое с учетом (1), (2) и (3) позволяет представить х к виду :

Каждая  из составляющих статической погрешности  Ej(t) имеет вполне определенный и достаточно прозрачный физический смысл. Так, в частности Е,, Е₂ и Е₃ соответствуют погрешностям, возникающим в результате ошибок идентификации параметров выходной характеристики (1) датчика а также коэффициентов влияния и внешних факторов

Эти погрешности  характеризуют собственные погрешности  датчика первичной информации. Периодические настройки в программе обратного преобразования на индивидуальные параметры конкретного датчика позволяют обеспечить

Минимизация Е₃ достигается как путем уменьшения коэффициентов влияния для каждого из реально действующих внешних воздействий за счет особенностей конструктивного исполнения датчиков, так и путем формирования оценок что требует введения в систему дополнительных датчиков.

Составляющая погрешности Е₄ возникает в результате действия шумов в линии связи и для их уменьшения на практике применяются технические решения, позволяющие уменьшить коэффициенты влияния k_2i. К таким техническим решениям относятся экранирование кабелей связи, уменьшение входного сопротивления приемников и использование для передачи информации волоконно-оптических линий связи.

Составляющая  погрешности Е₅ возникает в результате квантования сигналов по уровню в АЦП и определяется величиной младшего разряда преобразователя

Уменьшение  Е₅ достигается как за счет повышения разрядности АЦП,   так   и   использования   в   обратном   преобразовании   оценки

  что позволяет ограничить по модулю величину половиной младшего разряда

Общим свойством всех составляющих является сильная зависимость от и при независимо от ошибок оценивания параметров что следует из (4).

Однако, на практике использование этого свойства погрешности ограничивается для датчиков параметрического типа конечным диапазоном уровней напряжений АЦП: для которых обычно не превосходит Увеличение в условиях конечного диапазона напряжений приводит к сокращению диапазона измерений в пределе при до нуля.

Для виртуальных преобразователей информации при косвенных измерениях х с использованием уравнений вида (1), в которых не является электрическим сигналом, а представляет собой, например, число импульсов, накопленных на временном интервале, рассмотренное ограничение на преобразуется в ограничение на максимальные числа, обрабатываемые программой компьютера, и практически перестает быть ограничением.

Динамическая  ошибка обусловленная запаздыванием т на время ввода-вывода и обработки данных, может быть частично скомпенсирована путем экстраполяции оценки Однако,      величина      результирующей      динамической      ошибки не обращается в ноль при а величина результирующей ошибки так же не равна нулю при конечных

При значительном числе г, характеризующем размерность  вектора внешних воздействий F в (1) и в условиях его неопределенности результирующую ошибку E(t) в современной теории управления рассматривают как случайный гауссовский процесс, а для ее уменьшения в статистическом смысле применяются фильтры Калмана-Бьюсси.

Однако, возможны и иные технические решения датчиков параметрического типа, получающиеся при предельном переходе в (1) и приводящие к датчикам событий, формирующих последовательность у(х)в виде:

Для решения  задачи обратного преобразования в рассматриваемом случае используется алгоритм счетчика событий, формирующего оценки

 оценка шага h по х между событиями типа На рис. 2. приведена зависимость у(х) для датчика событий рассматриваемого типа.

Для наблюдаемого процесса оценки, формируемые по алгоритму (б), обладают свойством при выполнении условий

В условиях действия аддитивных шумов  измерений F(k), и в счетчике событий могут возникать ошибки оценивания первого и второго рода, соответствующие ложной тревоге и пропуску событий. Для негауссовского шума измерений можно сформулировать условия, при которых ошибки первого и второго рода не возникают.

Так, ошибка первого рода (ложная тревога) возникает  в (б), если при y(k)=0. Если то такая ошибка не может происходить.   Ошибки   второго   рода   (пропуск   событий)   возникают,  если

  то ошибки второго рода также не происходят. Следовательно, при выполнении условия:

ошибки первого и второго  рода не возникают.

Таким  образом,  при  выполнении условия  (7) при что объясняет качественно более высокий уровень помехозащищенности систем с импульсной модуляцией сигналов по сравнению с аналоговыми.

