Лазерная система управления движением мехатронного комплекса для строительства минитоннелей
На правах рукописи
Ваколюк Александр Ярославич ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МЕХАТРОННОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МИНИТОННЕЛЕЙ Специальность 05.02.05 – «Роботы, мехатроника и робототехнические системы»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Новочеркасск - 2011
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный техниче ский университет (Новочеркасский политехнический институт)» на кафедре «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Глебов Николай Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Павленко Александр Валентинович;
кандидат технических наук, доцент Валюкевич Юрий Анатольевич
Ведущая организация: ГОУ ВПО «Донской государственный тех нический университет» (г. Ростов-на-Дону)
Защита состоится « 4 » июля 2011 г. в 1200 на заседании диссертационного со вета Д.212.304.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный техниче ский университет (Новочеркасский политехнический институт)» по адресу:
346428, г. Новочеркасск, Ростовской обл., ул. Просвещения, 132, ауд. 107 главного корпуса.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского госу дарственного технического университета (Новочеркасского политехнического ин ститута). С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте ЮРГТУ(НПИ) www.npi-tu.ru
Автореферат разослан «_» июня 2011 г.
Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор В.С. Исаков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Переход к рыночной экономике, реформирование жи лищно-коммунального комплекса в условиях значительного износа и старения ин женерных систем жизнеобеспечения городов и населенных пунктов России, отсут ствие достаточных материальных и финансовых ресурсов на их реновацию значи тельно обострили в последние годы проблему обеспечения требуемой надежности и экологической безопасности подземных коммуникаций городов России.
Тенденции последних лет указывают на то, что коммунальными службами го родов-мегаполисов различных стран всё большее внимание уделяется вопросам использования перспективных бестраншейных технологий восстановления (сана ции) и прокладки новых водопроводных, водоотводящих и других коммунальных сетей, что является альтернативой традиционному открытому способу реконст рукции и строительству трубопроводов котлованным и траншейным способами.
В большинстве российских городов из-за недостатка или отсутствия соответ ствующего оборудования и материалов, а также средств для их приобретения, ре монт и прокладка коммуникаций производятся преимущественно открытым спо собом, что ведёт к резкому увеличению стоимости работ и сроков строительства объектов, а также к необходимости разрушения дорожных покрытий.
С учетом 60–80% изношенности подземных коммуникаций, а также, принимая во внимание потребность в строительстве новых коммуникаций, отечественный и зарубежный опыт, следует считать, что самым перспективным оборудованием для сооружения минитоннелей в настоящее время являются различные тоннелепро ходческие и минищитовые комплексы в общем случае представляющие собой ро бототехнические и мехатронные комплексы.
Большой вклад в развитие теоретических положений робототехники и мехатро ники внесли учёные И.М. Макаров, К.В. Фролов, Е.П. Попов, В.С. Кулешов, А.С. Ющенко, Е.И. Юревич, Ю.В. Подураев, А.К. Тугенгольд, А.В. Тимофеев, В.М. Лохин, М.П. Романов, С.В. Манько, В.Ф. Казмиренко, И.А. Каляев, Ю.В. Илюхин, С.Ф. Бурдаков, А.В. Павленко и другие. Значительный вклад в разви тие и повышение эффективности функционирования мехатронного горного техно логического и тоннелепроходческого щитового оборудования внесли учёные:
А.И. Берон, В.А. Бреннер, Г.М. Водяник, А.Н. Дровников, В.Т. Загороднюк, Н.А. Глебов, Д.Я. Паршин, Л.И. Кантович, Н.Г. Картавый, М.Г. Крапивин, В.Г. Ми хайлов, Е.З. Позин, М.М. Протодьяконов, М.И. Слободкин, В.И. Солод, Н.И. Сысо ев, А.М. Терпигорев, Г.Ш. Хазанович, Ю.М. Ляшенко, В.Г. Афанасьев и другие.
За рубежом и в нашей стране имеется множество различных видов минищитов и тоннелепроходческих комплексов для строительства минитоннелей, однако приме нение многих из них в современной плотной городской застройке затруднительно или вовсе невозможно из-за их недостаточной автоматизации и информатизации. В связи с этим одним из важнейших направлений повышения эффективности и гибко сти функционирования минищитовых комплексов является оснащение их мехатрон ными устройствами автоматического управления движением относительно проект ного направления проходки по прямолинейным и криволинейным траекториям, включающих в себя как устройства задания направления, контроля положения, об мена информацией, так и устройства маневрирования комплексом в грунте.
В настоящее время разработаны и применяются множество различных систем контроля положения, дистанционного управления тоннелепроходческими ком плексами посредством кабельных, радио и оптических каналов передачи инфор мации, однако каждая из них обладает рядом недостатков. Телеуправление по ка бельным и радиоканалам связи ограничено условиями эксплуатации этих систем, в то время как оптические разработаны в основном для комплексов больших диа метров и имеют свою специфику.
По данным “Российского общества по внедрению бестраншейных технологий” (РОБТ), 99% всех подземных коммуникаций в России прокладываются в скважи нах диаметром до 900мм, что не позволяет оператору и обслуживающему персо налу находиться в забое, тем самым накладывая определённые требования к сис темам контроля и управления.
Таким образом, задача разработки принципов, методов и средств, позволяю щих повысить эффективность, гибкость и безопасность управления мехатронным комплексом для сооружения минитоннелей является весьма актуальной.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ(НПИ) и целевым ком плексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГТУ(НПИ) «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов» и соответствует госбюджетным темам П.3. «Разработка принципов и средств автоматизации и роботизации производства на основе мехатронных технологий и систем» (2004-2008г.г.), П.3.865 «Разработка теории и принципов построения интеллектуальных мехатронных и робототехни ческих систем» (2009-2013г.г.), а также темам НИР по заданию министерства об разования и науки на проведение научных исследований 1.11.05Ф «Разработка научных основ создания мехатронных технологий горных, нефтегазодобывающих и строительных производств (2005-2009г.г.)» и 1.9.10Ф «Разработка теории и принципов построения мехатронных и робототехнических систем горных, нефте газодобывающих и строительных производств» (2010-2012г.г.).
Целью диссертационной работы является повышение эффективности и безопасности управления мехатронным тоннелепроходческим комплексом для строительства минитоннелей путём разработки методов и средств контроля про странственного положения минищита относительно проектного направления дви жения и осуществления обмена служебной информацией между пультом операто ра и оборудованием минищита.
