217-222, mechanik artykuły
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiMgr inż. Kamil DZIĘGIELEWSKIWojskowa Akademia TechnicznaDOI: 10.17814/mechanik.2015.7.232MODEL STANOWISKA DO BADANIA OPTYCZNEJGŁOWICY ŚLEDZĄCEJStreszczenie: W niniejszym referacie zaprezentowano stanowisko służące dobadania optycznej głowicy śledzącej z prędkościowym układem stabilizacjikamery. Przedstawiono użyte elementy oraz zaproponowano przykładowysposób badania optycznej głowicy śledzącej.THE OPTICAL MISSILE SEEKER TEST STAND DESCRIPTIONAbstract: This paper presents description of optical missile seeker test standfor seekers equipped with stabilised camera. Used elements were presentedand exemplary method for testing the seeker was proposed.Słowa kluczowe: śledzenie celu, optyczna głowica śledząca, rakietaKeywords: target tracking, optical missile seeker, rocket missile1. WPROWADZENIEOkreślanie współrzędnych obiektu powietrznego przy użyciu kamery polega na określeniupołożenia odwzorowania celu na matrycy elementów światłoczułych kamery. Pozycja celuwzględem kamery głowicy określana jest jako błąd śledzenia1będący kątem zawartympomiędzy osią optyczną kamery (OK) a linią obserwacji celu (LOC) (rys. 1) [1].CelΔϕϕ1λθDδVMγmnieobracająca się linia odniesieniaυKameraRys. 1. Geometria kątowa układu rakieta – głowica – cel [2]217MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiW typowych rozwiązaniach głowic śledzących kamera umieszczona jest na zawieszeniuumożliwiającym ruch kamery w osi odchylenia (azymut) oraz pochylenia (elewacja) [2]. Takiukład podyktowany jest takimi czynnikami, jak:mały kąt widzenia kamery (wynikający z wymaganej dokładności określaniawspółrzędnych obiektu powietrznego),konieczność odwiązania ruchów kamery od ruchów podstawy głowicy.Schemat opisywanego rozwiązania z kamerą umieszczoną na zawieszeniu o dwóch stopniachswobody został przedstawiony na rysunku 2.przegubwychyleniaprzegubpochyleniakamerakadłub rakietykadłub rakietyRys. 1. Zawieszenie kameryW referacie [1] został zaproponowany sposób badania dokładności śledzenia celu przezoptyczną głowicę śledzącą umieszczoną na nieruchomej podstawie. Kolejnym etapem pracy,realizowanym w ramach projektu Rozwój Młodych Naukowców (RMN 08-958)prowadzonego w Wojskowej Akademii Technicznej była budowa stanowiska do badaniawpływu ruchów podstawy kamery na dokładność śledzenia obiektu powietrznego.2. ZASADA DZIAŁANIA STANOWISKA ORAZ OPIS WYBRANYCHELEMENTÓWZbadanie wpływu ruchów podstawy głowicy na jej pracę wymaga wprowadzenia tejpodstawy w ruch obrotowy w osiach, w których porusza się rama z kamerą.Jako układ napędowy zastosowano urządzenie służące do zawieszenia kamery nabezzałogowym statku powietrznym (rys. 3). Wykonany jest z kompozytu węglowego, cogwarantuje wymaganą sztywność układu. Budowa zawieszenia pozwala na sterowanieruchem obrotowym podstawy badanej głowicy w azymucie i elewacji. Zakres obrotówkamery ograniczony jest w płaszczyźnie pionowej w zakresie od -90° do 90°, natomiastw płaszczyźnie poziomej w zakresie od -180° do 180°. Jako napęd układu zastosowanobezszczotkowe silniki prądu stałego BLDC. Do zasilania sterowania silnikami zastosowanodedykowany sterownik BaseCam SBGC V1.11.218MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiRys. 3. Zawieszenie głowicy [3]Głównym elementem sterownika SBGC V1.11 jest procesor ARM Cortex M4. Wraz zesterownikiem dostarczany jest cyfrowy układ MPU 6050 wykonany w technologii MEMSz wbudowanym żyroskopem prędkościowym z możliwymi zakresami pomiarowymi: ±250°/s,±500°/s, ±1000°/s, ±2000°/s oraz akcelerometrem z możliwymi zakresami pomiarowymi:±2g, ±4, ±8±, 16 g. Do napędu zawieszenia użyto silników BLDC IFlight GBM4114-120T.KomputerSilnik GBM4114-120Toś YBaseCam SBGCv 1.11Silnik GBM4114-120Toś ZIMU MPU 6050Rys. 4. Zbudowane stanowisko z zamocowaną głowicą optyczną do badań oraz schematblokowy układu