ArticlePDF Available

Автоматизация исследования динамики 3D-моделей оптико-механических систем с использованием среды MATLAB

Authors:

Abstract

При разработке сложной оптической техники трудоемкой задачей является выбор шагового двигателя. Разработана методика по оценке мощности шагового двигателя, основанная на использовании САПР SOLIDWORKS и Matlab/Simulink. Для механизма панкратического объектива разработана динамическая модель, позволяющая определить необходимый крутящий момент, развиваемый двигателем, с учетом воздействия пружин, сложного профиля и программного изменения угла поворота кулачкового механизма. Данная методика включает в себя несколько этапов. Сутью первого этапа является получение из 3D-модели САПР SolidWorks модели в среде MatLab. Сначала 3D-модель экспортируется в xml-файл данных с помощью транслятора Simscape Multibody Link. После того как произведен экспорт в xml-файл, модель импортируется непосредственно в Simscape Multibody Model. При трансляции, телам модели Simulink передаются соответствующие массо-инерционные характеристики компонентов сборки SolidWorks, а также сопряжения между телами 3D-модели SolidWorks, которые преобразуются в степени свободы динамических тел Simulink. Фактически при трансляции осуществляется построение динамической модели механизма. Для обеспечения визуализации модели Simulink геометрия элементов сборки SolidWorks передается с помощью транслируемых stl-файлов. Вторым этапом является доработка полученной динамической модели.
Vol. 16, No. 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Modern
Information
Technologies
and IT-Education
НАУЧНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ
Автоматизация исследования динамики 3D-моделей
оптико-механических систем с использованием среды
Matlab
В. М. Понятский, А. В. Романов*
-



Аннотация
 
         
  -
       
          -

           -



       
-
-

-


Ключевые слова: 
Для цитирования:   

      

© Понятский В. М., Романов А. В., 2020


УДК 658.51: 621.45
DOI: 10.25559/SITITO.16.202001.139-151
Том 16, № 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Современные
информационные
технологии
и ИТ-образование
SCIENTIFIC SOFTWARE IN EDUCATION AND SCIENCE
Use of the Automated Design-Time Environments for
Research of Dynamics of Mechanical Systems
V. M. Ponyatsky, A. V. Romanov*



Abstract
-

-


    
      
-


       



Keywords:

For citation:
      
Sovremennye informacionnye tehnologii i IT-obra-
zovanie

141
SCIENTIFIC SOFTWARE IN EDUCATION AND SCIENCE
V. M. Ponyatsky,
A. V. Romanov
Vol. 16, No. 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Modern
Information
Technologies
and IT-Education
Введение

      
-
      -



  -

-


    -
  
      
  -

      
-


     
 
        
      -
        
      

Методика исследования динамики
отико-механических систем

-


       










Оценка мощности шагового двигателя
для механизма панкратического
объектива
      -
      -

Этап 1. Экспорт 3D-модели механизма панкратического
объектива в xml-файл данных
    






     -
-
  

       
  



 -
   
   -

     -
   -

Этап 2. Импорт xml-файла механизма панкратического
объектива в среду Matlab





      





142 НАУЧНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ В. М. Понятский,
А. В. Романов
Том 16, № 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Современные
информационные
технологии
и ИТ-образование




143
SCIENTIFIC SOFTWARE IN EDUCATION AND SCIENCE
V. M. Ponyatsky,
A. V. Romanov
Vol. 16, No. 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Modern
Information
Technologies
and IT-Education


Этап 3. Доработка модели механизма панкратического
объектива
Реализация модели шагового двигателя
-
  -

 
 
     -

    -


    
     -

       




144 НАУЧНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ В. М. Понятский,
А. В. Романов
Том 16, № 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Современные
информационные
технологии
и ИТ-образование
-
-

Реализация профиля кулачкового механизма
-



      -
-
-





145
SCIENTIFIC SOFTWARE IN EDUCATION AND SCIENCE
V. M. Ponyatsky,
A. V. Romanov
Vol. 16, No. 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Modern
Information
Technologies
and IT-Education
    
