Дисертації (КІОНС)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Система управління, орієнтації та навігації автономних безпілотних підводних апаратів на основі мікроелектромеханічних технологій(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Гуриненко, Станіслав Олегович; Бурау, Надія ІванівнаГуриненко С.О. Система управління, орієнтації та навігації автономних безпілотних підводних апаратів на основі мікроелектромеханічних технологій – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 – Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології (15 – Автоматизація та приладобудування). – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуального та важливого науково-практичного завдання вдосконалення систем управління, орієнтації та навігації із застосуванням мікроелектромеханічних технологій для автономного безпілотного підводного апарата класу Міні. У першому розділі дисертації наведено огляд та проаналізовано сучасний стан і тенденції розвитку безпілотних підводних апаратів. Проведено огляд загальних характеристик та розглянуто основні функціональні можливості та завдання, які можуть бути поставлені перед безпілотними підводними апаратами. Показано, що пріоритетним напрямком розвитку морської робототехніки є розвиток автономних безпілотних підводних апаратів. Наведено класифікацію автономних безпілотних підводних апаратів за конструктивною формою. Проаналізовано склад бортового навігаційного обладнання та обладнання, яке забезпечує керування апарата. На основі проведеного огляду розглянуто виконані роботи, які присвячені дослідженню систем орієнтації та навігації, а також проведено огляд робіт за системами управління автономних безпілотних підводних апаратів. На основі огляду та аналізу раніше виконаних робіт з’ясовано, що: напрямок морської робототехніки в області розробки автономних безпілотних підводних апаратів поступово розвивається; поступово модернізується бортове обладнання, тобто відомі пристрої морської підводної навігації оновлюються та переходять на нову елементну базу; досліджуються та розробляються алгоритмічні методи керування. Однак, практично відсутні комплексні роботи та дослідження, які описують поєднання конструктиву апарата та його вплив на керування; не наводяться роботи, які присвячені дослідженню автономних систем визначення просторового положення та місцезнаходження (орієнтації та навігації) із застосуванням мікроелектромеханічних систем та вибором цих систем. Виходячи із проведеного огляду виконаних робіт сформовано мету дослідження, яка полягає у вдосконалені систем орієнтації, навігації та управління автономних безпілотних підводних апаратів для забезпечення виконання багатоцільових завдань та розширення функціональних можливостей апаратів із застосуванням у цих системах МЕМС технологій. Для досягнення поставленої мети дослідження необхідно вирішити наступні завдання: провести огляд стану проблеми; провести чисельне моделювання конструкції апарата та аналіз гідродинамічних характеристик апарата, визначити коефіцієнти сили супротиву та підіймальної сили обраної конструкції апарата; обґрунтувати систему орієнтації та навігації автономного безпілотного підводного апарата, розробити імітаційні моделі датчиків, побудованих на МЕМС технологіях, імітаційну модель інерціальної навігаційної системи, встановити залежності параметрів орієнтації та навігації та їх похибок від напрямку руху; розробити та виконати імітаційне моделювання каналів керування автономного безпілотного підводного апарата за зануренням та за кутом курсу із урахуванням коефіцієнтів сили супротиву та конструктивних параметрів апарата; впровадити отримані результати. Другий розділ дисертаційного дослідження присвячено аналізу об’єкта керування та оцінці гідродинамічного конструктиву апарата. Розроблено конструкцію та створено тривимірні моделі безпілотного підводного апарату класу міні, проведено моделювання їх простого руху та визначено гідродинамічні характеристики моделей. На основі результатів дослідження простого прямолінійного руху обрано одну конструкцію апарата, для якої проведено моделювання складного руху за обраними траєкторіями: коло, розворот та півхвиля, визначено гідродинамічні характеристики моделі. Для обраної конструкції проведено гідродинамічний розрахунок із визначення гідродинамічних коефіцієнтів, геометричних та масогабаритних характеристик апарата, які у подальшому будуть враховуватися при моделюванні системи управління. Третій розділ дисертаційного роботи присвячено дослідженню систем орієнтації та навігації. Обґрунтовано використання безплатформної інерціальної навігаційної системи, та проаналізовано її склад. Розроблено імітаційні моделі чутливих елементів (акселерометра та гіроскопа) обраної системи, проведено їх моделювання з урахуванням характеристик реальних приладів. Встановлено, що похибки моделювання розроблених моделей становлять: для акселерометра від 33% до 50%, в залежності від чутливості прилада, у порівнянні із вихідним сигналом реального акселерометра; для гіроскопа – 16% у порівнянні із вихідним сигналом реального гіроскопа. Розроблено імітаційну модель безплатформної