Лазерная система управления движением мехатронного комплекса для строительства минитоннелей

• Автор: Ваколюк, Александр Ярославич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 198 с. : ил.

Введение
СОДЕРЖАНИЕ

1 Критический обзор существующих устройств управления тоннелепроходческими комплексами для строительства минитоннелей
1.1 Анализ тоннелепроходческих комплексов и оборудования для сооружения минитоннелей
1.2 Обзор отечественных и зарубежных систем управления тоннелепроходческими машинами
1.3 Принципы построения систем контроля пространственного положения тоннелепроходческого щита с помощью лазерного луча
1.4 Принципы построения систем обмена информацией посредством лазерного луча
1.5 Требования, предъявляемые к лазерным системам управления тоннелепроходческими машинами
1.6 Актуальность создания лазерных систем обмена информацией и управления мехатронными тоннелепроходческими минищитами и задачи исследований
1.7 Результаты и выводы по главе
2 Мехатронный, комплекс для строительства минитоннелей как объект автоматического управления пространственным движением
2.1 Математическая модель тоннелепроходческого минищита как объекта управления движением в горизонтальной и вертикальной плоскостях
2.2 Метод определения координат минищита и управления его движением
2.3 Принцип построения лазерной системы контроля пространственного положения минищита, обмена информацией и управления
2.4 Результаты и выводы по главе
3 Алгоритм функционирования и математическое моделирование системы контроля положения мииищита, обмена информацией между пультом оператора и оборудованием минищита и управления
3.1 Алгоритм функционирования системы контроля положения минищита, обмена информацией и управления
3.2 Разработка и исследование математической модели системы определения пространственных координат минищита и обмена информаци-

ей посредством лазерного излучения
3.3 Исследование влияния атмосферы минитоннеля на распространение 113 лазерного излучения в ней
3.4 Исследование потерь мощности лазерного луча за счёт его расходи- 120 мости
3.5 Результаты и выводы по главе
4 Расчёт, построение и экспериментальное исследование системы
контроля пространственного положения минищита, обмена информацией и управления
4.1 Выбор метода фотодетектирования оптического излучения, парамет- 124 ров фотодетекторных матриц и типа фото детектора
4.2 Выбор типа источника лазерного излучения и расчёт его мощности
4.3 Модуляция оптического излучения и выбор схемотехнического ре- 132 шения для её осуществления
4.4 Расчёт параметров фильтра и выбор компонентов
4.5 Расчёт порогового устройства и выбор вспомогательных элементов 139 системы
4.6 Анализ влияние шумов на помехоустойчивость оптической системы
4.7 Выбор схемы предварительного усилителя, расчёт её коэффициента 145 передачи и помехоустойчивости системы
4.8 Разработка алгоритма и программы функционирования аппаратуры 150 контроля положения, обмена информацией и управления
4.9 Физическая модель устройства и её исследование
4.10 Результаты и выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗВАННОИ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Переход к рыночной экономике, реформирование жилищно-коммунального комплекса в условиях значительного износа и старения инженерных систем жизнеобеспечения городов и населенных пунктов России, отсутствие достаточных материальных и финансовых ресурсов на их реновацию значительно обострили в последние годы проблему обеспечения требуемой надежности и экологической безопасности подземных коммуникаций городов России.
Тенденции последних лет указывают на то, что коммунальными службами городов-мегаполисов различных стран всё большее внимание уделяется вопросам использования перспективных бестраншейных технологий восстановления (санации) и прокладки новых водопроводных, водоотводящих и других коммунальных сетей, что является альтернативой традиционному открытому способу реконструкции и строительству трубопроводов котлованным и траншейным способами.
В большинстве российских городов из-за недостатка или отсутствия соответствующего оборудования и материалов, а также средств для их приобретения, ремонт и прокладка коммуникаций производятся преимущественно открытым способом, 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 тоннелепроходческие и минищитовые комплексы в общем случае представляющие собой робототехнические и мехатронные комплексы.
Большой вклад в развитие теоретических положений робототехники и мехатроники внесли учёные И.М. Макаров, К.В. Фролов, Е.П. Попов, B.C. Ку-

Таким образом, на основании анализа существующих оптических устройств управления, изучения особенностей комплексов для строительства минитоннелей с точки зрения оснащения их оптическими системами управления и опыта эксплуатации существующих систем можно сформулировать следующие основные требования, системы должны:
1) осуществлять надежный приём излучения прямого и обратного каналов при вибрациях и отклонениях управляемой машины от заданного направления движения; а также различных фоновых засветках фотоприёмных модулей;
2); контролировать координаты двух точек продольной оси машины в плане и профиле с точностью 1-5мм, угловые: отклонение до 5° и измерять' пройденный машиной путь с точностью 10-5 Омм [22];
3) осуществлять ведение машины на прямолинейных и криволинейных участках пути;
4) обеспечивать автоматическое сопровождение машины по дальности на расстояние до 100-15 Ом;
5); осуществлять отбор, преобразование и передачу информации различного характера посредством прямого и обратного оптических каналов связи со скоростью 115,2 Кбит/с, что позволяет нормально функционировать комплексу в целом с возможностью организации как автоматического, так и автоматизированного управления комплексом;
6) надёжно работать при изменениях оптической плотности среды в пределах от 0 до 6-10, запылённости атмосферы тоннеля.0-500 мг/м3 (в зоне установки приёмных устройств), температуре окружающей среды от -10° до +50°С и влажности 50 - 98% и изменении питающего напряжения до ±10%;
7) быть безопасными для рбслуживающего персонала;
8) в схемном и конструктивном решении должны быть простыми, малых габаритов, отвечать требованиям искробезопасности и универсальности для различного типа тоннелепроходческих машин с возможностью легкого подключения к ним дополнительного информационного оборудования;
9) отвечать высоким требованиям надежности.