napędowego219MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiSterowanie ruchem podstawy głowicy może odbywać się, w zależności od potrzeb, przyużyciu jednego z trzech trybów pracy:tryb prędkościowy – możliwość zadania określonej prędkości obrotowej każdej z osizawieszenia,tryb kątowo-prędkościowy – możliwość obrotu w każdej z osi z określoną prędkościąo określony kąt,tryb kątowy – możliwość obrotu w każdej z osi o określony kąt z prędkością wynikającąz nastaw regulatora PID sterowania. Sterownik wyposażony jest w funkcjęautomatycznego doboru nastaw regulatora PID, co eliminuje konieczność dobieranianastaw przy zamianie badanej głowicy.Stanowisko oraz jego schemat blokowy przedstawiono na rysunku 4.3. KOMUNIKACJA STEROWNIKA Z KOMPUTEREM [4]Komunikacja sterownika z urządzeniami zewnętrznymi odbywa się przez port COM.Sterowanie ruchem zawieszenia stanowiska odbywa się przez wysyłanie odpowiednichkomend do sterownika za pośrednictwem portu COM. Należy przede wszystkim zwrócićuwagę, aby ustawione prędkości transferu (baudrate)dla komputera oraz sterownika byłyjednakowe. Poniżej opisano przykładową ramkę komendy sterowania:0x3E (>)znakinicjujący0x43 (C)rodzajoperacji0x0Drozmiardanychnagłówek0x50suma kontrolnanagłówka0x01dane0x01suma kontrolnadanychciałoposzczególne znaki ramki oznaczają:znak inicjujący – należy go stosować przy wprowadzaniu jakichkolwiek danych dosterownika, jest nim zawsze 0x3E;rodzaj operacji – w zależności od tego, jaki efekt chcemy uzyskać, stosuje się odpowiedniznak rodzaju operacji. W naszym przypadku jest to 0x43 (C) – oznaczający sterowanie;rozmiar danych – ilość bajtów danych;suma kontrolna nagłówka – suma poszczególnych składników nagłówka modulo 256;dane – dla sterowania poszczególne bajty oznaczają:bajt 1 – rodzaj sterowania (bajt 1 = 1 – tryb prędkościowy, bajt 1= 2 – tryb kątowy,bajt 1 = 3 – tryb kątowo-prędkościowy),bajty 2, 3 – prędkość obrotowa w osi x,bajty 4, 5 – kąt obrotu w osi x,bajty 6, 7 – prędkość obrotowa w osi y,bajty 8, 9 – kąt obrotu w osi y,bajty 10, 11 – prędkość obrotowa w osi z,bajty 12, 13 – kąt obrotu w osi z;suma kontrolna danych – suma bajtów od 1 do 13 modulo 256.220MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiZmiana wartości zmiennej zapisanej w parze bajtów (2, 3; 6, 7; 10, 11) o 1 oznacza przyrostprędkości obrotowej wału odpowiedniego silnika o 0,1221 stopnia/s, natomiast zmianawartości zmiennej zapisanej w parze bajtów(4, 5; 8, 9; 12, 13) o 1 oznacza obrót wałuodpowiedniego silnika o 0,1 stopnia.4. PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA STANOWISKAZadaniem stanowiska do badania głowicy śledzącej jest badanie dokładności śledzeniaobiektu powietrznego przez głowicę. Do symulacji celu można zastosować monitor, naktórym dany cel będzie wyświetlany. Dzięki temu parametry ruchu celu będą znane.Badanie głowicy śledzącej pod kątem ograniczenia zakłóceń (przez prędkościowy układodwiązania) polega na sprawdzeniu wpływu zakłóceń generowanych przez zawieszeniestanowiska na dokładność określania parametrów celu. Informacje o pozycji celu w danejchwili można uzyskać z programu generującego obraz celu, natomiast informacjeo aktualnym położeniu kamery w przestrzeni uzyskujemy z układu IMU, np. ADXRS 6012.W ten sposób możemy określić błąd, z jakim współrzędne celu są określane dla różnychzakłóceń generowanych przez system (rys. 5).Rys. 5. Schemat stanowiska do badań optycznej głowicy śledzącej5. PODSUMOWANIEW wyniku pracy (w ramach projektu RMN) powstało stanowisko laboratoryjne do badaniaoptycznej głowicy śledzącej. Opisywany system przeznaczony jest do badania modelugłowicy, który został zbudowany w wyniku poprzedniego projektu RMN – 08-857 –opisanego w pracy [1]. Zbudowane stanowisko umożliwia badanie wpływu zakłóceńpochodzących z ruchu kadłuba rakiety na jakość śledzenia celu przez optyczną głowicęśledzącą z prędkościowym układem odwiązania.221 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl charloteee.keep.pl