інерціальної навігаційної системи, яка враховує моделі сенсорів, та проведено чисельне моделювання роботи системи. Встановлено функціональні залежності параметрів орієнтації та навігації і їх похибок від напрямку руху автономного безпілотного підводного апарата класу міні на основі МЕМС технологій, аналіз яких свідчить про стабільність роботи системи протягом усередненого часу функціонування апарата. Четвертий розділ дисертації присвячено обгрунтуванню та дослідженню системи процесу управління апаратом із урахуванням параметрів об’єкта. На основі обраної системи управління розглянуто автономний безпілотний підводний апарат як об’єкт управління. Розроблено функціональну схему автоматичного управління. Розроблена схема враховує конструкцію та бортове обладнання апарата. Розглянуто систему рівнянь руху апарата, на основі якої виділено та досліджено канали керування рухом занурення та за кутом курсу. У середовищі Simulink розроблено імітаційні моделі автономного безпілотного підводного апарата та проведено чисельне моделювання. На основі отриманих результатів у розроблену імітаційну модель каналу керування за кутом курсу до якої було введено пропорційно-інтегрально-диференційний регулятор. За результатами проведених досліджень створено та обґрунтовано інформаційні моделі каналів керування зануренням та зміною кута курсу автономного безпілотного підводного апарата. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: набув подальшого розвитку дослідницький підхід, що полягає у комплексному оцінюванні об’єкта та врахуванні його гідродинамічних характеристик і параметрів мікроелектромеханічних сенсорів при вдосконаленні системи орієнтації, навігації та керування автономного безпілотного підводного апарата; встановлено нові функціональні залежності параметрів орієнтації та навігації і їх похибок від напрямку руху автономного безпілотного підводного апарата класу міні на основі МЕМС технологій; створено та обґрунтовано інформаційні моделі каналів керування зануренням та зміною кута курсу автономного безпілотного підводного апарата, які враховують інформацію про геометричні та гідродинамічні характеристики об’єкта, задання потрібних значень параметрів руху та обчислення відповідних траєкторій, формування сигналів керування, інформацію про результати керування та значень відхилення глибини та кута курсу. Отримані результати під час дисертаційного дослідження мають практичне значення, яке полягає у застосуванні методів та підходів у вирішені задач пов’язаних із обґрунтуванням вибору конструкції апарата; застосуванні методики проведення комплексного дослідження апарата; застосуванні імітаційних моделей чутливих елементів (акселерометра та гіроскопа) інерціальної навігаційної системи, які враховують параметри та характеристики реальних датчиків; застосуванні імітаційної моделі безплатформної інерціальної навігаційної системи, яка враховує моделі чутливих елементів та їх характеристики; застосуванні імітаційних моделей каналів управління автономного безпілотного підводного апарата, які враховують конструкційні та масо-габаритні характеристики апарата. Результати дисертаційних досліджень мають практичне впровадження.Документ Відкритий доступ Вдосконалення бортової системи керування і контролю для багатокласової діагностики авіаційного газотурбінного двигуна(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Паздрій, Ольга Ярославівна; Бурау, Надія ІванівнаПаздрій О.Я. Вдосконалення бортової системи керування і контролю для багатокласової діагностики авіаційного газотурбінного двигуна. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 174 - Автоматизація, комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка (17 - Електроніка, автоматизація та електронні комунікації). – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вдосконаленню бортової системи керування і контролю для багатокласової діагностики авіаційного газотурбінного двигуна шляхом включення підсистеми багатокласової діагностики у бортову систему контролю вібрації авіаційного газотурбінного двигуна (ГТД) на основі багаторівневої обробки діагностичної інформації. Одним із основних факторів підвищення безпеки польотів та запобігання катастрофічних ситуацій є розробка та вдосконалення існуючих бортових систем керування і контролю авіаційним ГТД. Сучасні системи керування і контролю авіаційних двигунів побудовані за принципом структурного моніторингу (Structural Health Monitoring). Ключовою задачею під час процесу моніторингу є отримання, перетворення та аналіз діагностичної інформації з метою виявлення експлуатаційних пошкоджень двигуна в реальному часі. У роботі обґрунтовано застосування комбінації різних методів аналізу віброакустичних сигналів для реалізації підсистеми багатокласової діагностики у складі бортової системи контролю вібрації ГТД. На основі отриманих діагностичних ознак експлуатаційних пошкоджень та порушень штатних режимів функціонування двигуна, розроблено програмні алгоритми діагностики різних класів порушень експлуатаційних режимів роботи двигуна і пошкоджень роторних елементів на етапі їх зародження. Основна частина дисертаційної роботи складається