Актуальная научная задача, решению которой посвящена диссертация раз работка комплекса принципов, методов и средств, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности управления мехатронным тоннелепроходческим комплексом для строительства минитоннелей благодаря своевременному контро лю положения и оперативной реакции на возникающие отклонения движения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ современных способов сооружения минитоннелей с помо щью тоннелепроходческих комплексов и определить возможные направления по вышения их эффективности и безопасности управления;
провести анализ современных концепций, методов и средств, позволяющих осуществлять дистанционный контроль пространственного положения тоннеле проходческих минищитов, обмениваться информацией между оборудованием комплекса и оператором в условиях тоннелестроения, а также определить основ ные требования, предъявляемые к аппаратным информационно-измерительным средствам при сооружении минитоннелей;
разработать математическую модель мехатронного тоннелепроходческого комплекса и выполнить её анализ с целью определения характеристик движения минищита и параметров, которые необходимо контролировать во время движения;
разработать метод определения пространственных координат минищита в системе координат, связанной с осью проходимого минитоннеля;
разработать алгоритм формирования управляющих воздействий для коррек тировки пространственного положения минищита;
разработать метод обмена информацией между пультом оператора и обору дованием минищита для передачи данных и команд управления;
разработать структуру системы определения пространственных координат минищита, обмена информацией между пультом оператора и оборудованием ми нищита, управления, а также алгоритм её функционирования;
разработать математическую модель системы определения пространствен ных координат минищита, обмена информацией между пультом оператора и обо рудованием минищита, провести её компьютерное исследование с целью опреде ления рабочих характеристик, а также выявления оптимальных конструктивных параметров для удовлетворения предъявляемым к системе требованиям;
исследовать влияние среды распространения лазерного излучения (атмосфе ры) на его мощность, регистрируемую на удалении от источника;
на основе предложенных принципов и методов разработать аппаратно программные средства определения пространственных координат мехатронного тоннелепроходческого минищита, осуществления обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита;
провести экспериментальные исследования работоспособности разработан ных аппаратно-программных средств.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1) математическая модель движения в пространстве мехатронного тоннеле проходческого комплекса для строительства минитоннелей, позволяющая путём анализа её характеристик методами компьютерного моделирования, установить закономерности движения тоннелепроходческого минищита, взаимодействие ком плекса с вмещающими породами и параметры, которые необходимо контролиро вать при управлении движением минищита;
2) метод дистанционного определения пространственного положения мини щита в базовой системе координат и управления его движением, основанный на определении координат двух точек минищита в локальной системе координат, связанной с лазерным задатчиком направления, определении угла крена и прой денного пути с помощью набора датчиков, определении курсового угла, угла ук лона и обмена полученной информацией между пультом оператора и оборудова нием минищита посредством лазерного излучения;
3) метод расчёта лазерной информационно-измерительной системы, основанный на анализе математической модели системы определения пространственных коор динат минищита и обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита, заключающийся в использовании компьютерной модели устройства, позволяющей задавая различные исходные данные анализировать её работоспособ ность и выбирать оптимальные параметры системы для достижения требуемых по казателей точности определения координат, быстродействия системы и другое.
4) обоснование структуры устройства, позволяющего определять пространст венное положение мехатронного минищита, обмениваться информацией с пультом оператора и управлять процессом сооружения минитоннеля в автоматизированном и автоматическом режимах.
Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в следующем:
1) математическая модель движения мехатронного тоннелепроходческого комплекса отличается учётом жёсткости прокладываемой трубы, переменной силы трения корпуса прокладываемой трубы о грунт, массогабаритных параметров комплекса и физико-механических свойств разрушаемой среды;
2) метод дистанционного определения пространственного положения минищита в базовой системе координат и управления его движением отличается тем, что при определении пространственного положения минищита используются результаты измерения координат двух точек отрезка, смещённого от продольной оси минищита, относительно лазерного луча задатчика направления, расчёта курсового угла, угла уклона, а также координат ножевой и хвостовой точек минищита с учётом его крена в системе координат, связанной с проектной осью минитоннеля, что позволяет уве личить точность и эффективность управления мехатронным комплексом;
3) метод расчёта лазерной информационно-измерительной системы отличается тем, что при расчёте параметров системы учитываются конструктивные характе ристики фотоприёмных матриц, диаметр луча лазерного задатчика направления, потери оптической мощности на фотоприёмных устройствах за счёт расходимости лазерного луча и влияния атмосферы;
4) структура устройства, отличающаяся связями, наличием модулей приё ма/передачи информации посредством лазерного излучения и перепрограммируе мых блоков обработки информации, позволяющих организовывать различные ре жимы функционирования оборудования с возможностью реализации интеллекту ального управления им, а также возможностью подключения дополнительных дат чиков состояния технологического оборудования тоннелепроходческого комплекса.
Объекты исследования – мехатронный тоннелепроходческий комплекс для строительства минитоннелей, информационно-управляющая система определения пространственных координат мехатронного тоннелепроходческого минищита и обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы мето ды мехатроники, робототехники, построения микропроцессорных систем, матема тического моделирования, аналитической геометрии, кинематического и динами ческого анализа, а также прикладного программирования. Аналитические иссле дования проведены на ЭВМ, а экспериментальные – на разработанном образце в лабораторных условиях.
Основные расчёты, моделирование и разработка управляющих программ вы полнены с применением программных продуктов: MATLAB Simulink, Mathcad, САПР PROTEUS VSM, Filter Solutions, CodeVisionAVR.
Достоверность и обоснованность проведенных научных исследований обес печивается корректным использованием фундаментальных законов физики, механи ки, робототехники, мехатроники;
методов теоретической механики;
корректных до пущений при составлении математических моделей;
применением статистических методов планирования и обработки экспериментов;
подтверждается совпадением теоретических положений и результатов компьютерного исследования с результата ми экспериментальных испытаний созданного на их основе опытного образца лазер ной информационно-измерительной системы определения пространственных коорди нат мехатронного тоннелепроходческого минищита и обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита;
апробацией полученных научных результатов на международных и всероссийских конференциях и семинарах.
Научная и практическая ценность. Научное значение работы заключается в развитии теоретических положений, совершенствовании моделей, методов и средств контроля и управления пространственным положением мехатронного тон нелепроходческого минищита для строительства минитоннелей и осуществления обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита.
Практическое значение полученных в работе результатов заключается в сле дующем:
- разработанные математические модели мехатронного тоннелепроходческого комплекса и лазерной системы определения пространственных координат минищита и обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита позволя ют выбирать оптимальные конструктивные параметры информационно-измерительной системы для достижения требуемых технологических показателей точности определе ния координат, дальности действия, скорости обмена информацией и др.;
- повышение безопасности и эффективности управления мехатронным тонне лепроходческим комплексом для строительства минитоннелей за счёт оснащения комплекса лазерной системой определения пространственных координат минищи та и обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита, предоставляющей возможность оперативного контроля состояния технологиче ского оборудования комплекса и дистанционного управления им.
