ID: 65434

Название работы: МЕТОДИ Й ЗАСОБИ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ТА АНАЛІЗУ СИГНАЛІВ В ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ КОМПОНЕНТАХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ

Категория: Автореферат

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Ситуація при транспортуванні ОМ ускладнюється можливістю зміни маси або коефіцієнту поверхневого тертя ОМ під впливом внутрішніх або зовнішніх факторів що потребує своєчасної корекції величини стискального зусилля з забезпеченням мінімального проковзування ОМ в захватному пристрої ЗП комплексу.

Язык: Украинкский

Дата добавления: 2014-07-30

Размер файла: 348 KB

Работу скачали: 1 чел.

19

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ШИШКІН Олександр Сергійович

УДК 62-50+004.43: 004.896 

МЕТОДИ Й ЗАСОБИ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ТА АНАЛІЗУ СИГНАЛІВ
В ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНИХ КОМПОНЕНТАХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ

05.13.05 – Комп’ютерні системи та компоненти

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Одеса – 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті кораблебудування імені

адмірала Макарова Міністерства освіти і науки.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор,  

 Кондратенко Юрій Пантелійович,
Чорноморський державний університет ім. Петра Могили, професор кафедри інтелектуальних інформаційних систем

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

Ситніков Валерій Степанович,

Одеський національний політехнічний університет, професор кафедри інформаційних систем

кандидат технічних наук, доцент,

Тесленко Олександр Кирилович,

НТУУ «Київський політехнічний інститут», доцент кафедри спеціалізованих комп’ютерних систем

Офіційні опоненти:

Захист відбудеться "30" вересня 2010 р. о 13.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1, ауд. 400-А.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

Автореферат розісланий "27" серпня 2010 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01

кандидат технічних наук, професор    Ю.С. Ямпольський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. При проектуванні спеціалізованих комп’ютерних систем (СКС) для сучасних комплексів контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами виникає ряд проблем, оскільки при захоплюванні і подальшому переміщенні об’єктів маніпулювання (ОМ) виникає протиріччя між необхідністю сформувати достатнє стискальне зусилля та, водночас, уникнути деформації ОМ. Ситуація при транспортуванні ОМ ускладнюється можливістю зміни маси або коефіцієнту поверхневого тертя ОМ під впливом внутрішніх або зовнішніх факторів, що потребує своєчасної корекції величини стискального зусилля з забезпеченням мінімального проковзування ОМ в захватному пристрої (ЗП) комплексу. Зокрема, при транспортуванні з недостатнім стискальним зусиллям ОМ може вислизнути з захватного пристрою, а при надмірному стисканні – буде деформований. Вказані проблеми призводять до зменшення ефективності комп’ютерних комплексів контактного силового маніпулювання, що визначається збільшенням відсотку браку при виконанні серії транспортних операцій. Для реєстрації переміщення ОМ в захватних пристроях використовуються спеціалізовані аналогові й цифрові компоненти перетворень мікрорухів елементів – інформаційно-вимірювальні компоненти  для ідентифікації та аналізу сигналів проковзування. 

Успішні дослідження зі створення високоефективних інформаційно-вимірювальних компонентів (ІВК) для ідентифікації сигналів проковзування проводяться в Японії, США, Україні, Китаї, Росії й інших країнах. Водночас, більшість існуючих ІВК не дозволяють реєструвати сигнали проковзування в масштабі реального часу, вимагають значних переміщень ОМ в захватному пристрої для ідентифікації сигналів проковзування, мають значну кількість помилок ідентифікації при змінах параметрів зовнішнього середовища або ОМ, що обмежує їх застосування в комп’ютерних системах для автоматичного контролю сучасних швидкодіючих технологічних процесів. Це призводить до необхідності удосконалення й модифікації відомих методів і комп’ютерних компонентів для ідентифікації сигналів проковзування та подальшого діагностування запропонованих аналогових й цифрових компонентів перетворень мікрорухів елементів з метою підтвердження їх ефективності.

Отже, дослідження, спрямовані на удосконалення та підвищення ефективності методів ідентифікації та аналізу сигналів проковзування, впровадження моделей інформаційно-вимірювальних компонентів СКС та розробку спеціалізованих систем діагностування ІВК для комплексів контактного силового маніпулювання об’єктами є актуальними.

Дисертація виконувалася відповідно до технічних завдань науково-дослідних робіт Національного університету кораблебудування імені адмірала Макарова, зокрема, в рамках наукових досліджень при виконанні НДР «Комп’ютерні системи та алгоритми обробки сенсорної інформації для управління адаптивними робототехнічними комплексами» (номер державної реєстрації №0108U004410, відповідальний виконавець) та держбюджетної НДР «Методи і засоби синтезу інтелектуальних систем для оптимізації вантажопотоків та процесів керування морськими транспортними комплексами» (номер державної реєстрації №0105U001767, виконавець).

Метою роботи є підвищення ефективності комп’ютерних систем з аналоговими й цифровими компонентами перетворень інформації мікрорухів елементів в комплексах контактного силового маніпулювання шляхом удосконалення методів і засобів ідентифікації та аналізу інформаційних сигналів, побудови моделей ІВК та розробки структури і програмно-алгоритмічного забезпечення комп’ютерної системи діагностування ІВК.

Для досягнення мети здійснюється розв’язання таких основних задач:

•  систематизація існуючих методів й засобів ідентифікації та аналізу сигналів в інформаційно-вимірювальних компонентах комп’ютерних систем;
•  вдосконалення методів ідентифікації та аналізу сигналів проковзування та цифрових та аналогових компонентів комп’ютерних систем ;
•  розробка різнотипних моделей цифрових та аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів;
•  здійснення експериментальних досліджень та синтез регресійних лінійних та нелінійних моделей інформаційно-вимірювальних компонентів СКС;
•  розробка методу розрахунку мінімальної реєстрованої величини спробного руху при використанні ІВК з нелінійним аналоговим вихідним сигналом;
•  розробка комп’ютерної системи для діагностування та контролю ефективності ІВК  в комплексах контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами, проведення та аналіз експериментальних досліджень ефективності вдосконалених ІВК.

Об’єктом досліджень є комп’ютерні системи з цифровими та аналоговими інформаційно-вимірювальними компонентами перетворень інформації мікрорухів елементів в комплексах контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами.

Предметом досліджень є методи й засоби ідентифікації та аналізу сигналів в інформаційно-вимірювальних компонентах СКС.