      
-
  
-

-

-
     
   -

Моделирование воздействия пружин
   -
         















146 НАУЧНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ В. М. Понятский,
А. В. Романов
Том 16, № 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Современные
информационные
технологии
и ИТ-образование
Этап 4. Моделирование функционирования механизма
панкратического объектива
 -
      -
        
     -

 -







147
SCIENTIFIC SOFTWARE IN EDUCATION AND SCIENCE
V. M. Ponyatsky,
A. V. Romanov
Vol. 16, No. 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Modern
Information
Technologies
and IT-Education




148 НАУЧНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ В. М. Понятский,
А. В. Романов
Том 16, № 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Современные
информационные
технологии
и ИТ-образование




149
SCIENTIFIC SOFTWARE IN EDUCATION AND SCIENCE
V. M. Ponyatsky,
A. V. Romanov
Vol. 16, No. 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Modern
Information
Technologies
and IT-Education


Выводы
  

     
    -

Список использованных источников
[1] -
   -

[2]     -
-

[3]   

     
  
      

[4]       


[5]       
-
          
   
    
-

[6]     
   -
           -
          
   

[7]       
    

 

[8] -
  
        
   
      

[9] -

[10]       
      
        
        
      
    

 

150 НАУЧНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В ОБРАЗОВАНИИ И НАУКЕ В. М. Понятский,
А. В. Романов
Том 16, № 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Современные
информационные
технологии
и ИТ-образование
[11]        

   
       
     
  

[12]         
      
       
          
  

[13]       
  

      
       

[14] -
-

   -

  -

[15]  -
-
       

[16]    -

   

     

Поступила 21.11.2019; принята к публикации 15.04.2020;
опубликована онлайн 25.05.2020.
Об авторах:
Понятский Валерий Мариафович -
    
         


Романов Алексей Вячеславович  
    
-
    

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант
рукописи.
References
[1] Raschet i konstruirovanie tochnyh mekhaniz-
mov

[2] Tekhnicheska-
ya mekhanika i detali mashin priborov
-

[3]      
  

[4] -
11th International Conference
on System Safety and Cyber-Security (SSCS 2016).
      

[5] 
        -
  Izvestiya Tula State Univer-
sity. Tekhnicheskie nauki  -
      


[6]        -
      
Journal of Optical Tech-
nology      

[7]        
    
    


[8]       
      
        
       

[9]        

[10]   
      
   -
 INDIN ‘05. 2005 3rd IEEE International Con-
ference on Industrial Informatics, 2005.
  

[11] 

   


[12]        
  ACM SIGSOFT Software Engineering
Notes.      

[13]       -

Proceedings of the 10th Interna-
151
SCIENTIFIC SOFTWARE IN EDUCATION AND SCIENCE
V. M. Ponyatsky,
A. V. Romanov
Vol. 16, No. 1. 2020 ISSN 2411-1473 sitito.cs.msu.ru
Modern
Information
Technologies
and IT-Education
tional Conference on Informatics in Control, Automation and
Robotics

[14] -
 Meždunarodnyj
naučno-issledovatel’skij žurnal   


[15] Matematicheskoe modelirovanie dinamiki mex-
anizmov i mexanicheskix podsistem ciklicheskoy avtomatiki
      
   

[16]         
      Izvestiya
Tula State University. Estestvennye nauki = 
-
   -

Submitted 21.11.2019; revised 15.04.2020;
published online 25.05.2020.
About the authors:
Valeriy M. Ponyatsky

  

Alexey V. Romanov     

 