Внедрение результатов диссертационных исследований. Материалы дис сертационной работы используются в учебном процессе кафедрой «Автоматиза ция производства, робототехника и мехатроника» ЮРГТУ(НПИ) для студентов специальностей 22040265 «Роботы и робототехнические системы» и «Мехатроника». Приняты к внедрению в ООО НПП «ВНИКО» в качестве уст ройств обмена информацией посредством лазерного излучения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной рабо ты докладывались на: 7-й международной конференции «Новые технологии управ ления движением технических объектов» (г. Новочеркасск, 2004г.);
научной конфе ренции студентов и аспирантов ЮРГТУ(НПИ) «Студенческая научная весна – 2005, 2007» (г. Новочеркасск, 2005, 2007г.г.);
первой всероссийской научной конференции студентов и аспирантов (с международным участием) «Робототехника, мехатроника и интеллектуальные системы» (г. Таганрог, 2005г.);
всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов вузов «Эврика-2005», «Эврика-2006» (г.
Новочеркасск, 2005, 2006г.г.);
XIX международной научной конференции «Матема тические методы в технике и технологиях ММТТ - 19» (г.Воронеж, 2006г.);
55-ой и 59-ой научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов университета ЮРГТУ(НПИ) (г. Ново черкасск, 2006, 2010г.г.);
международном научно-практическом коллоквиуме «Про блемы мехатроники – 2006, 2008» (г. Новочеркасск, 2006, 2008г.г.);
7-й научно технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ-2010) (г. Санкт-Петербург, 2010г.);
международной научно-технической конференции «Искусственный интеллект. Интеллектуальные системы - 2010» (ИИ-2010) (п. Каци вели, Украина, 2010г.);
международной научно-технической конференции «Экстре мальная робототехника» в рамках международного салона «Комплексная безопас ность» (г. Москва, 2010 г.);
шестой Всероссийской научно-практической конферен ции «Перспективные системы и задачи управления» (г. Таганрог, 2011г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 15 печатных работ (4 из ко торых без соавторов), в том числе два патента на изобретение и 2 статьи, опубли кованные в периодических изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложений;
изложена на 171 странице основного машинописного текста и 25 страницах приложений, содержит 86 ри сунков, 9 таблиц и список литературы из 72 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В первой главе проведён анализ тоннелепроходческих комплексов, оборудо вания, методов и средств для сооружения минитоннелей различного диаметра.
Рассмотрено четыре основных способа сооружения минитоннелей с помощью бес траншейных технологий: прокол, продавливание, горизонтальное направленное бурение и микротоннелирование. Установлено, что управление такими комплек сами зачастую осуществляется без специализированных систем контроля про странственного положения и устройств корректировки этого положения, что мо жет приводить к возникновению нештатных ситуаций при проходке тоннеля и связанных с уходом тоннелепроходческого минищита с планируемой трассы. От сутствие должных систем контроля состояния технологического оборудования вызывает его частые перегрузки или недогрузки во время функционирования и как следствие выход из строя или снижение темпов сооружения тоннелей. Известны способы сооружения минитоннелей, где обслуживающий персонал находится в призабойном пространстве постоянно в сидячем положении, при этом он подвер гается большому риску получения травм и испытывает дискомфорт.
Таким образом установлено, что для повышения эффективности и безопасности управления тоннелепроходческим комплексом его необходимо оснащать специали зированными системами контроля пространственного положения минищита, со стояния технологического оборудования и системами обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита. На основании проделанного анали за существующих систем управления тоннелепроходческими комплексами среднего и большого диаметров установлено, что наиболее оптимальными являются лазерные системы контроля положения. Обмен информацией с оборудованием щита осущест вляется посредством проводных или радиоканалов. Детальный анализ таких систем показывает, что их применение при сооружении минитоннелей достаточно затруд нительно в силу специфических особенностей минищитовых комплексов;
оснащать ся лазерными системами могут тоннелепроходческие комплексы основанные на ме тоде продавливания и микротоннелирования. Сделан вывод о необходимости разра ботки методов и средств осуществления контроля пространственного положения мехатронного тоннелепроходческого минищита, контроля состояния технологиче ского оборудования, обмена информацией между пультом оператора и оборудова нием минищита посредством лазерного излучения и управления.
Рассмотрены принципы построения систем контроля пространственного по ложения тоннелепроходческих щитов и принципы построения систем односторон него и двустороннего обмена информацией посредством лазерного излучения в аналоговой и цифровой форме.
На основе анализа тоннелепроходческих комплексов, систем контроля и обме на информацией, а также накопившегося опыта по эксплуатации существующих лазерных систем управления движением, сформулированы основные требования, которым должны удовлетворять современные системы оптического контроля про странственного положения минищитов, обмена информацией и управления. Обос нована актуальность создания лазерной системы определения пространственных координат мехатронного тоннелепроходческого минищита, обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита и управления, а также сформулированы основные задачи исследований.
Вторая глава посвящена разработке и исследованию математической модели мехатронного тоннелепроходческого комплекса, разработке метода дистанционно го определения пространственного положения минищита в базовой системе коор динат, а также рассмотрению принципа построения лазерной системы определе ния пространственных координат минищита, обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита и управления.
В процессе функционирования тоннелепроходческого комплекса на него ока зывают влияние различные внешние и внутренние факторы, приводящие к изме нению пространственного положения минищита и направления его движения. Для анализа этого изменения составлена математическая модель комплекса.
Для соответствия проходимого минищитом тоннеля проектному, необходимо чтобы продольная ось минищита совпадала с осью тоннеля на прямолинейных участках или была касательной к ней на криволинейных участках минитоннеля.
Следовательно, задача управления направленным движением тоннелепроходче ского минищита (рис. 1) сводится к управлению положением продольной оси ми нищита относительно оси тоннеля с помощью гидродомкратов отклонения.
Рисунок 1 – Минищит в неподвижной системе координат:
1 – проталкивающие гидродомкраты;
2 – прокладываемая труба;
3 – гидродомкраты отклонения;
4 – минищит;
5 – исполнительный механизм.
Положение продольной оси минищита в системе координат OпXпYпZп, связан ной с проектной осью минитоннеля, полностью определяется координатами двух ее точек, лежащих в передней и задней торцевых плоскостях. Точку, лежащую на оси минищита в передней торцевой плоскости, будем называть ножевой, а её ко ординаты Х1У1Z1. Точку, лежащую на оси минищита в задней торцевой плоскости, назовём хвостовой, а её координаты Х2У2Z2.