Методи дослідження. При розробці математичних моделей магнітних ІВК використано методи побудови інтегральних рівнянь з використанням положень теорії магнітного поля. При розробці регресійних математичних моделей ІВК, а також для дослідження похибок дискретизації вихідних аналогових сигналів ІВК використано методи теорії математичного та статистичного аналізу. Для практичної реалізації нових схемних та апаратних рішень ІВК, створення пристроїв діагностики та експериментальних досліджень ІВК використано методи теорії програмування, теоретичних основ електротехніки. Для розробки програмного забезпечення обробки вихідних сигналів компонентів СКС та автоматизації розрахунку їх математичних моделей застосовано методи технології паралельного програмування та інструментарій технології .Net Framework.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у тому, що:

•  удосконалено метод ідентифікації та аналізу тактильних сигналів ІВК для адаптації захватного пристрою комплексу до маси об’єкту маніпулювання, який відрізняється від базового методу врахуванням додаткового виміру напрямку проковзування об’єкту та використанням сигналу проковзування для корегування стискального зусилля під час виконання транспортних операцій;
•  отримав подальший розвиток метод ідентифікації сигналу проковзування на основі реєстрації качання ролика, який відрізняється від базового використанням додаткового чутливого елементу для компенсації зон низької чутливості спеціалізованого пристрою ідентифікації сигналу проковзування;
•  отримав подальший розвиток метод ідентифікації проковзування на основі реєстрації кутового відхилення чутливого елемента, який відрізняється від базового врахуванням додаткового виміру напрямку проковзування об’єкту, що дозволяє ідентифікувати проковзування ОМ в довільному напрямку;
•  вперше запропоновані двовимірна та просторова математичні моделі спеціалізованого ІВК, які побудовані за допомогою методу інтегральних рівнянь з використанням концепції скалярних джерел поля та положень теорії потенціалів для розрахунку поля в обмеженій області з заданими граничними умовами, що дозволяє отримати аналітичну залежність вихідного сигналу ІВК для подальшої автоматизації розрахунків величин спробних мікрорухів;
•  вперше запропонована параметрична HDL-модель компоненту ідентифікації та аналізу тактильних сигналів ІВК для адаптації захватного пристрою до зміни параметрів об’єкту маніпулювання, яка враховує параметр максимально допустимого стискального зусилля та вихідний сигнал інформаційно-вимірювального компоненту ідентифікації сигналу проковзування, що забезпечує можливість своєчасної корекції стискального зусилля захватного пристрою в комплексах контактного силового маніпулювання;
•  вперше запропоновано метод розрахунку мінімальної реєстрованої величини спробного руху при використанні компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів з лінійним або нелінійним аналоговим вихідним сигналом, який базується на відношенні мінімального значення зміни вихідного сигналу, що здатен зареєструвати комплекс, до мінімального значення швидкості зміни функції.

Практичне значення одержаних результатів. На основі використання запропонованих інформаційно-вимірювальних компонентів для ідентифікації сигналу проковзування, а також апаратних рішень для аналізу та обробки сигналів ІВК в ДП «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря - Машпроект» під час проведення експериментальних досліджень при виконанні операцій маніпулювання з об’єктами, що легко деформуються, зафіксовано зменшення браку на 23,72%.

Розроблений комп’ютерний програмно-апаратний комплекс для діагностування ІВК та контролю параметрів процесів переміщення об’єктів з нестаціонарними параметрами, розроблене програмне забезпечення для автоматизації розрахунків математичних моделей цифрових та аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів  за рахунок використання технологій паралельного програмування та розподілених обчислень, інші наукові положення, висновки та рекомендації, викладені в дисертаційній роботі, були використані при підготовці курсів «Автоматизоване проектування цифрових пристроїв», «Основи збору, передачі і обробки інформації», «Інформаційно-вимірювальні системи», «Елементи і пристрої автоматики та систем управління» в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова.

Програмне забезпечення та запропонована у дисертаційній роботі методика оцінки впливу дискретизації аналогових сигналів на чутливість компонентів СКС впроваджена в ООО «СКБ Теплотехніка» та використовується при розробці пристроїв обробки вихідних аналогових сигналів компонентів СКС.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові положення, висновки та результати, які виносяться на захист, отримані здобувачем особисто. У роботах, написаних у співавторстві, автору належать: [1, 22] – розробка HDL моделей; [2, 4] – розробка програмно-апаратної частини СКС; [3, 6, 16] – синтез регресійних моделей ІВК; [5] – експериментальні дослідження ІВК та аналіз їх характеристик; [7] – розробка методу розрахунку величини мінімального спробного руху захватного пристрою спеціалізованого комплексу на основі регресійних моделей ІВК; [8, 9, 17] – синтез математичних моделей на основі теорії магнітного поля; [13, 14, 24] – порівняльний аналіз схемних та апаратних рішень сучасних ІВК СКС; [15, 20] – розробка методики визначення ступеня впливу дискретизації аналогових сигналів на чутливість компонентів СКС.

 Апробація результатів дисертації здійснювалась на конференціях різного рівня, що мають безпосереднє відношення до теми дисертаційної роботи: Міжн. наук.-техн. конф. (МНТК) «Гарантоздатні системи, сервіси і технології» (Полтава, 2006; Кіровоград, 2007, 2008), 18th International DAAAM Symposium «Intelligent Manufacturing & Automation» (Austria,Viena, 2007), Міжн. радіоелектр. форум «Прикладна радіоелектроніка. Стан та перспективи розвитку» (Харків, 2005), МНТК «Датчики, пристрої і системи» (Ялта, 2005), Міжн. наук.-техн. виставка-конгрес «Мехатроніка і робототехніка – 2007» (Санкт-Петербург, 2007), V МНТК «Приладобудування 2006: стан і перспективи» (Київ, 2006), VI,VIII Міжн. наук.-практ. конф. "Сучасні інформаційні та електронні технології СІЕТ-2005, СІЕТ-2007" (Одеса, 2005, 2007), XIV Міжнародна конференція з автоматичного управління (Севастополь, 2007), International conference “Dynamical System Modeling and Stability Investigation” (Kyiv, 2007), МНТК «Інформаційно-керуючі системи і комплекси» (Миколаїв, 2004, 2005), МНТК «Електротехніка і електромеханіка» (Миколаїв, 2005, 2006), IV МНТК «Проблеми екології та енергозбереження в суднобудуванні» (Миколаїв, 2005), 12-й Міжн. молод. форум «Радіоелектроніка й молодь в ХХI столітті» (Харків, 2008), Міжн. наук.-практ. конф. «Ольвійський форум» (Ялта, 2009), наук.-техн. конф. професорсько-викладацького складу НУК ім. адм. Макарова (Миколаїв, 2008), наук.-практ. конф. «Могилянські читання» (Миколаїв, 2004, 2005, 2006, 2009).