All authors have read and approved the final manuscript.
... В подтверждение своих слов автор предлагает алгоритм оптимизации параметров кулачкового механизма, основанный на применении компьютерных технологий и включающий в себя этапы ввода исходных данных, определения кинематических и геометрических параметров, анализа результатов и их оценки по заданным критериям [6]. В работе В. М. Понятского и А. В. Романова представлена реализация переменного профиля кулачкового механизма с использованием возможностей пакета прикладных программ Matlab [7]. Преимущества применения инженерного математического программного обеспечения Mathcad на примере кинематического расчета тангенциальных кулачков представлены в работах [8,9]. ...
Article
Full-text available
The article shows the features of the construction of cams with a convex profile, the method of kinematic calculation of the pusher when it moves along a convex and rounded surface is given. A technique is proposed to determine the coordinate center of the radius of the convex surface of the cam. Calculations of the stroke, speed and acceleration of the pusher depending on the angle of rotation of the cam shaft are performed using the Mathcad system. Using the Mathcad program for cams with a convex profile, graphs of the pusher lift, changes in its speed and acceleration are constructed. The proposed method of calculating the cams of a convex profile of various sizes with the determination of the lifting height, speed, acceleration of the pusher and the construction of their graphs in the Mathcad system will allow designing cams and copiers necessary for processing cam shafts.
Conference Paper
Full-text available
Model-based development of software using tools such as MathWorks Simulink has become common in the engineering of safety-critical systems. When working with Simulink, engineers need to be able to assure that the subject models possess crucial properties such as: (1) safety properties are met, (2) the use of measurement units is consistent, (3) freedom from exceptions, (4) the execution sequences of blocks is as planned, and (5) data types are inferred properly. In this paper, we describe: (a) an approach to the graphic decoration of Simulink models to display information determined by formal verification, and (b) a system, SimulinkDec, that implements the decoration. Block colouring, enhancements to block textual descriptions, and comments are used to present the information of interest to the user. SimulinkDec provides a graphical user interface that allows engineers to easily perform formal verification and display the results of that analysis.
Conference Paper
Full-text available
The management of distributed and embedded service systems is a complex task as the services are exposed to changing environments which have to be reflected by the services' configurations. These configurations are commonly based on abstract management policies. Embedded devices usually lack the resources to perform the necessary computations to derive an actual configuration from an abstract policy. Thus we developed a two phase management approach that splits up the management process into a design-time and a runtime task. At design-time a model of the managed system is created. This model is augmented by high-level, environment-aware management policies that are automatically refined to low-level service configurations using graph-transformation techniques. This phase is based on the concepts of model-based management and on parts of the generalized role based access control model to handle the modeling of the environment-aware policies. The runtime phase covers the enforcement of the environment-aware management policies by a set of management services responsible for the setting of suitable service configurations.
Article
System engineers are facing demanding challenges in terms of complexity and interconnectedness. Current research initiatives like Organic or Autonomic Computing propose to increase the freedom of the system to be developed using concepts like adaptivity and self-organisation. Adaptivity means that for such systems we defer a part of the design process from design time to runtime. Therefore, we need a runtime infrastructure which takes care of runtime modifications. This paper presents a meta-design process to develop adaptive systems and parametrise the runtime infrastructure in a unified way. To demonstrate the proposed design process, we applied it to a communication scenario and evaluate the resulting system in a realistic setting.
Article
This paper discusses a technique for constructing mathematical models that take into account the variation of the image quality of on-board optoelectronic systems (OESs) as a consequence of the action of external perturbations [temperature, pressure, the parameters of the environment (the optical weather), accelerations, moments] and the influence of the dynamics of the carrier and the adjustment systems that ensure the image quality of the OES. A structure and a technique are presented for developing mathematical models based on an iterative procedure for predetermining the parameters of these models and the dynamic models of the adjustment systems that ensure the image quality of the OES. The product of the modulation-transfer functions of the motion of the image of the subsystems of the optoelectronic channel of the OES serves as a criterion for evaluating the image quality.
Расчет и конструирование точных механизмов / Ю. Д. Первицкий. -Изд. 2-е, доп. и переработ
  • Ю Д Первицкий
Первицкий, Ю. Д. Расчет и конструирование точных механизмов / Ю. Д. Первицкий. -Изд. 2-е, доп. и переработ. -Л., Машиностроение, 1976.
Техническая механика и детали машин приборов
  • М Э Народецкая
Народецкая, М. Э. Техническая механика и детали машин приборов / М. Э. Народецкая, Б. А. Торбан, А. И. Аркуша. -М.: Машиностроение, 1982.