Скорость отклонения ножевой (хвостовой) точки продольной оси минищита складывается из скорости (, ) перемещения точки разворота (ТР) и скорости ;
;
вращения минищита вокруг точки разворота:
;
, где, – расстояние между ТР и ножевой (хвостовой) точками соответственно;
и – углы между проекциями оси мини щита на плоскости Х0Z, Х0У и положительным направлением оси 0Х.
Закон формирования малых углов и получим из уравнений равновесия мо ;
ментов относительно осей 0щYщ и 0щZщ:
, где, моменты инерции минищита относительно 0щYщ и 0щZщ;
y, z – угловые скорости вращения минищита вокруг осей 0щYщ и 0щZщ;
P – равнодействующая усилий P1…Pi проталкивающих гидродомкратов и возникающей в трубе силы упругости;
ry, rz – проекции радиуса вектора r точки приложения равнодействующей P на оси 0щYщ и 0щZщ;
B1 – коэффициент, учиты вающий вязкое трение, определяемое свойствами пород в которых производится сооружение минитоннеля и параметры минищита;
B2 – коэффициент, учитываю щий геометрию минищита, величину зазора между оболочкой минищита и стен ками выработки и глубину вдавливания минищита в грунт;
fт – коэффициент тре ния корпуса минищита по породе;
G, D – вес и наружный диаметр минищита.
Динамику поступательного движения комплекса можно рассматривать как дина мику нагруженного поршня эквивалентного гидроцилиндра, масса которого равна суммарной массе поршней гидродомкратов перемещения. Уравнение движения гид, где родомкрата представим в виде: m – масса поршня эквивалентного гидродомкрата;
Р – перепад давления в полостях гидроцилиндра;
А – площадь поршня гидродомкрата;
n – количество одновременно включенных гидродомкратов;
F – сила трения поршня о стенки гидроцилиндра;
С – жесткость прокладываемой трубы при ее деформации;
X – перемещение порш ня эквивалентного гидродомкрата;
– перемещение тоннелепроходческого мини щита;
– сила трения по породе оболочки внедрённой в грунт трубы;
– коэффи циент пропорциональности, учитывающий вязкое трение комплекса по породе;
V – скорость движения трубы (минищита). Уравнение поступательного движения ми, где нищита имеет вид: – суммарная масса минищи та с оборудованием;
– сила сопротивления внедрения минищита в грунт с учё том силы трения оболочки минищита по породе. Пренебрегая силой трения порш ня о стенки гидроцилиндра, а также массой поршня, так как она мала по сравне нию с массой тоннелепроходческого комплекса, уравнение поступательного дви жения минищита можно представить в виде:. Ско рость поступательного движения минищита V определим из уравнения расхода ·, где – его гидросистемы в следующем виде: коэффициент утечек;
– эквивалентный объем рабочей камеры гидроцилиндра;
– эффективное значение обобщенного модуля упругости. Измерение отклоне ния минищита от проектного направления движения производится с помощью системы определения пространственных координат описываемой выражениями:
;
. ;
. ;
.
., где k – коэффициент пере....
дачи системы определения пространственных координат минищита. Таким образом, объединяя представленные уравнения, делая допущения об отсутствии взаимного влияния движений в плане и профиле, получим систему уравнений, описывающую пространственное движение мехатронного тоннелепроходческого минищита:
;
;
;
;
;
;
;
· ;
;
;
;
.
....
....
Линеаризуя уравнения движения минищита относительно малых отклонений параметров, получим дифференциальное уравнение движения тоннелепроходче ского минищита.
Проведя исследование модели минищита в пакете Simulink MATLAB, получены графики изменения угловой скорости, угла поворота и координаты ножевой точки минищита (рис. 2, 3) при следующих исходных данных: масса минищита – 13500 кг;
скорость движения минищита – 12 м/смену;
равнодействующая усилий про талкивающих гидродомкратов – 4000 кН;
диаметр минищита – 1,22 м;
длина минищи 11381 кг · м.
та – 3 м;
момент инерции минищита относительно оси 0щYщ Рисунок 2 – Графики изменения угловой скоро- Рисунок 3 – Графики изменения координаты ножевой сти и угла поворота минищита при смещении точки минищита и радиус-вектора точки приложения точки приложения равнодействующей усилия равнодействующей усилия проталкивающих проталкивающих гидродомкратов гидродомкратов Анализируя полученные графики можно сказать, что минищит является неус тойчивым объектом, т.е. при воздействии на него внешних дестабилизирующих факторов минищит начинает отклоняться от первоначального направления про ходки продолжая своё движение в новом направлении.
Для определения пространственного положения мехатронного тоннелепро ходческого минищита относительно проектной оси и ведения его по заданному направлению достаточно контролировать координаты двух точек продольной оси минищита или координаты одной точки оси и углы наклона между осью минищи та и её проекциями на координатные плоскости. Принимая во внимание техноло гические и конструктивные особенности минищитов, не всегда удаётся определить координаты двух точек продольной оси минищита и его положение необходимо определять по координатам двух точек не находящихся на оси минищита. На ри сунке 4 представлен минищит круглого сечения диаметра d и длиной в несколь ких системах координат с произвольно выбранными точками D и E: OXYZ – базо вая система координат, находящаяся на поверхности Земли (геодезическая осно ва);
OXYZ – система координат связанная с проектной осью проходимого мини тоннеля;
OXYZ – система координат связанная с лазерным задатчиком направ ления и относительно неё осуществляется определение координат точек D и E;
OXYZ – система координат связанная с хвостовой точкой минищита.
Рисунок 4 – Минищит в нескольких системах координат Для успешного ведения минищита по заданной проектной траектории необхо димо знать координаты точки Н в базовой системе координат и углы наклона ме жду осью минищита и её проекциями на координатные плоскости. Координаты точки Н можно определить по выражениям следующего вида:
;
;
, где L – пройденный минищитом путь;
Y, Z – координаты точки в базовой системе координат.
В данные выражения входят четыре неизвестных величины:,, Yo, Zo.
Учитывая угол крена минищита, угол уклона можно определить из сле дующего соотношения:
/, где,,, – координаты точек E, D в проекциях на оси Y и Z системы координат, связанной с лазерным задатчиком направления (известные координаты);
Курсовой угол определяется из выражения:
/.
Координаты точки можно определить по выражениям следующего вида:
;
,, где – угол крена минищита;
– начальный угол.
Таким образом, можно сделать вывод, что для определения пространственных координат минищита в базовой системе координат OXYZ необходимо определять координаты двух точек минищита в другой системе координат OXYZ, относи тельно которой имеется возможность их прямого измерения при помощи различ ных технических средств.