Публікації. Основні положення та результати дисертації викладені в 32 публікаціях, з яких: 9 статей у виданнях, що входять до переліку фахових видань ВАК України, 14 публікацій у збірниках праць Міжнародних та Всеукраїнських конференцій, 9 патентів України.

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків та додатків. Об’єм дисертації – 162 стор., додатків – 14 стор. Дисертація містить 55 рисунків, 7 таблиць та посилання до 168 літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить загальну характеристику роботи, яка підкреслює її актуальність, відповідність державним науковим програмам, наукову новизну, апробацію та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі систематизовано методи ідентифікації сигналу проковзування, проаналізовано переваги та недоліки різних типів інформаційно-вимірювальних компонентів СКС та можливості застосування цифрових компонентів для аналізу та перетворення вихідних дискретних та аналогових сигналів інформаційно-вимірювальних компонентів СКС.

На основі аналізу літературних джерел виявлено, що підвищення ефективності СКС комплексів контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами, можливо за рахунок покращення технічних характеристик компонентів ідентифікації сигналу проковзування, зокрема, підвищення їх роздільної здатності, чутливості та точності, яке можливе шляхом: а) розробки нових, більш ефективних, апаратних рішень; б) модифікації існуючих схемотехнічних рішень ІВК різного функціонального призначення; в) застосування сучасної високопродуктивної елементної бази та ефективних засобів проектування і діагностики компонентів СКС.

У другому розділі  запропоновано нові методи та засоби підвищення ефективності цифрових та аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів. Вдосконалені методи покладено в розробку нових схемотехнічних рішень компонентів ідентифікації сигналів проковзування. На рис. 1,а представлено спрощену модель  пристрою,  в  основу якого

а)	б)
Рис. 1. Компонент для ідентифікації сигналу проковзування

прокладено удосконалений метод ідентифікації сигналу проковзування на основі  реєстрації  качання ролика. Запропонований  пристрій за рахунок конструктивних особливостей дозволяє при проковзуванні об’єкту маніпулювання в захватному пристрої отримати на виході магніточутливих елементів a та b (рис. 1,а) сигнали напруги (рис. 1,б), що визначаються залежностями:

,	(1)
,	(2)

де  – величина постійної складової вихідної напруги реєстраторів напруженості магнітного поля a та b (рис. 1,а); – поточне значення кута повороту ролика R; – амплітуда, величина якої залежить від властивостей постійного магніту (ролика R);  – початкове зміщення кута повороту ролика R. Знак () у (2) залежить від напрямку обертання магнітного ролика. Для уникнення зон з малою чутливістю вихідних сигналів напруги реєстраторів напруженості магнітного поля a та b (рис. 1,а) на ділянках для (2) (рис. 1,б) та  для (1) (рис. 1, б) блок аналізу вихідних сигналів Analyse (рис. 1, а) обирає для аналізу сигнал  за формулою:

,

що дозволяє не лише позбавитись при аналізі вказаних зон низької чутливості, але й ідентифікувати ділянки, що мають високу здатність до лінеаризації, та забезпечити мінімальне значення швидкості зміни функції  від максимальної для реєстраторів a та b (рис. 1,а) напруженості поля .

В розділі також запропоновані інші вдосконалення методів ідентифікації сигналів проковзування та розроблені на їх основі 5 нових пристроїв, які дозволяють підвищити ефективність СКС з цифровими та аналоговими компонентами перетворень інформації мікрорухів елементів в комплексах контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами за рахунок: а) підвищення чутливості компонентів за рахунок схемотехнічної модернізації чутливого елементу та/або введення додаткових блоків аналізу сигналів; б) уникнення забруднення реєструвального елементу для використання компонентів у агресивних середовищах; в) забезпечення можливості реєстрації контакту захватного пристрою комплексу з об’єктом маніпулювання; г) покращення експлуатаційних характеристик ІВК, зокрема зносостійкості, за рахунок уникнення контакту інформаційних елементів коспоненту з об’єктом маніпулювання; д) отримання на виході компоненту однозначного дискретного сигналу наявності або відсутності сигналу проковзування за рахунок введення додаткових блоків попередньої обробки сигналів від чутливих елементів ІВК СКС.

Представлено удосконалений метод ідентифікації та аналізу тактильних сигналів ІВК для адаптації захватного пристрою комплексу до маси об’єкту маніпулювання, який відрізняється від базового методу врахуванням додаткового виміру напрямку проковзування об’єкту та використанням сигналу проковзування для корегування стискального зусилля під час виконання транспортних операцій. Метод покладено в основу розробки ІВК, який завдяки додатково введеним блокам забезпечує не лише коректну реалізацію процесу захоплювання деталі захватним пристроєм комплексу, але й можливість контролювання подальших транспортних операцій з деталлю з метою реєстрації наявності перешкоди на шляху транспортування деталі і подачі на вхід комп’ютерній інформаційно-керуючій системі відповідного попереджувального сигналу.

Третій розділ присвячено розробці математичних моделей аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів, проведенню експериментальних досліджень та порівнянню їх результатів з синтезованими математичними моделями, синтезу регресійних моделей на основі результатів експерименту. Отримані аналітичні залежності використовуються для автоматизації розрахунків величин спробних мікрорухів.

Запропоновано двовимірну математичну модель плоско-паралельного магніточутливого елементу, що входить до складу ІВК для ідентифікації проковзування. При цьому в системі координат  розглядається математична модель магнітної системи з призматичним магнітом розмірами  (), яку встановлено на феромагнітну площину з нескінченою магнітною проникністю, де - ширина, - довжина, а - висота магніту, а точка  є точкою спостереження. Синтезована математична модель для обчислення вертикальної складової значення величини магнітної індукції  для довільної точки спостереження  над поверхнею магніту має вигляд:

, (3)

де – значення величини магнітної індукції в геометричному центрі верхньої грані призматичного магніту.

Для порівняння результатів експериментальних досліджень ІВК з запропонованими математичними моделями сформовано залежність вихідної напруги датчика Холла  від величини магнітної індукції :

(4)

де  – коефіцієнт корекції, що залежить від типу датчика Холла,  – постійна складова вихідної напруги датчика Холла.

На рис. 2 приведено результати порівняння експериментальних досліджень  й визначеною за допо-могою МНК відповідної регресійної залежності  з розрахованими згідно (4) значеннями . Порівняльний аналіз (рис. 2) підвереджує коректність і адекватність сформованих моделей (3), (4).

