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

Ван, Шии Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

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

Развитие компьютерной техники и аппаратных средств цифровой
обработки сигнала привело к широкому применению цифровых
микропроцессорных устройств в составе систем автоматического управления.
Однако, несмотря на преимущества применения цифровых устройств в составе
систем управления: невысокая стоимость, гибкость решаемых задач,
возможность реализации корректирующих динамических звеньев, имеются
сложности в анализе и моделировании таких систем [1]. Это связано с тем, что
нужна точная и надежная модель не только двигатель постоянного тока (ДПТ),
но и системы управления. В литературном источнике решается задача
информационного моделирование ДПТ путём использования программного
обеспечения Simulink и Control System Toolbox Matlab [2]. Но, широтно-
импульсная модуляция и сам ДПТ вносят нелинейность в процесс управления и
усложняют решение задачи информационного моделирования.
Тема ВКР является актуальной. В настоящее время существует два
подхода использования моделирования. Один из них основывается при
моделировании на основе данных, полученных при использовании математиках
или физиках процессов, протекающих в готовом изделии. Но во многих
ситуациях либо завод слишком сложный, либо инженер просто не имеет времени
или навыков для разработки детальной модели. В таких ситуациях мы можем
использовать входные и выходные данные, измеренные на эксперименте, чтобы
построить математическую модель.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
1. моделирование системы управления двигателем постоянного тока в
Simulink;
2. разработка модели на основе экспериментальных данных для
линейной системы;
3. разработка модели на основе экспериментальных данных для
нелинейной системы.

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.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету

    Удаленное управление распределенными объектами с применением WEB-Технологий
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Исследование влияния настроек регулятора Смита на качество регулирования
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Реализация цифрового фильтра на основе сглаживающего штрафного P-сплайна
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Псевдолинейный регулятор для управления объектом второго порядка
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Корневой анализ систем на основе вершинных характеристических полиномов
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)