Зная координаты ножевой и хвостовой точек минищита возможно определить его пространственное положение относительно проектной оси минитоннеля, на основании чего сформировать сигналы управления гидродомкратами отклонения минищита.
и, создающие управ Включение гидродомкратов позволяет развивать усилия, ляющие моменты относительно осей и, которые поворачивают минищит и как следствие корректируют его положение. Усилия, создаваемые гид ГЦ · ;
ГЦ ·, где родомкратами, определяются по выражениям:
, ГЦ – коэффициент пропорциональности;
– управляющие сигналы регуля тора в плане и профиле, формируемые по результатам определения пространст венной ориентации минищита относительно проектной оси с использованием рас считанных координат хвостовой и ножевой точек.
Одним из основных элементов систем контроля пространственного положения тоннелепроходческих щитов с помощью оптического излучения является фотопри ёмное устройство, которое должно выполнять функции антенны лазерного излуче ния. Такое фотоприёмное устройство с фотодетекторами должно находиться на оп тическом луче независимо от положения машины в пространстве. Если лазер напра вить в соответствии с заданным направлением выработки, то фотоприёмное устрой ство, выполняя роль антенны, позволит осуществлять автоматический контроль за данного направления движения машины. Исходя из специфики минищитовых ком плектов и требований, предъявляемых к системе определения координат, наиболее эффективными являются многоэлементные матричные структуры с фоточувстви тельными элементами, закрепленными на прозрачной основе в узлах сетки, состоя щей из нескольких проводников сгруппированных в строки и столбцы. Для опреде ления координат двух точек минищита,,, необходимо наличие двух матричных фотодетекторных структур как показано на рисунке 5.
Лазерный луч 1 от задатчика направления попадая на зафиксированное в минищите фотоприёмное устрой ство 2, состоящее из двух установленных на расстоянии b2 фотодетекторных матриц 3 и блока обработки ин формации 4, осуществляет засветку фотодетекторов, расположенных на интервале dada. При этом блок об работки информации 4 фиксирует координаты засвечен ных фотодетекторов на обеих матрицах и использует их для расчёта координат минищита.
Большинство оптических систем передачи информа ции используют двоичный код и простейшую амплитуд ную модуляцию (NRZ кодирование) с двумя значениями амплитуды сигнала, при этом все оптические системы Рисунок 5 – Схема передачи информации представляют собой последова фотоприёмного устройства тельный интерфейс. Такой метод передачи информации снижает требования к модуляторам оптического излучения, позволяет повысить отношение сигнал/шум и достаточно легко осуществить его детектирование в при ёмнике. Однако следует учитывать, что NRZ кодирование обладает целым рядом недостатков, для снижения которых предложен модифицированный принцип реги страции прямоугольных импульсов. Дифференцирование принимаемого сигнала даёт возможность избавиться от постоянных составляющих сигнала и перейти от регистрации его потенциалов к регистрации фронтов, тем самым восстанавливать в приёмной аппаратуре прямоугольные импульсы по регистрируемым фронтам.
На основании проведенного анализа разработана универсальная функциональ ная схема системы (рис. 6), позволяющая осуществлять определение пространствен ных координат двух точек минищита относительно луча лазерного задатчика, осу ществлять обмен информацией между пультом управления и оборудованием мини щита посредством двух лазерных лучей, а также управлять оборудованием комплекса.
В третьей главе разработаны алгоритмы функционирования модулей минищи та и оператора, входящих в состав системы определения пространственных коорди нат минищита и обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита. Разработана и исследована математическая модель системы с целью про верки её работоспособности, выбора оптимальных параметров для удовлетворения предъявляемым к системе требованиям. Выполнено теоретическое исследование влияния атмосферы минитоннеля и расхождения луча лазера на его мощность.
Определено, что строительство тоннелей большого и малого диаметров осу ществляется с применением большого количества технологических машин и агре гатов, а также мехатронных комплексов. Для эффективного и качественного со оружения тоннелей вся аппаратура, в том числе система определения пространст венных координат минищита и обмена информацией, должна функционировать по заранее определенному алгоритму. В задачи системы входит контроль положения минищита относительно проектного направления движения, опрос датчиков со стояния технологического оборудования, предварительная обработка полученных данных, обмен информацией с ЭВМ оператора по лазерным каналам передачи ин формации и формирование сигналов управления оборудованием.
Рисунок 6 - Функциональная схема системы определения пространственных коорди нат минищита, обмена информацией и управления Из разработанной функциональной схемы системы видно, что она представляет собой два модуля, предназначенных для монтажа в стартовом котловане и в минищи те, при этом каждый модуль должен функционировать по своему определённому ал горитму. Для выполнения возлагаемых на систему задач она должна функционировать в следующей последовательности: осуществлять сканирование фотодетекторных мат риц с последующим расчетом координат центра лазерного луча;
опрашивать датчики состояния технологического оборудования и проводить первичную обработку полу ченной информации;
осуществлять сеанс обмена информацией с ЭВМ оператора по средством оптического канала;
декодировать и выполнять принятые от ЭВМ операто ра команды. На основе этой последовательности составлены схемы алгоритмов функ ционирования модуля минищита (рис. 7) и модуля оператора (рис. 8).
Рисунок 7 – Схема алгоритма Рисунок 8 – Схема алгоритма функционирования модуля минищита функционирования модуля оператора Имея функциональную схему системы определения пространственных координат минищита и обмена информацией, а также алгоритмы функционирования её модулей можно провести компьютерное моделирование и исследование данной системы с це лью проверки её работоспособности, точности определения координат и другого.
На рисунке 9 представлена модель модуля оператора, составленная в специа лизированном программном пакете САПР ISIS Proteus, включающего в свой со став модели электронных компонентов, с возможностью настройки их параметров.
Модель состоит из передаточных функций и элементов описывающих: потери оп тической мощности лазерного излучения в атмосфере (ATMOSFERA1), характе ристики фототранзисторного элемента (FD_1, FD_2, FD_3), сопротивление на грузки (NAGRUZKA), коэффициент передачи усилителя (PREDUS2), полосовой фильтр второго порядка (POLOSFILTR2), пороговое устройство (TRIGGER2), микроконтроллер (PROCESSOR2), элементы коммутации с замыкающими (1NO, 3NO) и размыкающими (2NC, 4NC) контактами, элементы согласования уровней цифрового сигнала (K3, K4), а также источники помех (f1, f2).