Особливу увагу приділено синтезу тривимірної математичної моделі для розрахунку магнітної індукції в магніточутливій системі ІВК для ідентифікації проковзування. В системі координат  розглянуто математичну модель для магнітної системи з призматичним магнітом розмірами , що встановлений на феромагнітну площину з нескінченною магнітною проникністю. Точка  є точкою спостереження, що може змінювати своє положення відносно осей ,  або . За допомогою методу інтегральних рівнянь з використанням концепції скалярних джерел поля та положень теорії потенціалів для розрахунку магнітного поля в обмеженій області з заданими граничними умовами розроблено математичну модель для отримання вертикальної (по осі ) складової магнітної індукції  в тривимірному просторі:

,

(5)

де – значення величини магнітної індукції в геометричному центрі верхньої грані призматичного магніту.

На рис. 3 наведено характеристичні поверхні величини магнітної індукції . Розрахунки проведено для відстаней 2 мм (рис. 3,а), 5 мм (рис. 3,б) над поверхнею магніту, виконаного з матеріалу самарій-кобальт з габаритними харак-

а)	б)
Рис. 3. Величина магнітної індукції  для  2 мм (а) та 5 мм (б)

теристиками м, м і м, магнітною проникністю  й значенням магнітної індукції  мТл, що виміряне в геометричному центрі верхньої грані магніту. Аналізуючи отримані поверхні, слід відмітити, що у безпосередній близькості від магніту величина магнітної індукції практично постійна Тл (плоска ділянка на верхній частині поверхні рис. 3,а). При віддаленні від магніту (рис. 3,б) форма характеристичної поверхні змінюється на більш пологу, з явно вираженим піком над геометричним центром верхньої грані призматичного магніту.

Запропоновано лінійні та нелінійні регресійні математичні моделі різнотипних магнітних систем (М1, М2, М3) ІВК для ідентифікації проковзування, сформовані на основі використання методу найменших квадратів до обробки результатів експериментальних досліджень, зокрема поліноміальні залежності вихідного сигналу  від переміщення :

а) для М1:

б) для М2: 

в) для М3:

Порівняльний аналіз розроблених регресійних моделей з отриманими розрахунковими моделями підтверджує коректність та адекватність розроблених двовимірної та тривимірної математичних моделей для розрахунку магнітної індукції в магніточутливих системах ІВК для ідентифікації сигналів проковзування. Отримані аналітичні залежності вихідних сигналів ІВК в подальшому використані для автоматизації розрахунків величин спробних мікрорухів в пристроях обробки і аналізу вихідних сигналів запропонованих компонентів СКС.

У четвертому розділі запропоновано спеціалізований комп’ютерний програмно-апаратний комплекс «Displacement Diagnostic» для діагностування цифрових та аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів та контролю параметрів процесів переміщення об’єктів з нестаціонарними параметрами, що дозволяє проводити експериментальні дослідження ефективності компонентів СКС для ідентифікації сигналів проковзування та аналіз ефективності алгоритмів управління процесом виконання транспортних операцій в комплексах контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами.

Програмно-апаратний комплекс (ПАК) являє собою комп’ютерний комплекс контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами з дистанційним керуванням з персонального комп’ютера (ПК). До складу ПАК входить механічна частина, що містить у собі нерухому підставку і виконавчий орган з чотирма ступенями рухливості та захватним пристроєм, на якому передбачена можливість закріплення дискретного (ДПД) або аналогового (ДПА) ІВК для ідентифікації проковзування. Вихід ДПА підключається до аналогового входу пристрою реєстрації проковзування (ПРП), дискретний вихід якого підключений до плати управління (ПУ). Також ПУ забезпечує формування сигналів, необхідних для роботи із блоком релейного керування двигунами. Для одержання інформації про поточне положення захватного пристрою у робочому просторі використається система датчиків положення (СДП), виходи яких підключені до плати управління. Для керування комп’ютерним комплексом «Displacement Diagnostic» використовується спеціалізоване програмне забезпечення (ПЗ) «Displacement Diagnostic Software», встановлене на ПК.

У розробленому ПАК пристрій ПРП являє собою програмовану мікропроцесорну систему. На вхід ПРП поступає аналоговий сигнал  з аналогового ДПА. На виході формуються дискретні сигнали наявності  та відсутності  (інвертований ) проковзування. Принцип формування вихідних сигналів ПРП наведено на рис. 4.

Розроблено модель робочого простору діагностичного ПАК, спеціалізоване ПЗ для керування ПАК з ПК, схему та програмне забезпечення ПУ на основі мікроконтролера фірми MICROCHIP з RISC-архітектурою. Необхідний режим роботи ПАК задається людиною-оператором на екрані дисплея ПК.

Траєкторія руху захватного пристрою комп’ютерного ККСМ може задаватися трьома способами: a) переміщення з поточної позиції в точку з новими координатами в межах робочого простору ПАК; б) завдання траєкторії руху захватного пристрою в інтерактивному режимі; в) автоматичне відтворення попередньо збереженої траєкторії.

Розроблений ПАК дозволяє проводити експериментальні дослідження різних ІВК (ємнісних, оптичних, на основі реєстрації зміни параметрів магнітного поля й ін.) із цифровим й аналоговим виходом в режимам спробних рухів або неперервного руху. При цьому для різних типів ІВК їх технічні характеристики є порівняними, що дозволяє здійснювати оптимальний вибір ІВК із необхідними параметрами залежно від реальних умов функціонування комплексу контактного силового маніпулювання.

У п’ятому розділі запропоновано методи підвищення ефективності обробки інформаційних сигналів компонентів СКС та їх програмно-алгоритмічні реалізації.

Представлено метод розрахунку мінімальної реєстрованої величини спробного руху  при використанні компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів з лінійним або нелінійним аналоговим вихідним сигналом , який базується на відношенні мінімального значення зміни вихідного сигналу , що здатен зареєструвати комплекс, до мінімального значення швидкості зміни функції: .

Синтезовано HDL модель контролеру, який на підставі вхідних сигналів з компоненту для ідентифікації сигналу проковзування S_SENS та тактильного компоненту T_SENS формує відповідні вихідні сигнали величини стискального зусилля FORCE захватного пристрою, сигналу STEP наступного спробного руху, та сигнали FINISH – успішне закінчення операції захоплювання деталі  або ERROR – неможливість захвату ОМ, за допомогою яких здійснює керування процесом захоплювання об’єкта маніпулювання захватний пристрій комплексу контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами. HDL модель контролеру представлено на рис.5. Контролер має можливість гнучкого завдання параметрів початкового (сигнал START FORCE) й максимального (сигнал MAX FORCE) значень стискального зусилля захватного пристрою комплексу. Про початок операції захоплювання деталі свідчить сигнал високого рівня на вході START контролера.

