Информационное моделирование и разработка системы управления двигателем постоянного тока с помощью микроконтроллера

Выпускная квалификационная работа содержит три главы. В первой главе разработано подключение аппаратного обеспечения и получены экспериментальные данные.
Во второй главе рассмотрены и проанализированы линейные модели системы управления двигателем постоянного тока, и на основание экспериментальные данных определены передаточные функции и оценены показатели качества систем управления.
В третий главе рассмотрены и проанализированы нелинейные модели системы управления ДПТ, получены переходные процессы с помощью PID-Tuner. Полученные наработки и результаты будут использованы в дальнейших исследованиях в лаборатории научного студенческого творчества отделения автоматизации и робототехники.

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 11
1 Аппаратное обеспечение ……………………………………………………………………….. 12
1.1 Макетная плата системы ……………………………………………………………….. 12
1.2 Двигатель постоянного тока с датчиком эффекта Холла ………………… 13
1.3 Драйвер L298N ……………………………………………………………………………… 15
1.4 Платы Arduino ………………………………………………………………………………. 19
2 Программное обеспечение …………………………………………………………………….. 24
2.1 Simulink и Arduino ………………………………………………………………………… 25
2.2 Simulink Arduino Support package …………………………………………………… 27
2.3 System Identification Toolbox………………………………………………………….. 29
2.4 PID-Tuner ……………………………………………………………………………………… 32
3 Разработка модели на основе экспериментальных данных ……………………… 34
4 Разработка линейной модели системы управления …………………………………. 37
4.1 Передаточные функции двигателя постоянного тока ……………………… 43
4.2 Разработка и моделирование регулятора с обратной связью …………… 45
4.3 Сравнение показателей качества ……………………………………………………. 48
5 Разработка нелинейной модели системы управления……………………………… 50
5.1 Модель Nonlinear ARX ………………………………………………………………….. 50
5.2 Модель Хаммерштейна-Виннера …………………………………………………… 54
5.3 Идентификация и моделирование нелинейной системы …………………. 58
5.4 Синтез регулятора …………………………………………………………………………. 63
6 Финансовый менеджмент ресурсоэффективность и ресурсосбережение…. 68
6.1 Анализ конкурентных технических решений …………………………………. 68
6.2 Планирование работ по проектированию тепловой сети ………………… 71
6.3 Определение трудоемкости выполнения работ ………………………………. 73
6.4 Разработка графика проведения проекта ……………………………………….. 73
6.5 Бюджет затрат на проектирование …………………………………………………. 80
6.6 Ресурсоэффективность ………………………………………………………………….. 89
7 Социальная ответственность …………………………………………………………………. 91
7.1 Техногенная безопасность …………………………………………………………….. 92
7.2 Анализ опасных факторов производственной среды………………………. 97
7.3 Организационные мероприятия обеспечения безопасности ………….. 101
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 105
The conclusion ………………………………………………………………………………………… 106
Список публикаций ………………………………………………………………………………… 107
Список используемых источников ………………………………………………………….. 108
Приложение А Раздел ВКР выполненный на иностранном языке ……………. 113

В выпускной квалификационной работе было разработано подключение
аппаратного обеспечения двигателя постоянного тока с драйвером, создана
модель управления двигателем в Simulink, определены передаточные функции и
выполнены расчет показателей качества для линейной и нелинейной моделей.
Кроме того, проведено сравнение отклика расчетной модели и
экспериментальных данных, проанализированы полученные графики
экспериментальных данных и переходных процессов по линейной и нелинейной
моделям.
В работе решается задача информационного моделирования и разработки
системы управления двигателем постоянного тока с помощью
микроконтроллером, персонального компьютера и программного продукта
Matlab.
Для повышения отклика экспериментальных данных и улучшения
показателей качества управления был применён ПИД-регулятор. Решение задач
информационного моделирования системы управления ДПТ может быть
использовано в учебном процессе.
The conclusion
In the final qualifying work, the connection of the DC motor hardware with a
driver was developed, a model of motor control was created in Simulink, the transfer
functions were determined, and the quality indicators for linear and nonlinear models
were calculated. In addition, a comparison was made of the response of the
computational model and experimental data, and the resulting graphs of experimental
data and transients were analyzed using linear and non-linear models.
The paper solves the problem of information modeling and development of a
control system for a DC motor using a microcontroller, a personal computer and Matlab
software.
To improve the response of experimental data and improve management
quality indicators, a PID controller was used. The solution of the problems of
information modeling of the control system of DC can be used in the educational
process.
Список публикаций
1. Яковлева Е.М., Ван Шии. ИИнформационное моделирование
системы управления серводвигателем БПЛА // Евразийское Научное
Объединение (ЕНО) – Москва, 2017. — 236-239 с.
2. Яковлева Е.М., Ван Шии. Информационное моделирование и
разработка системы управления двигателем постоянного тока с помощью
микроконтроллером Евразийское Научное Объединение (ЕНО) – Москва, 2018.
— 128-132 с.