Компенсация динамической ошибки при экстраполяции на х запаздывания достигается при Для интервальных оценок и собственно интервалов

  справедливы следующие соотношения:

Ошибка  оценивания в момент времени равна :

  обращается в ноль при и в этом случае не требуется какая-либо дополнительная компенсация динамической ошибки.

При конечных для импульсов треугольной формы, амплитуда которых пропорциональна , на линейном участке , а величина

при определяется из условия и составляет величину

В этом случае асимптотически стремится к нулю с ростом , достигая исчезающее малых величин и при

Отмеченные  свойства интервальных оценок, формируемых  с помощью датчиков событий выделяет этот класс датчиков первичной информации среди остальных, так как позволяет с их помощью обеспечить измерение интервалов с ошибками даже в

условиях шумов измерений и  конечных запаздываний.

Датчики первичной  информации индукционного типа, применяемые в ИНКА-системах, состоят из катушки (4), располагаемой на пластмассовом каркасе (3), с внутренним ферромагнитным сердечником (2), устанавливаемой на тормозных щитах с помощью специальных кронштейнов и постоянных магнитов (1), наклеиваемых на внутренней поверхности обода..

Выводы обмотки датчика с  помощью разъемов (5) коммутируются  с блоком обработки и отображения  информации с помощью кабеля связи.

Для защиты от механических повреждений  и иных воздействий внешней среды обмотка датчика заливается ударопрочным компаундом.

Принцип действия рассматриваемого датчика основан на явлении электромагнитной

индукции. При вращении колеса в витках     w     обмотки     наводится

Которая пропорциональна линейной скорости перемещения магнита V=dx/dt относительно катушки.

Форма импульсов  E(t) повторяет распределение и представляет собой последовательность полуволн противоположного знака. Импульсы одного знака формируются датчиком с периодом где М - число магнитов, равномерно расположенных на внутренней поверхности обода. Датчик рассматриваемого типа представляет собой частный случай датчика событий.

Амплитуда импульсов напряжения линейно зависит от скорости V, и аппроксимируется кридой типа «локона Аньези» вида:

 ,где(8)

  - величина несоосности магнита и катушки датчика,

kl и к2 -коэффициенты, учитывающие влияние V, и, на амплитуду импульса

Счетчик    событий    изменяет    свое состояние   при что   позволяет оценивать величину при известных

  из условия(10)при

  - граничная скорость колеса, при которой Изменения  величины может происходить в случае самопроизвольного или умышленного отворачивания крепежных болтов колеса, что приводит к отсоединению колеса от ступицы в движении и создает предпосылки для типового столкновения. Если выполняется то подобная ситуация исключается, а нарушение этого условия позволяет обнаружить опасную неисправность на ранних стадиях и предотвратить ее последствия.

Результаты измерений  и рассчитанные значения

Экспериментально  определенная зависимость амплитуды  импульсов у от скорости (напряжения управления двигателем U), испытательного стенда.

Ymax, В	3	6	7,5	8	9,5	10
Ymin, В	-3	-6	-7,5	-8	-9,5	-10
Uя, В	20	50	100	150	200	235
Vm,км/ч	71,80	164,20	204,40	230,00	254,00	273,20
Vm м/с	19,94	45,61	56,78	63,89	70,56	75,89
∆хi	0,00	0,00	21,01	22,56	23,93	24,97
	25,00	25,00	25,00	25,00	25,00	25,00

 

1) Зависимости  Ymax и Ymin от скорости:

 

 

 

 

 

2) Определяем коэффициент усиления  k1, как тангенс угла наклона графика:

; ;

3) Зависимость  :

Vm,км/ч	0,00	27,00	64,00	115,00	165,00	202,00	226,00	251,00	269,00
Vm м/с	0,00	7,50	17,78	31,94	45,83	56,11	62,78	69,72	74,72
∆хi	0,00	0,00	8,34	14,30	18,36	20,85	22,33	23,76	24,75

 

 

 

Вывод: Изученная ИНКА-система позволяет отслеживать угрозу отсоединения колеса. Это дает возможность предотвратить аварии, связанные с отсоединением колеса от ступицы и превышением разности давлений в шинах одной оси.