Рис. 5. HDL модель контролера

Функціональні блоки: BEO – забезпечує зміну стану ключових блоків контролера з «неактивного» стану в «активний» і працює за принципом тригера із блокуванням; BASP – використовується для аналізу сигналу проковзування після спробного руху; BGSF – використовується для генерації сигналу успішного захоплювання об’єкта (при надходженні імпульсу на вхід NSL блок BGSF генерує імпульс на виході OK, а в подальшому, через інтервал часу, достатній для відпрацьовування приводом губок захватного пристрою нового значення стискального зусилля, на виході FINISH формується імпульс, що інформує систему керування комплексу про успішний захват ОМ); BGSS – забезпечує формування команди на здійснення захватним пристроєм чергового спробного руху; BGVF – головне призначення блоку: формування значення FORCE величини стискального зусилля захватного пристрою комплексу в процесі виконанні операції захоплювання ОМ; BGSE – блок генерації сигналу помилки, на вхід якого надходять сигнали FORCE, MAX_FORCE й SL, а на виході формуються сигнали INC й ERROR (при надходженні імпульсу на вхід SL блок BGSE порівнює значення на вході FORCE зі значенням на вході MAX_FORCE і генерує імпульс на виході INC (за умови FORCE < MAX_FORCE) або переводить вихід ERROR блоку BGSE в активний стан (за умови FORCE = MAX_FORCE), інформуючи систему керування про неможливість виконання операції захвата).

Результати моделювання роботи контролера наведені на рис. 6. В лівій частині часової діаграми (рис. 6) наведений приклад успішного захвату об’єкта захватним пристроєм. У даному прикладі комп’ютерний комплекс робить три спробних рухи (імпульси на виході STEP). Після перших двох спробних рухів контролер реєструє сигнали проковзування (імпульси на вході S_SENS) і, відповідно, інкрементує значення стискального зусилля захватного пристрою (зміни значень на виході FORCE). Після третього спробного руху (при відсутності проковзування) на вході S_SENS відповідно не реєструється імпульс із датчика проковзування, що приводить до остаточного (наперед встановленого) збільшення значення на виході FORCE і до формування контролером сигналу FINISH, що повідомляє про успішне закінчення процесу захвата об’єкта.

Рис. 6. Моделювання роботи контролера

У правій частині часової діаграми (рис. 9) наведено приклад, при якому в процесі корекції стискального зусилля на виході FORCE формується максимальне припустиме значення (рівне MAX_FORCE), але при черговому спробному русі контролер реєструє сигнал проковзування на вході S_SENS. Через те, що подальше збільшення стискального зусилля неприпустимо, контролер припиняє виконання операції захвату об’єкту маніпулювання, формуючи на виході ERROR сигнал високого рівня (логічна 1).

В розділі запропоновано методику та програмне забезпечення (ПЗ) для оцінки впливу дискретизації аналогових сигналів на чутливість компонентів СКС.

Для автоматизації розрахунків магнітної індукції в магніточутливої системі датчика проковзування на основі тривимірної математичної моделі (5) розроблене спеціалізоване програмне забезпечення. ПЗ на підставі вихідних даних про магніт (габаритні параметри ,  і , магнітна проникність , магнітна індукція  в центрі полюсної грані на поверхні магніту) дозволяє виконати автоматичний розрахунок напруженості магнітного поля  й величини магнітної індукції  над поверхнею магніту як для одиночної довільної точки, так і для діапазону вхідних значень для множини точок спостереження. ПЗ дозволяє розраховувати вихідну напругу датчика Холла , який знаходиться в довільній точці  над поверхнею магніту. ПЗ розроблено в середовищі Microsoft Visual Studio Express мовою C# на основі платформи .Net Framework 3.5 з використанням елементів паралельного програмування на основі технології OpenMP.

висновки

В дисертаційній роботі отримані теоретичні, методологічні та науково-практичні результати в галузі створення СКС з цифровими та аналоговими компонентами перетворень інформації мікрорухів елементів для комплексів контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами, які в сукупності розв’язують важливе науково-прикладне завдання підвищення ефективності методів ідентифікації та аналізу сигналів проковзування в комплексах контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами.

В дисертації одержано такі основні теоретичні та прикладні результати.

1.  На основі аналізу літературних джерел встановлено, що вдосконалення методів та засобів ідентифікації та аналізу сигналів проковзування шляхом підвищення чутливості та покращення експлуатаційних характеристик інформаційно-вимірювальних компонентів СКС призводить до підвищення ефективності функціонуючих в реальному часі СКС у складі комплексів контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами.
2.  Вдосконалено методи реєстрації сигналу проковзування (на основі реєстрації кутового відхилення чутливого елементу та реєстрації качання), що дозволило створити нові ІВК для ідентифікації сигналів проковзування з реєстрацією змін параметрів: а) магнітного поля, що дозволяють використовувати компоненти в агресивних середовищах та ідентифікувати проковзування в довільному напрямку; б) ємності, що мають збільшену у 2 рази чутливість та можливість застосування у агресивних середовищах; в) оптичних чутливих елементів, що мають розширену функціональність та підвищену зносостійкість.
3.  Запропоновано метод розрахунку мінімальної реєстрованої величини спробного руху при використанні компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів з лінійним або нелінійним аналоговим вихідним сигналом, який дозволяє зменшити величину зміщення захватного пристрою ККСМ від моменту початкового захоплення ОМ до створення необхідного стискального зусилля, що істотно розширює функціональні можливості ККСМ.
4.  Запропоновано на основі теорії поля двовимірні та просторові математичні моделі інформаційно-вимірювальних компонентів, дозволяють автоматизувати розрахунки мінімальної величини переміщення об’єкту, необхідної для ідентифікації сигналу проковзування. Розроблено спеціалізоване програмне забезпечення з використанням технологій паралельного програмування для автоматизації розрахунків згідно отриманих моделей на основі вихідних параметрів.
5.  Запропонована методика та програмне забезпечення для оцінки впливу дискретизації аналогових сигналів на чутливість компонентів СКС, яка за рахунок аналізу отриманих матриці похибок, гістограми розподілення похибки, значень математичного очікування похибки та дисперсії дозволяє визначити відповідність обраних параметрів дискретизації заданим граничним умовам.
6.  Розроблено комп’ютерний програмно-апаратний комплекс «Displacement Diagnostic» для діагностування цифрових та аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів та контролю параметрів процесів переміщення об’єктів з нестаціонарними параметрами, що дозволяє проводити експериментальні дослідження ефективності компонентів СКС для ідентифікації сигналів проковзування та аналіз ефективності алгоритмів управління процесом виконання транспортних операцій в комплексах контактного силового маніпулювання об’єктами з нестаціонарними параметрами.
7.  Проведено експериментальні дослідження, які підтвердили достовірність аналітичних залежностей, отриманих з використанням теорії поля. На основі результатів експерименту за допомогою методу найменших квадратів отримано регресійні поліноміальні залежності вихідних сигналів аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів, які дозволяють автоматизувати розрахунки мінімальної величини переміщення об’єкту, необхідної для ідентифікації сигналу проковзування.
8.  При випробуванні вдосконаленого пристрою для ідентифікації сигналу проковзування на основі реєстрації зміни ємності, під час проведення експериментальних досліджень у ДП «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря - Машпроект», зафіксовано зменшення браку на 23,72%.
9.  Випробування запропонованого пристрою ідентифікації та аналізу тактильних сигналів ІВК для адаптації захватного пристрою до ваги об’єкту маніпулювання з врахуванням додаткового виміру напрямку проковзування об’єкту та використанням сигналу проковзування для корегування стискального зусилля, показали, що використання пристрою дозволило збільшити ефективність  виконання транспортних з об’єктами, що легко деформуються, завдяки зменшенню браку на 16,2 %.