з чотирьох розділів, які присвячені дослідженню шляхів вдосконалення бортової системи керування і контролю для багатокласової діагностики авіаційного газотурбінного двигуна. Перший розділ присвячено огляду стану проблеми та обґрунтуванню напрямку досліджень дисертаційної роботи. Описано загальну характеристику авіаційних двигунів, як складної обертової системи. Розглянуто основні небезпечні експлуатаційні несправності роторних елементів двигунів. Особливу увагу було приділено розгляду таких пошкоджень двигунів як втомні пошкодження лопаток робочих коліс ГТД та руйнування валів через розвиток тріщин під впливом згинаючих і скручуючих моментів. Розглянуто основні сучасні методи та напрямки діагностики авіаційних двигунів у процесі експлуатації. Обґрунтовано переваги та можливості застосування вібраційної діагностики ГТД безпосередньо в процесі експлуатації двигуна. Розглянуто типову структуру бортової системи управління і контролю ГТД. Складовою системи управління і контролю ГТД є бортова система контролю вібрації. У розділі приведена загальна характеристика бортових систем контролю вібрації авіаційного двигуна. Показані основні тенденції розвитку автоматичних систем керування і діагностики технічного стану газотурбінних двигунів. Проведено аналіз попередніх робіт за темою дослідження та обґрунтовано мету і завдання даних напрямів дослідження. У другому розділі дисертаційної роботи запропоновано вдосконалення бортової системи управління і контролю ГТД шляхом розширення функціональних можливостей бортової системи контролю вібрацій для забезпечення багатокласової діагностики на основі вже існуючої бортової системи контролю вібрацій двигуна за допомогою включення до її складу підсистеми багатокласової діагностики. Приведено опис та функціональну схему вдосконаленої бортової системи контролю вібрації двигуна. Розглянуто детально призначення та функції, які виконує штатна бортова система контролю вібрації двигуна та які пристрої входять до її складу. Визначено, що для реалізації Підсистеми багатокласової діагностики центральними є питання розробки та обґрунтування методичного, алгоритмічного та програмного забезпечення для ефективного діагностування експлуатаційних порушень чи несправностей роторних елементів двигуна. Обґрунтовано методи обробки діагностичної інформації для такої системи. Визначено, що оскільки вимірювані діагностичні вібраційні сигнали в більшості випадків являються локально чи суттєво нестаціонарними процесами, тому особливу увагу приділено розгляду таких методів аналізу сигналів, які дозволяють виявляти приховані залежності та досліджувати більш тонку структуру сигналу. Було обґрунтовано вибір та розглянуто основні принципи таких методів аналізу сигналів як: Частотночасовий, Біспектральний, Вейвлет-перетворення та Фрактальний аналіз. Приведено методичні аспекти для інтерпретації вібраційних сигналів на основі Фрактального аналізу. У третьому розділі дисертаційної роботи представлено результати моделювання та аналіз тріщиноподібних пошкоджень роторних елементів авіаційного газотурбінного двигуна таких як вал ротора двигуна та лопатка робочого колеса турбіни. Розроблено методичне, алгоритмічне та програмне забезпечення для діагностики початкового тріщиноподібного пошкодження валу ротора двигуна та початкового тріщиноподібного пошкодження лопатки робочого колеса турбіни двигуна. Розроблені та представлені у графічній формі програмні алгоритми діагностування тріщини для валу ротора та лопаток двигуна для реалізації блоків діагностики тріщини валу та діагностики тріщини лопатки, які включені в склад Підсистеми багатокласової діагностики, яка може бути програмно реалізована у вдосконаленій бортовій системі контролю вібрації двигуна. У четвертому розділі дисертаційної роботи представлено результати фізичного моделювання обертової системи з імітацією експлуатаційних порушень та результати обробки, отриманих у ході фізичного моделювання віброакустичних сигналів. Описано фізичну модель, вимірювальну схему для проведення запису віброакустичних сигналів та показано зовнішній вигляд експериментальної установки. Для діагностики кожного класу порушення таких як: дисбаланс; потрапляння сторонніх предметів у компресор силової турбіни двигуна; задирання лопаток компресора силової турбіни розроблено діагностичний програмний алгоритм для його впровадження у Підсистему багатокласової діагностики у складі вдосконаленої бортової системи контролю вібрації двигуна. Представлено результати аналізу ефективності застосування багаторівневого аналізу віброакустичних сигналів для виділення діагностичних ознак та ідентифікації різних експлуатаційних порушень штатних режимів експлуатації ГТД. Усі результати, що виносяться на захист, є новими. Вони неодноразово обговорювалися на міжнародних конференціях. За матеріалами дисертації опубліковано 6 статей, 14 тез конференцій та одне свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір які повною мірою відображають її зміст.Документ Відкритий доступ Тепловізійні системи спостереження безпілотних авіаційних та космічних приладів(2021) Пінчук, Богдан Юрійович; Колобродов, Валентин Георгійович