26 Сен

МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ФОРМООБРАЗОВАНИЕМ НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ ARDUINO MEGA 2560 В РЕАЛЬНОМ ФОРМАТЕ ВРЕМЕНИ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

К числу современных технологических процессов, сокращающих трудоемкость обработки металлических материалов, относится электрохимическая обработка (ЭХО) заготовок и деталей в токопроводящем растворе (электролите).

Особенностью управления процессом размерной ЭХО является сложность объекта управления, представляющего собой совокупность электрохимической ячейки, источника питания, электролитного агрегата и других устройств, связанных единством цели управления и взаимным влиянием. Вследствие этого возникает необходимость контролировать сразу несколько параметров: общий технологический ток, напряжение на электродах электрохимической ячейки, ло­кальная плотность тока, минимальный торцовый зазор, удельную электропроводность межэлектродной среды на выходе из электро­химической ячейки, расход, давление, концентрацию, pH элек­тролита.

Решение задачи создания системы управления таким многопараметрическим процессом во многом определяется качеством предварительного моделирования всей системы, включая объект управления.

На рисунке 1 представлена общая структура системы управления ЭХО.

Рисунок 1. Общая структурная схема системы управления ЭХО

На рисунке 1 приняты следующие обозначения:

блок МКУ – блок микроконтроллерного управления, количество микроконтроллеров равно количеству управляемых параметров;

ПК – компьютер;

блок ИМ – блок исполнительных механизмов (электромеханическая система перемещения электрода, управляемый источник тока, электрогидравлический насос для подачи электролита и др.)

ОУ – объект управления (включает электрические и механические параметры пары изделие-электрод, гидродинамические параметры электролита и др.);

блок датчиков – включает датчики зазора, тока, давления и др.;

    X – вектор входных заданных параметров процесса ЭХО;

    Y – вектор выходных измеренных параметров процесса ЭХО;

В статье предлагается аппаратно-программная модель системы управления процессом ЭХО, предназначенная для экспериментальных исследований в реальном времени. Функционально реально-виртуальная модель системы управления представляет собой комплекс, состоящий из блока управления, построенного на основе платформы Arduino Mega-2560, и компьютерного стенда для моделирования процесса ЭХО (рис. 2).

Рисунок 2. Блок-схема реально-виртуальной модели системы управления

В данном случае предлагается комбинированный метод создания системы управления, который подразумевает использование и компьютерной модели объекта управления, созданной на базе программы Matlab, и платы Arduino с микроконтроллером ATMega-2560. Модель разрабатывается в программной среде Matlab 2013, так как данная версия включает пакет Simulink Support Package for Arduino Hardware. Этот пакет позволяет использовать среду визуального программирования Simulink для программирования микроконтроллера ATMega-2560.

Чтобы записать Simulink-модель блока управления (БУ) в виде программы в микроконтроллер AtMega-2560 платформы Arduino Mega-2560 необходимо Simulink-модель БУ дополнить блоками связи с внешней средой из пакета Support Package for Arduino Hardware. В результате общая схема управления одним каналом ЭХО приобретет вид модели, представленной на рисунке 3.

Связь платформы Arduino и компьютера с пакетом Simulink осуществляется посредством кабеля USB. Для записи программы в память микроконтроллера AtMega-2560 необходимо произвести запуск модели из меню Tools/…/Run [1, с. 19].

Рисунок 3. Simulink-модель блока управления для одного канала

Затем вход блоков Analog Input платы Arduino (вывод 4) необходимо подключить к аналоговому выходу  интерфейсной платы PCI-1710HGU (блок Analog Output пакета Real-Time Windows Target), а выход PWM (вывод 5 широко-импульсного модулятора) – подключить к аналоговому входу платы PCI-1710HGU (блок Analog Input пакета Real-Time Windows Target) [2, с.19]. В результате получим схему, представленную на рисунке 4, которая состоит из Simulink-моделей исполнительного механизма и объекта управления и аппаратного блока управления, построенного на платформе Arduino-Mega2560. После всех этих действий реально-виртуальная схема готова к моделированию.

 

Рисунок 4. Реально-виртуальная модель системы управления ЭХО для одного канала для одного канала

Полученная аппаратно-программная модель позволяет отрабатывать алгоритмы управления, настраивать параметры Блока управления и исследовать различные режимы работы системы электрохимическим формообразованием в реальном времени с помощью пакета Simulink программной среды Matlab и функциональных возможностей платформы Arduino Mega-2560. При этом наряду с виртуальными измерительными приборами можно использовать и реальные, например, цифровой осциллограф.

Список литературы:

  1. Соммер У. Программирование микроконтроллерах плат Arduino /Freeduino. – СПб.: БХВ-Петербург, 2012. –256 с.
  2. Таранчук, В. Б. Основные функции систем компьютерной алгебры: пособие для студентов факультета прикладной математики и информатики – Минск: БГУ, 2013. – 59 с.
    МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ ФОРМООБРАЗОВАНИЕМ НА БАЗЕ ПЛАТФОРМЫ ARDUINO MEGA 2560 В РЕАЛЬНОМ ФОРМАТЕ ВРЕМЕНИ
    Рассмотрена задача моделирования многопараметрической системы управления электрохимическим формообразованием на базе платформы Arduino Mega-2560 с использованием программных возможностей пакета реального времени системы Matlab.
    Written by: Ивель Виктор Петрович, Герасимова Юлия Викторовна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 02/02/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_26.09.15_10(18)
    Available in: Ebook