СПИСОК опублікованих праць за темою дисертації

1.  Кондратенко Ю.П. HDL модель цифрового контроллера для самонастраивающейся системы управления адаптивного робота / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин, М.М.С. Аль-Суод // Радіоелектронні і комп’ютерні системи, № 5(32) . – 2008. – С. 210-215.
2.  Кондратенко Ю.П. Программно-аппаратный комплекс для анализа уровня гарантоспособности элементов адаптивных робототехнических систем / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин // Радіоелектронні і комп’ютерні системи, №6(18). – Харків. – 2006. – С. 37-43.
3.  Кондратенко Ю.П. Синтез регрессионных моделей магнитных систем датчиков проскальзывания / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин // Радіоелектронні і комп’ютерні системи, № 6(25). – Харків. – 2007. – С. 210-215.
4.  Кондратенко Ю.П. Мехатронный комплекс для исследования параметров датчиков проскальзывания / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин // Вісник Черкаського державного технологічного університету №3. – Черкаси: ЧДТУ. – 2005. – С. 148-152.
5.  Кондратенко Ю.П. Экспериментальные исследования магнитного датчика проскальзывания для адаптивных робототехнических систем / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин // Праці Одеського політехнічного університету, Спецвипуск. – Одеса: ОНПУ. – 2005. – С. 47-51.
6.  Кондратенко Ю.П. Нелинейные регрессионные математические модели магнитных систем для регистрации сигналов проскальзывания / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин // Вісник НТУУ «Київський політехнічний інститут», Серія Приладобудування, №33. – К.: НТУУ «КПІ». – 2007. – С. 127-133.
7.  Кондратенко Ю.П. Датчики проскальзывания в сенсорных системах военных роботов / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин // Збірник наукових праць Військового інституту Київського національного університету імені Тараса Шевченка, №8. – К.: ВІКНУ. – 2007. – С. 92-97.
8.  Запорожець Ю.М. Тривимірна математична модель для розрахунку магнітної індукції в магніточутливій системі датчика проковзування / Ю.М. Запорожець, Ю.П. Кондратенко, О.С. Шишкін // Технічна електродинаміка, №5. – 2008. – С. 76-79.
9.  Кондратенко Ю.П. Синтез на основі теорії поля математичних моделей магніточутливих датчиків адаптивних роботів / Ю.П. Кондратенко, Ю.М. Запорожець, О.С. Шишкін // Наукові праці: Науково-методичний журнал, т. 106, вип. 93, серія «Комп’ютерні технології». – Миколаїв: ЧДУ ім. П.Могили. – 2009. – С. 147-153.
10.  Пат. 40710 Україна, МПК2009 B25J 19/02. Пристрій ідентифікації та аналізу тактильних сигналів для інформаційно-керуючої системи адаптивного робота / Кондратенко Ю.П., Запорожець Ю.М., Кондратенко Г.В., Шишкін О.С.; заявник та патентовласник Нац. ун-т кораблебуд. ім. адм. Макарова. – № u 2008 12631; заявл. 28.10.2008; опубл. 27.04.2009, Бюл. №8.
11.  Пат. 79155 Україна, МПК2006 B25J 19/02, B25J 13/08. Пристрій для реєстрації сигналу проковзування / Кондратенко Ю.П., Шишкін О.С., Кондратенко В.Ю.; заявник та патентовласник Нац. ун-т кораблебуд. ім. адм. Макарова. – № а200503650; заявл. 18.04.2005; опубл. 25.05.2007, Бюл. №7.
12.  Пат. 30356 Україна, МПК2006 B25J 19/02. Датчик робота для реєстрації проковзування деталі / Кондратенко Ю.П., Шишкін О.С., Кондратенко В.Ю., Марковський І.В., Чернов С.К.; заявник та патентовласник Держ. підприємство «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект». – № u 2007 11622; заявл. 22.10.2007; опубл. 25.02.2008, Бюл. №4.
13.  Kondratenko Y.P. Modern Sensor Systems of Intelligent Robots Based on the Slip Displacement Signal Detection / Y.P. Kondratenko, E.A. Shvets, O.S. Shyshkin // Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM Symposium. – Vienna: DAAAM International. – Austria. – 2007. – PP. 381-382.
14.  Кондратенко Ю.П. Адаптивные захватные устройства робототехнических систем / Ю.П. Кондратенко, В.Ю. Кондратенко, Э.А. Швец, А.С. Шишкин // Мехатроника и робототехника. Международный науч.-техн. выставка-конгресс. Сборник тезисов. – Санкт-Петербург: Ленэкспо. – 2007. – С. 77-78.
15.  Кондратенко Ю.П. Эффекты дискретизации в нечетких управляющих регуляторах / Ю.П. Кондратенко, С.А. Сидоренко, Ияд Аль Зуби, А.С. Шишкин // Збірник наукових праць « Міжнародний радіоелектронний форум МРФ-2005», т. 3. – Харків: ХНУРЕ. – 2005. – С. 366-369.
16.  Кондратенко Ю.П. Линеаризованная математическая модель магнитного датчика проскальзывания / Ю.П. Кондратенко, О.С. Шишкін // Збірник тез та доповідей V науково-технічної конференції «Приладобудування 2006: стан і перспективи». – К.: НТУУ «Київський політехнічний інститут». – 2006. – С. 142-143.
17.  Кондратенко Ю.П. Математическая модель устройства для регистрации сигналов проскальзывания / Ю.П. Кондратенко, А.С. Шишкин // International conference “Dynamical System Modeling and Stability Investigation”. Thesis of conference reports. – Kyiv: Taras Shevchenko Kyiv National University. – 2007. – P.201.