//-->MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiMgr inż. Kamil DZIĘGIELEWSKIWojskowa Akademia TechnicznaDOI: 10.17814/mechanik.2015.7.232MODEL STANOWISKA DO BADANIA OPTYCZNEJGŁOWICY ŚLEDZĄCEJStreszczenie: W niniejszym referacie zaprezentowano stanowisko służące dobadania optycznej głowicy śledzącej z prędkościowym układem stabilizacjikamery. Przedstawiono użyte elementy oraz zaproponowano przykładowysposób badania optycznej głowicy śledzącej.THE OPTICAL MISSILE SEEKER TEST STAND DESCRIPTIONAbstract: This paper presents description of optical missile seeker test standfor seekers equipped with stabilised camera. Used elements were presentedand exemplary method for testing the seeker was proposed.Słowa kluczowe: śledzenie celu, optyczna głowica śledząca, rakietaKeywords: target tracking, optical missile seeker, rocket missile1. WPROWADZENIEOkreślanie współrzędnych obiektu powietrznego przy użyciu kamery polega na określeniupołożenia odwzorowania celu na matrycy elementów światłoczułych kamery. Pozycja celuwzględem kamery głowicy określana jest jako błąd śledzenia1będący kątem zawartympomiędzy osią optyczną kamery (OK) a linią obserwacji celu (LOC) (rys. 1) [1].CelΔϕϕ1λθDδVMγmnieobracająca się linia odniesieniaυKameraRys. 1. Geometria kątowa układu rakieta – głowica – cel [2]217MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiW typowych rozwiązaniach głowic śledzących kamera umieszczona jest na zawieszeniuumożliwiającym ruch kamery w osi odchylenia (azymut) oraz pochylenia (elewacja) [2]. Takiukład podyktowany jest takimi czynnikami, jak:mały kąt widzenia kamery (wynikający z wymaganej dokładności określaniawspółrzędnych obiektu powietrznego),konieczność odwiązania ruchów kamery od ruchów podstawy głowicy.Schemat opisywanego rozwiązania z kamerą umieszczoną na zawieszeniu o dwóch stopniachswobody został przedstawiony na rysunku 2.przegubwychyleniaprzegubpochyleniakamerakadłub rakietykadłub rakietyRys. 1. Zawieszenie kameryW referacie [1] został zaproponowany sposób badania dokładności śledzenia celu przezoptyczną głowicę śledzącą umieszczoną na nieruchomej podstawie. Kolejnym etapem pracy,realizowanym w ramach projektu Rozwój Młodych Naukowców (RMN 08-958)prowadzonego w Wojskowej Akademii Technicznej była budowa stanowiska do badaniawpływu ruchów podstawy kamery na dokładność śledzenia obiektu powietrznego.2. ZASADA DZIAŁANIA STANOWISKA ORAZ OPIS WYBRANYCHELEMENTÓWZbadanie wpływu ruchów podstawy głowicy na jej pracę wymaga wprowadzenia tejpodstawy w ruch obrotowy w osiach, w których porusza się rama z kamerą.Jako układ napędowy zastosowano urządzenie służące do zawieszenia kamery nabezzałogowym statku powietrznym (rys. 3). Wykonany jest z kompozytu węglowego, cogwarantuje wymaganą sztywność układu. Budowa zawieszenia pozwala na sterowanieruchem obrotowym podstawy badanej głowicy w azymucie i elewacji. Zakres obrotówkamery ograniczony jest w płaszczyźnie pionowej w zakresie od -90° do 90°, natomiastw płaszczyźnie poziomej w zakresie od -180° do 180°. Jako napęd układu zastosowanobezszczotkowe silniki prądu stałego BLDC. Do zasilania sterowania silnikami zastosowanodedykowany sterownik BaseCam SBGC V1.11.218MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiRys. 3. Zawieszenie głowicy [3]Głównym elementem sterownika SBGC V1.11 jest procesor ARM Cortex M4. Wraz zesterownikiem dostarczany jest cyfrowy układ MPU 6050 wykonany w technologii MEMSz wbudowanym żyroskopem prędkościowym z możliwymi zakresami pomiarowymi: ±250°/s,±500°/s, ±1000°/s, ±2000°/s oraz akcelerometrem z możliwymi zakresami pomiarowymi:±2g, ±4, ±8±, 16 g. Do napędu zawieszenia użyto silników BLDC IFlight GBM4114-120T.KomputerSilnik GBM4114-120Toś YBaseCam SBGCv 1.11Silnik GBM4114-120Toś ZIMU MPU 6050Rys. 4. Zbudowane stanowisko z zamocowaną głowicą optyczną do badań oraz schematblokowy układu