Рисунок 9 - Модель модуля оператора Исследование системы разбито на несколько этапов:
- исследование точности определения координат центра лазерного луча в зави симости от шага фотодетекторов в матрицах и диаметра лазерного луча;
- исследование помехоустойчивости системы к внешним засветкам фотодетек торов оптическим излучением различных частот и мощностей;
- проверка достоверности данных, передаваемых в ЭВМ оператора.
Исследование точности определения координат проведено при следующих па раметрах: шаг фотодетекторов 10, 15мм;
диаметр лазерного луча 17, 50мм. Движе ние минищита (фотоприёмного устройства) имитировалось таким образом, что ла зерный луч задатчика направления описывал на хвостовой фотодетекторной матри це окружность радиусом 53мм, с центром в точке пересечения осей симметрии мат рицы, и прямую проходящую по диагонали матрицы. В результате исследований получена серия графиков, пример одного из которых представлен на рисунке 10, пунктиром показаны допустимые границы отклонения измерения координаты ±5мм.
Для проверки точности функционирования системы при различных параметрах для каждого графика выполнен аналитический расчёт среднего арифметического зна чений, абсолютной, среднеквадратичной и среднеквадратичной ошибки сред него арифметического погрешностей. Погрешности, рассчитанные для приведён 1,37мм;
0,97мм;
0,069мм;
ных на рисунке 10 графиков, составили:
0,1359мм. Средняя относительная погрешность составила 2,34%. Макси мальная абсолютная погрешность во время движения составила 4,53мм. При визуальном анализе графиков и полученных аналитическим путём значений установлено, что при шаге фотодетекторов 10мм и диаметре луча лазера 17мм и более, система определяет координаты с погрешностью находящейся в заданных пределах. При шаге фотодетекто ров 15мм и диаметре луча 17мм, в некоторых положениях луча лазера возникают “про валы”, т.е. на матрице отсутствуют засвеченные фотодетекторы. При увеличении диа метра лазерного луча до 50мм, “провалы” исчезают, значения среднего арифметическо го, среднеквадратичной и среднеквадратичной ошибки среднего арифметического по грешностей находятся в допустимых пределах, однако по графикам видно, что в некото рых точках абсолютная погрешность превышает значение ±5мм, что является недопус тимым по технологическим требованиям, как и “провалы”. Таким образом, для стабиль ного определения пространственных координат мехатронного минищита с точностью ±5мм можно рекомендовать конструкцию фотодетекторных матриц с шагом элементов 10мм и минимальным диаметром лазерного луча задатчика направления 17-20мм.
, t,с Рисунок 10 – Графики изменения заданной Yin и измеренной Y(OUT) координаты при шаге фотодетекторов 10мм, диаметре лазерного луча 17мм Для исследования помехоустойчивости системы к внешним засветкам, на фото детекторы совместно с полезным сигналом в виде импульсов прямоугольной формы подавались сигналы шумов, представляющие собой синусоидальные сигналы разной амплитуды и частоты. Исследование проводилось для фотодетекторов с граничной частотой 100кГц и оптимальными режимами работы при мощности падающего оп тического излучения 10,6мкВт. Пример одного из полученных графиков, при воз действии на систему помех f1, f2 в виде модулированного с частотами 10кГц и 100кГц оптического излучения мощностью 4мкВт, представлен на рисунке 11.
Рисунок 11 – Графики изменения сигналов в контрольных точках модуля оператора На рисунке 11 представлены следующие графики: EVM(IN) – изменение вос становленного цифрового сигнала поступающего на вход ЭВМ оператора;
TR(IN)_K – изменение напряжения на входе порогового устройства;
FD(OUT)_К – изменение напряжения на выходе фотодетектора;
FD(IN)_K – изменение мощно сти лазерного излучения обратного канала совместно с помехами;
LASER(OBR) – изменение мощности лазерного излучения обратного канала без помех.
Анализируя полученные графики видно, что при введении в состав системы простейшего полосового фильтра второго порядка приводит к тому, что она ста новится практически нечувствительной к постоянным засветкам фотодетекторов, при этом значительно снижается воздействие на систему как низко, так и высоко частотных помех. Кроме того из графиков видно, что введение полосового фильт ра приводит к дифференцированию исходного сигнала, позволяя избавиться от постоянных составляющих сигнала, что и было ранее предложено.
Необходимо отметить, что чувствительность и помехоустойчивость системы за висит не только от параметров фильтра, но, как и в случае его отсутствия, от парамет ров фотодетекторов, предварительного усилителя и настроек порогового элемента.
Анализ графиков также показывает, что система успешно формирует, передаёт и принимает стартовый/стоповый байт, значения координат центра лазерного луча на ножевой и хвостовой матрицах при требуемой скорости обмена информацией.
Создание эффективных оптико-механических устройств контроля и управле ния движением мехатронными минищитами для строительства минитоннелей, работающих в условиях атмосферы минитоннеля, невозможно без учёта её влия ния на свойства лазерного излучения.
Основное влияние атмосферы сводится к снижению мощности оптического излучения, регистрируемой на расстоянии от источника, за счёт эффектов рассея ния и поглощения на твёрдых и жидких частицах находящихся в ней во взвешен ном состоянии. Общий коэффициент пропускания когерентного излучения атмо сферой минитоннеля можно представить как.
Для расчёта коэффициента поглощения излучения в атмосфере, с содержа нием только паров воды, Эльдером и Стронгом была предложена формула:
–, где t0, k1 – постоянные для рассматриваемого участка спектра, – толщина осаждённой воды. Коэффициент р() учитывает рассеяние на парах воды )= )· и твёрдых частицах и определяется по формуле: ()= ()· (). Коэффициент пропус )= )· ).
кания излучения () с достаточной точностью можно определить эмпирической зави,, где L – путь, проходи,..
симость следующего вида: мый излучением. Коэффициент пропускания монохроматического излучения () оп,,,, где N –, ределяется по формуле Бугера:
плотность частиц-рассеивателей, A – площадь поперечного сечения рассеивателей, – длина волны излучения, S – метеорологическая дальность видимости.
Помимо атмосферы, на регистрируемую фотодетекторами мощность лазерно го излучения оказывает влияние его расходимость. Потери мощности можно оце нить по формуле:, где – регистрируемая мощность;
– мощ ность лазерного источника;
– эффективная апертура передатчика;
– эффек тивная апертура приёмника;
– длина волны лазерного излучения;
– расстояние между приёмником и источником излучения.
В результате исследования общего коэффициента пропускания, при различных исходных данных, получены графики показывающие, что мощность лазерного излучения, регистрируемая на удалении от источника излучения, снижается по экспоненциальному закону по мере отдаления от него, при этом интенсивность снижения мощности зависит от метеорологической дальности видимости.