18.  Шишкін О.С. Алгоритми паралельного програмування для обробки інформації в сенсорних системах реального часу / О.С. Шишкін // Матеріали 12-го Міжнародного молодіжного форуму «Радіоелектроніка й молодь в ХХI столітті», Ч. 2. – Харків: ХНУРЕ. – 2008. – С. 242.
19.  Шишкин А.С. Влияние шума дискретизации на чувствительность датчиков проскальзывания с аналоговым выходом / А.С. Шишкин // Матеріали XIV Міжнародної конференції з автоматичного управління (Автоматика-2007), Ч. 1. – Севастополь: СНУЯЄтаП. – 2007. – С. 65-67.
20.  Кондратенко Ю.П. Ефекти дискретизації в нечітких керуючих пристроях / Ю.П. Кондратенко, С.А. Сидоренко, Іяд. Аль Зубі, О.С. Шишкін// Труди VI Міжн. наук.-практ. конф. "Сучасні інформаційні та електронні технології СІЕТ-2005". – Одеса. – 2005. – С. 106.
21.  Шишкін О.С. Комп’ютерний стенд для дослідження параметрів датчиків прослизання / О.С. Шишкін // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Електроніка і електромеханіка» . – Миколаїв: НУК. – 2005. – С. 195-198.
22.  Шишкін О.С. VHDL-моделі цифрових пристроїв обробки інформаційних сигналів тактильних датчиків / О.С. Шишкін, М.М.С. Аль-Суод, І.В. Явішева // Матеріали 12-го Міжнародного молодіжного форуму «Радіоелектроніка й молодь в ХХI столітті», Ч. 2. – Харків: ХНУРЕ. – 2008. – С. 84.
23.  Шишкін О.С. Использование микроконтроллера для улучшения характеристик индукционного металлоискателя / О.С. Шишкін // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційно-керуючі системи і комплекси». – Миколаїв: НУК. – 2004. – С. 112-117.
24.  Мельников П.Ю. Сучасні тенденції в проектуванні датчиків прослизання / П.Ю. Мельников, О.С. Шишкін // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційно-керуючі системи і комплекси». – Миколаїв: НУК. – 2005. – С. 38-43.
25.  Кондратенко Ю.П. Проблеми оптимізації траекторіїї рухомих об’єктів в умовах недостатньої апріорної інформації / Ю.П. Кондратенко, Г.В. Кондратенко, О.С. Шишкін, І.В. Явішева // Матеріали IV Міжнародної науково-технічної конференції «Проблеми екології та енергозбереження в суднобудуванні» . – Миколаїв: НУК. – 2005. – С.201-204.
26.  Шишкін О.С. Особенности разработки и применения оптических датчиков проскальзывания / О.С. Шишкін // Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Електроніка і електромеханіка: ЕТЕМ-2006». – Миколаїв: НУК. – 2006. – С.192-198.
27.  Пат. 14566 Україна, МПК2006 B25J 19/02. Пристрій для реєстрації сигналу проковзування / Кондратенко Ю.П., Шишкін О.С., Кондратенко В.Ю.; заявник та патентовласник Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова. – № u 2005 11523; заявл. 05.12.2005; опубл. 15.05.2006, Бюл. №5.
28.  Пат. 24618 Україна, МПК2006 B25J 19/02. Датчик для реєстрації проковзування предмета / Кондратенко Ю.П., Шишкін О.С., Кондратенко В.Ю., Марковський І.В., Чернов С.К.; заявник та патентовласник Держ. підприємство «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект». – № u 2007 01196; заявл. 05.02.2007; опубл. 10.07.2007, Бюл. №10.
29.  Пат. 24706 Україна, МПК2006 B25J 15/00. Багатофункціональний кистьовий вузол промислового робота / Кондратенко Ю.П., Марковський І.В., Кондратенко В.Ю., Чернов С.К., Шишкін О.С.; заявник та патентовласник Держ. підприємство «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект». – № u 2007 02382; заявл. 05.03.2007; опубл. 10.07.2007, Бюл. №10.
30.  Пат. 26252 Україна, МПК2006 B25J 15/00. Адаптивний захватний пристрій інтелектуального робота / Кондратенко Ю.П., Кондратенко В.Ю., Марковський І.В., Чернов С.К., Швець Е.А., Шишкін О.С.; заявник та патентовласник Держ. підприємство «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект». – № u 2007 05079; заявл. 08.05.2007; опубл. 10.09.2007, Бюл. №14.
31.  Пат. 30067 Україна, МПК2006 B25J 15/00. Багатофункціональний кистьовий пристрій робота / Кондратенко Ю.П., Марковський І.В., Кондратенко В.Ю., Чернов С.К., Шишкін О.С.; заявник та патентовласник Держ. підприємство «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект». – № u 2007 11372; заявл. 15.10.2007; опубл. 11.02.2008, Бюл. №3.
32.  Пат. 27722 Україна, МПК2006 B25J 19/02. Датчик для реєстрації проковзування з дискретним вихідним сигналом / Кондратенко Ю.П., Шишкін О.С., Кондратенко В.Ю., Марковський І.В., Чернов С.К.; заявник та патентовласник Держ. підприємство «Науково-виробничий комплекс газотурбобудування «Зоря»-«Машпроект». – № u 2007 07710; заявл. 09.07.2007; опубл. 12.11.2007, Бюл. №18.

Шишкін О.С. Методи й засоби ідентифікації та аналізу сигналів в інформаційно-вимірювальних компонентах комп’ютерних систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – eлементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. – Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2010.

Дисертація присвячена створенню високоефективних методів й засобів ідентифікації та аналізу сигналів в інформаційно-вимірювальних компонентах спеціалізованих комп’ютерних систем, розробці математичних моделей компонентів комп’ютерних систем.