napędowego219MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiSterowanie ruchem podstawy głowicy może odbywać się, w zależności od potrzeb, przyużyciu jednego z trzech trybów pracy:tryb prędkościowy – możliwość zadania określonej prędkości obrotowej każdej z osizawieszenia,tryb kątowo-prędkościowy – możliwość obrotu w każdej z osi z określoną prędkościąo określony kąt,tryb kątowy – możliwość obrotu w każdej z osi o określony kąt z prędkością wynikającąz nastaw regulatora PID sterowania. Sterownik wyposażony jest w funkcjęautomatycznego doboru nastaw regulatora PID, co eliminuje konieczność dobieranianastaw przy zamianie badanej głowicy.Stanowisko oraz jego schemat blokowy przedstawiono na rysunku 4.3. KOMUNIKACJA STEROWNIKA Z KOMPUTEREM [4]Komunikacja sterownika z urządzeniami zewnętrznymi odbywa się przez port COM.Sterowanie ruchem zawieszenia stanowiska odbywa się przez wysyłanie odpowiednichkomend do sterownika za pośrednictwem portu COM. Należy przede wszystkim zwrócićuwagę, aby ustawione prędkości transferu (baudrate)dla komputera oraz sterownika byłyjednakowe. Poniżej opisano przykładową ramkę komendy sterowania:0x3E (>)znakinicjujący0x43 (C)rodzajoperacji0x0Drozmiardanychnagłówek0x50suma kontrolnanagłówka0x01dane0x01suma kontrolnadanychciałoposzczególne znaki ramki oznaczają:znak inicjujący – należy go stosować przy wprowadzaniu jakichkolwiek danych dosterownika, jest nim zawsze 0x3E;rodzaj operacji – w zależności od tego, jaki efekt chcemy uzyskać, stosuje się odpowiedniznak rodzaju operacji. W naszym przypadku jest to 0x43 (C) – oznaczający sterowanie;rozmiar danych – ilość bajtów danych;suma kontrolna nagłówka – suma poszczególnych składników nagłówka modulo 256;dane – dla sterowania poszczególne bajty oznaczają:bajt 1 – rodzaj sterowania (bajt 1 = 1 – tryb prędkościowy, bajt 1= 2 – tryb kątowy,bajt 1 = 3 – tryb kątowo-prędkościowy),bajty 2, 3 – prędkość obrotowa w osi x,bajty 4, 5 – kąt obrotu w osi x,bajty 6, 7 – prędkość obrotowa w osi y,bajty 8, 9 – kąt obrotu w osi y,bajty 10, 11 – prędkość obrotowa w osi z,bajty 12, 13 – kąt obrotu w osi z;suma kontrolna danych – suma bajtów od 1 do 13 modulo 256.220MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiZmiana wartości zmiennej zapisanej w parze bajtów (2, 3; 6, 7; 10, 11) o 1 oznacza przyrostprędkości obrotowej wału odpowiedniego silnika o 0,1221 stopnia/s, natomiast zmianawartości zmiennej zapisanej w parze bajtów(4, 5; 8, 9; 12, 13) o 1 oznacza obrót wałuodpowiedniego silnika o 0,1 stopnia.4. PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA STANOWISKAZadaniem stanowiska do badania głowicy śledzącej jest badanie dokładności śledzeniaobiektu powietrznego przez głowicę. Do symulacji celu można zastosować monitor, naktórym dany cel będzie wyświetlany. Dzięki temu parametry ruchu celu będą znane.Badanie głowicy śledzącej pod kątem ograniczenia zakłóceń (przez prędkościowy układodwiązania) polega na sprawdzeniu wpływu zakłóceń generowanych przez zawieszeniestanowiska na dokładność określania parametrów celu. Informacje o pozycji celu w danejchwili można uzyskać z programu generującego obraz celu, natomiast informacjeo aktualnym położeniu kamery w przestrzeni uzyskujemy z układu IMU, np. ADXRS 6012.W ten sposób możemy określić błąd, z jakim współrzędne celu są określane dla różnychzakłóceń generowanych przez system (rys. 5).Rys. 5. Schemat stanowiska do badań optycznej głowicy śledzącej5. PODSUMOWANIEW wyniku pracy (w ramach projektu RMN) powstało stanowisko laboratoryjne do badaniaoptycznej głowicy śledzącej. Opisywany system przeznaczony jest do badania modelugłowicy, który został zbudowany w wyniku poprzedniego projektu RMN – 08-857 –opisanego w pracy [1]. Zbudowane stanowisko umożliwia badanie wpływu zakłóceńpochodzących z ruchu kadłuba rakiety na jakość śledzenia celu przez optyczną głowicęśledzącą z prędkościowym układem odwiązania.221 [ Pobierz całość w formacie PDF ]