В четвёртой главе описана реализация аппаратно-программных средств уст ройства определения пространственных координат минищита и обмена информа цией между пультом оператора и оборудованием минищита. Выполнен расчёт по мехоустойчивости системы для выбора её дополнительных параметров. Проведе ны лабораторные испытания опытного образца.
Для построения аппаратной части информационно-измерительной системы, помимо выше полученных результатов, проведен выбор метода детектирования лазерного излучения, способа организации фотодетекторных структур выполнен структур, расчёт параметров фотодетекторов и их выбор в соответствии с полученными дан ными. Исходя из требований, предъявляемых к системе и полученных во время моделирования системы результатов, разработан метод расчёта необходимой раз мерности фотодетекторных матриц.
Исходя из значения уровня мощности лазерного излучения, необходимого для нормального функционирования фотодетекторов, оказываемого на него влияния атмо сферой и требуемого диаметра луча, выполнен расчёт мощности источника лазерного излучения. На основании полученных значений выбран полупроводниковый инжек ционный лазер с мощностью излучения 10мВт и имеющий возможность осуществле осуществл ния прямой модуляции изменением тока накачки. Для осуществления модуляции из ения лучения с хорошими показателями качества получаемого оптического сигнала выбра на схема управления лазером со специализированным драйвером в основе основе.
В соответствии с результатами, полученными при исследовании системы на помехоустойчивость, выбран тип полосового фильтра и рассчитаны параметры входящих в его состав компонентов.
Для уточнения номиналов нагрузки фотодетекторов и улучшения рабочих по казателей системы выполнены выбор схемы реализации предварительного усили теля и расчёт помехоустойчивости системы. Выбраны остальные компоненты сис темы и синтезированы принципиальные схемы модулей минищита и оператора оператора.
Основываясь на ранее разработанных алгоритмах функционирования системы, используемых при её моделировании, выбранных компонентах и синтезированных езированных принципиальных схемах разработаны алгоритмы функционирования физического образца, управляющие программы для входящих в состав оборудования микро контроллеров и построен экспериментальный образец системы (рис. 12 2).
Рисунок 12 – Стенд для проведения лабораторных испытаний системы определения пространственных координат минищита и обмена информацией информацией:
1 – модуль лазерного приёмо-передатчика оператора;
2 – модуль обработки информации оператора;
3 –модуль определения координат минищита;
4 – лазерный передатчик обратного канала;
5 – ЭВМ канала оператора;
6 – инклинометрический стол Лабораторные испытания устройства показали, что оно отвечает всем выдви гавшимся ранее требованиям: определяет координаты центра лазерного луча с по грешностью не более ±5мм, средняя относительная погрешность составила 3,1%;
обладает высокой помехоустойчивостью к внешним засветкам;
обмени вается информацией с ЭВМ оператора со скоростью С=115,2 Кбит/с и стабильно работает на расстоянии 100м.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ На основании теоретических и экспериментальных данных исследований в дис сертации дано решение актуальной научно-технической задачи – разработка комплек са принципов, методов и средств, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности управления мехатронным тоннелепроходческим комплексом для строи тельства минитоннелей благодаря своевременному контролю положения и оператив ной реакции на возникающие отклонения движения. В ходе выполнения работы полу чены следующие результаты, имеющие как научное, так и практическое значение:
1) показано, что существующие информационно - измерительные системы управ ления работой большого разнообразия тоннелепроходческих комплексов для строи тельства тоннелей большого и среднего диаметров не отвечают технологическим тре бованиям, предъявляемым к системам контроля и управления мехатронными тонне лепроходческими комплексами для сооружения минитоннелей. Сделан вывод о том, что для повышения эффективности и безопасности управления, а также увеличения темпов и качества сооружения минитоннелей необходима разработка принципов, ме тодов и средств контроля и управления процессом сооружения минитоннелей;
2) разработана и исследована математическая модель мехатронного тоннеле проходческого комплекса, учитывающая жёсткость прокладываемой трубы, пере менную силу трения внедряемой трубы по породе и позволившая установить за кономерности движения тоннелепроходческого минищита;
3) показано, что для успешного ведения мехатронного минищита по проектному направлению необходимо осуществлять постоянный контроль координат двух точек минищита и проводить корректировку его положения с помощью средств маневри рования, либо смещением равнодействующей сил проталкивающих гидродомкратов с помощью промежуточной гидродомкратной установки, при этом необходимо иметь постоянный канал обмена информацией с пультом оператора;
4) разработан метод, позволяющий, контролируя координаты двух точек ми нищита в локальной системе координат, связанной с лазерным задатчиком направ ления, определять координаты минищита в базовой системе координат, а также курсовой угол и угол уклона;
5) предложен метод определения координат двух точек минищита относитель но лазерного луча задатчика с помощью двух многоэлементных фотодетекторных матриц размерностью nn, синтезирована структура системы определения про странственных координат минищита относительно лазерного задатчика направле ния с помощью предложенного метода и осуществления обмена информацией по средством двух лазерных лучей в цифровой форме;
6) разработаны алгоритмы функционирования модулей, входящих в состав ин формационно-измерительной системы контроля положения минищита, обмена ин формацией и управления. На основе синтезированной структуры системы и алго ритмов её функционирования разработана математическая модель, описывающая поведение системы при различных исходных данных и входных воздействиях;
7) проведено исследование математической модели системы с целью опреде ления её функциональных характеристик, проверки алгоритма функционирования системы, выбора оптимального шага расположения фотодетекторов и минимально допустимого диаметра лазерного луча исходя из предъявляемых к системе требо ваний точности. Также проведено исследование системы на помехоустойчивость при воздействии на неё оптического излучения разных частот и мощностей;
8) рассмотрено влияние атмосферы минитоннеля и расходимости лазерного излучения на его мощность, регистрируемую на расстоянии от источника и посту пающую на фотодетекторы системы. Получены графики, характеризующие ослаб ление излучения при различном состоянии атмосферы минитоннеля;
9) на основании требований, предъявляемых к системе, предложенных мето дов, структуры системы, проведенных исследованиях и расчётов определены кон структивные особенности и параметры системы, выбраны электронные компонен ты её составляющих;
10) разработаны алгоритмы функционирования системы в целом и модулей в частности, разработано программное обеспечение для контроллеров, входящих в состав системы, и обеспечивающее её работу в соответствии с алгоритмами;
11) в соответствии с теоретическими результатами, полученными в ходе проведе ния исследований, разработана физическая модель устройства, позволившая провести экспериментальные лабораторные исследования системы с целью проверки теорети ческих выкладок. В результате испытаний установлено, что система полностью отве чает всем предъявляемым к ней требованиям по точности определения координат, скорости обмена информацией, помехоустойчивости и дальности функционирования.