Проаналізовано існуючі методи й засоби ідентифікації та аналізу сигналів в інформаційно-вимірювальних компонентах комп’ютерних систем. Вдосконалено методи ідентифікації проковзування, які покладено в основу створення нових цифрових та аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів з покращеними експлуатаційними характеристиками. Розроблено комп’ютеризований програмно-апаратний комплекс «Displacement Diagnostic» для діагностування інформаційно-вимірювальних компонентів та контролю параметрів процесів переміщення об’єктів з нестаціонарними параметрами. Запропоновано моделі математичні моделі аналогових компонентів перетворень інформації мікрорухів елементів. Здійснено практичнее випробування результатів досліджень із позитивних техніко-економічним ефектом.

Ключові слова: спеціалізовані комп’ютерні системи та комплекси, інформаційно-вимірювальні компоненти, ідентифікація та аналіз сигналів, ефективність, математичне моделювання, програмне забезпечення, HDL-моделі.

Shyshkin A.S. The methods and facilities of the signal identification and analyze in the information-measuring components for the computer systems. – Manuscript.

The dissertation seeking scientific degree of the candidate of technical science in specialty 05.13.05 – Computer systems and components.– Odessa national polytechnic university, Odessa, 2010.

The thesis is devoted to the problems of the creation of effective methods of the development and improvement technical inventions of information-measuring components for the special computer complexes, that provides increase the efficiency adaptive computer systems at control of objects with non-stationary parameters.

New results are: the technical inventions providing improvements of qualitative characteristics of information-measuring components computer systems with registration of changes of parameters of magnetic, capacitor and optical sensitive elements; synthesized on the basis of the magnetic field theory two-dimensional and spatial mathematical models of the information-measuring components providing high level of adequacy of modeling and experimental results of researches of slip displacement sensors of magnetic type.

Key words: special computer systems, information-measuring components, identification and the analysis of signals, mathematical modeling, HDL-models.

Шишкин А.С. Методы и средства идентификации и анализа сигналов в информационно-измерительных компонентах компьютерных систем. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 – компьютерные системы и компоненты.– Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2010.

При проектировании специализированных компьютерных систем (СКС) для современных комплексов контактного силового манипулирования объектами с нестационарными параметрами возникает ряд проблем, поскольку при захватывании и дальнейшем перемещении объекта манипулирования (ОМ) возникает противоречие между необходимостью сформировать достаточное сжимающее усилие и, вместе с тем, избежать деформации ОМ. Ситуация при транспортировке ОМ усложняется возможным изменением массы или коэффициента поверхностного трения ОМ под влиянием внутренних или внешних факторов, что приводит к необходимости своевременной коррекции величины сжимающего усилия с обеспечением минимального проскальзывания ОМ в захватном устройстве (ЗУ) комплекса. В частности, при транспортировке с недостаточным сжимающим усилием ОМ может выскользнуть из захватного устройства, а при чрезмерном сжимании - будет деформирован. Указанные проблемы приводят к уменьшению эффективности компьютерных комплексов контактного силового манипулирования, которое определяется увеличением процента брака при выполнении серии транспортных операций. Для регистрации перемещения ОМ в захватных устройствах используются специализированные аналоговые и цифровые компоненты преобразований микродвижений элементов - информационно-измерительные компоненты (ИИК) для идентификации и анализа сигналов проскальзывания. На сегодняшний день существует необходимость дальнейшего развития и совершенствования ИИК с целью повышения их эффективности для обеспечения возможностей реализации управления компьютерными комплексами контактного силового манипулирования объектами с нестационарными параметрами в реальном времени, что позволит значительно расширить сферу их эффективного применения для управления объектами с нестационарными параметрами.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности компьютерных систем с аналоговыми и цифровыми компонентами преобразования информации микродвижений элементов в комплексах контактного силового манипулирования путем усовершенствования методов и средств идентификации и анализа информационных сигналов, построения моделей ИИК и разработки структуры и программно-алгоритмического обеспечения компьютерной системы диагностирования информационно-измерительных компонентов.

Для достижения поставленной цели проведен анализ и выявлены пути и резервы повышения эффективности за счет усовершенствования существующих методов идентификации и анализа сигналов проскальзывания в информационно-измерительных компонентах специализированных компьютерных систем комплексов контактного силового манипулирования объектами с нестационарными параметрами. Новыми научными результатами являются: усовершенствованный метод идентификации и анализа тактильных сигналов ИИК для адаптации ЗУ комплекса к массе объекта манипулирования, который обеспечивает корректировку сжимающего усилия во время выполнения транспортных операций; усовершенствованный метод идентификации сигнала проскальзывания на основе регистрации качания ролика, который обеспечивает компенсацию зон низкой чувствительности специализированного устройства идентификации сигнала проскальзывания;  предложены двумерная и пространственная математические модели специализированного ИИК, которые позволяют получить аналитическую зависимость исходного сигнала ИИК для дальнейшей автоматизации расчетов величин пробных микродвижений; предложена параметрическая HDL-модель компонента идентификации и анализа тактильных сигналов ИИК для адаптации захватного устройства к изменению параметров объекта манипулирования; усовершенствован метод идентификации проскальзывания на основе регистрации углового отклонения чувствительного элемента,  который позволяет идентифицировать проскальзывание объекта манипулирования в произвольном направлении;  предложен метод расчетов минимальной регистрированной величины пробного движения при использовании специализированных компонентов преобразований информации микродвижений элементов с линейным или нелинейным аналоговым  сигналом, который базируется на отношении минимального значения изменения исходного сигнала, которое способен зарегистрировать комплекс, к минимальному значению скорости изменения функции.

Разработанные специализированные информационно-измерительные компоненты преобразований информации микродвижений элементов могут служить высокоэффективной элементной и схемотехнической базой для создания СКС для компьютерных комплексов контактного силового манипулирования, обеспечивающих повышенную эффективность управления объектами, модели и условия функционирования которых характеризуются высокой степенью неопределенности.

Алгоритмическое и программное обеспечение, а также предложенные схемотехнические и аппаратные решения, внедрены на ООО СКБ «Теплотехника», ГП «Научно-производственный комплекс газотурбостроения «Зоря - Машпроект». Научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертационной работе, были использованы при подготовке курсов «Автоматизированное проектирование цифровых устройств», «Основы сбора, передачи и обработки информации», «Информационно-измерительные системы», «Элементы и устройства автоматики и систем управления» в учебном процессе Национального университета кораблестроения имени адмирала Макарова.

Ключевые слова: специализированные компьютерные системы и комплексы, информационно-измерительные компоненты, идентификация и анализ сигналов, эффективность, математическое моделирование, программное обеспечение, HDL-модели.