В результате проделанной работы установлено, что разработанная система может применяться для определения пространственных координат многих под вижных объектов с требуемой точностью и динамическим диапазоном измерения координат, а также обмениваться информацией с установленным на них оборудо ванием. Устройство может применяться как при сооружении минитоннелей, так и при сооружении тоннелей большого диаметра. Помимо этого устройство можно использовать в качестве стационарной оптической линии обмена информацией со скоростью 115,2 Кбит/с на расстоянии до 1км.
Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:
Ваколюк А.Я. Информационно-управляющая система мобильного мехатронного ком 1.
плекса /А.Я. Ваколюк, С.Б. Притчин, Д.М. Недлин // Новые технологии управления движением технических объектов : сб. статей по материалам 7-й Междунар. науч.-техн.
конф., г. Новочеркасск, 15-17 дек. 2004 г. – Ростов н/Д : Изд-во СКНЦ ВШ, 2004. - Вып.
5. - С. 33-36. (0,15п.л./0,11п.л.).
Ваколюк А.Я. Лазерная система контроля положения мобильного мехатронного ком 2.
плекса в пространстве /А.Я. Ваколюк, С.Б. Притчин, Д.М. Недлин // Студенческая науч ная весна - 2005: сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск:
ЮРГТУ(НПИ), 2005. - С. 191-193. (0,14п.л./0,1п.л.).
Ваколюк А.Я. Лазерная система управления движением мобильного робототехнического 3.
комплекса /А.Я. Ваколюк, Д.М. Недлин // Робототехника, мехатроника и интеллектуальные системы: материалы первой всерос. науч. конф. студентов и аспирантов (с междунар. уча стием), г.Таганрог, 13-14 окт. 2005 г. – Таганрог, 2005. - С. 32-35. (0,16п.л./0,11п.л.).
Ваколюк А.Я. Устройство определения пространственных координат мобильных ме 4.
хатронных объектов /А.Я. Ваколюк, С.Б. Притчин, Д.М. Недлин // Научно-техническое творчество студентов вузов: материалы Всерос. смотра-конкурса науч.-техн. творчества студентов вузов “Эврика-2005”, г. Новочеркасск, 5-6 дек. 2005 г. - Новочеркасск:
ЮРГТУ, 2005. - Ч. 2. - С. 270-272. (0,15п.л./0,11п.л.).
Ваколюк А.Я. Кинематическая модель избирательного рабочего органа проходческого 5.
щита /А.Я. Ваколюк, С.Б. Притчин, Д.М. Недлин // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-19: сб. тр. XIX Междунар. науч. конф. – Воронеж, 2006. - Т. 5. - С.
131-133. (0,12п.л./0,08п.л.).
Ваколюк А.Я. Мехатронная система контроля положения проходческого щита для 6.
строительства минитоннелей /А.Я. Ваколюк // Сборник статей и сообщений по мате риалам 55-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, научных ра ботников, аспирантов и студентов университета. - Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2006.
- С. 8-10. (0,16п.л.).
Ваколюк А.Я. Мехатронная система управления движением робототехнического ком 7.
плекса для строительства минитоннелей /А.Я. Ваколюк, Г.Л. Дмитриченко // сб. кон курс. работ Всерос. смотра-конкурса науч.-техн. творчества студентов высш. учеб. за ведений “Эврика-2006”, г. Новочеркасск, 20-26 нояб. 2006 г. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2006. - С. 249-251. (0,13п.л./0,09п.л.).
Ваколюк А.Я. Мехатронная система управления движением робототехнического ком 8.
плекса для строительства минитоннелей /А.Я. Ваколюк // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион.
Техн. науки. - 2007. – Спец. вып.: Проблемы мехатроники – 2006. - С. 28-30. (0,28п.л.).
Ваколюк А.Я. Универсальный микропроцессорный модуль на основе микроконтрол 9.
лера ATMEGA128 /А.Я. Ваколюк, Д.М. Недлин, А.Р. Юсупов // Студенческая научная весна - 2007 : сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск:
ЮРГТУ(НПИ), 2007. - С. 249 – 250. (0,09п.л./0,06п.л.).
Ваколюк А.Я. Лазерное устройство определения пространственных координат щита 10.
для строительства минитоннелей и обмена информацией с ЭВМ верхнего уровня /А.Я. Ваколюк // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2008. - Спец. вып.: Про блемы мехатроники-2008. - С. 55-57. (0,29п.л.).
Ваколюк А.Я. Модуляция оптического излучения при формировании оптического откры 11.
того канала связи /А.Я. Ваколюк // Результаты исследований – 2010: материалы 59-й науч. техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и сту дентов ЮРГТУ (НПИ) – Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2010. - С. 35-37. (0,13п.л.).
Ваколюк А.Я. Фотоэлектронная система управления движением мехатронного мини 12.
щитового проходческого комплекса /А.Я. Ваколюк, Н.А. Глебов // 3-я мультиконфе ренция по проблемам управления: материалы 7-й науч.-техн. конф. “Мехатроника, ав томатизация, управление” (МАУ-2010), 12-14 окт. 2010 г., г. Санкт-Петербург. - СПб., 2010. - С. 132-135. (0,23п.л./0,16п.л.).
Ваколюк А.Я. Эргатическая лазерная система управления мобильными мехатронными 13.
объектами /А.Я. Ваколюк, Н.А. Глебов // Перспективные системы и задачи управления:
материалы 6-й Всерос. науч. – практ. конф. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. – С.
403-407. (0,53п.л./0,38п.л.).
14. Патент №2360111, РФ, МПК Е21С 35/24. Система автоматического управления рабочим органом избирательного действия горнопроходческого комплекса /Ваколюк А.Я, Недлин Д.М., Притчин С.Б., Глебов Н.А. -Заявл. 23.03.2007, опубл. 27.09.2008, Бюл. № 18.
15. Патент №2405937 РФ, МПК E21D 9/093, E21C 35/24. Система контроля положения и управления движением минищита для строительства мини-тоннелей / Ваколюк А.Я, Глебов Н.А., Надтока В.И., Надтока И.И. и др. – Заявл. 03.08.2009, опубл. 10.12.2010, Бюл. № 34.
Ваколюк Александр Ярославич ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МЕХАТРОННОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МИНИТОННЕЛЕЙ Автореферат Подписано в печать: 30.05.2011.
Формат 60х84 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,5.
Бумага офсетная. Печать цифровая. Тираж 100 экз.
Заказ № 031-0511.
Отпечатано в Издательстве «НОК» 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 155 а