- •1. Введение
- •1.1. Задачи, стадии и этапы проектирования
- •1.2. Задачи коммерциализации: бизнес-план и жизненный цикл продукции
- •1.3. Вопросы для самоконтроля
- •2. Проектирование элементов мехатронных систем
- •2.1. Мехатроника – инструментарий для разработки робототехники
- •2.2. Программный инструментарий для проектирования мехатронных систем
- •2.3. MexBios Development StidioTm
- •2.4. Программное обеспечение VisSim
- •2.6. Вопросы для самоконтроля
- •3. Оптимизация пид-регулятора по заданному целевому функционалу
- •3.1. Основные требования к системе и математический аппарат
- •3.2. Требования к физической реализуемости модели
- •3.3. Формализация требований к системе: целевая функция
- •3.4. Особенности целевых функций при оптимизации регуляторов
- •3.5. Синтетические критерии оптимальности
- •3.6. Оптимизация ансамбля систем
- •3.7. Методы одномерной оптимизации
- •3.7.1. Прямые методы отыскания экстремума
- •3.7.2. Итеративный поиск
- •3.7.3. Метод Монте-Карло
- •3.7.4. Дихотомическое деление отрезка
- •3.7.5. Метод чисел Фибоначчи
- •3.7.6. Метод золотого сечения
- •3.8. Методы многопараметрической оптимизации
- •3.8.1. Случайный поиск
- •3.8.2. Метод исключения касательными
- •3.8.3. Градиентный метод
- •3.8.4. Метод Ньютона
- •3.8.5. Метод секущих
- •3.8.6. Метод покоординатного спуска
- •3.8.7. Метод Розенброка
- •3.8.8. Метод Хука – Дживса
- •3.8.9. Метод Нелдера – Мида (деформируемого многогранника)
- •3.8.10. Метод Флетчера-Рився (сопряженных градиентов)
- •3.8.11. Метод Девидона – Флетчера – Пауэлла (переменной метрики)
- •3.8.12. Метод локальной оптимизации
- •4. Эволюционные методы
- •4.1. Введение в эволюционные методы
- •4.2. Генетический алгоритм
- •4.3. Простой генетический алгоритм
- •4.4. Преимущества генетических алгоритмов
- •4.5. Пример с транспьютерными технологиями
- •4.6. Генетический метод комбинирования эвристик
- •5. ДинамическОе программирование
- •5.1. Принцип динамического программирования
- •Литература
- •ПриложенИя Приложение 1. Система технической документации на асу
- •Приложение 2. Выдержки из гост 34.601-90. Автоматизированные системы. Стадии создания
- •1. Общие положения
- •2. Стадии и этапы создания ас
- •Приложение 3. Выдержки из гост 34.602-89. Техническое задание на создание автоматизированной системы
- •1. Общие положения
- •2. Состав и содержание
- •3. Правила оформления
- •1. Исходные предпосылки создания комплекса
- •2. Взаимосвязь екс ас с другими системами и комплексами стандартов
- •1. Общие положения
- •2. Предварительные испытания
- •2.2. Автономные испытания
- •2.3. Комплексные испытания
- •3. Опытная эксплуатация
- •4. Приемочные испытания
- •1. Общие положения
- •2. Требования к содержанию документов
- •2.1. Схема организационной структуры
- •2.2. Описание организационной структуры
- •2.3. Технологическая инструкция
- •2.4. Инструкция по эксплуатации
- •2.5. Должностная инструкция
- •1. Виды и наименование документов
- •2. Комплектность документации
- •3. Обозначения документов
- •1. Введение 3
- •2. Проектирование элементов мехатронных систем 13
- •3. Оптимизация пид-регулятора по заданному целевому функционалу 19
- •4. Эволюционные методы 43
- •5. ДинамическОе программирование 56
1.3. Вопросы для самоконтроля
В каком порядке выполняются следующие этапы по проектированию технических проектов: ОКР, Изготовление опытных образцов, НИР, Испытания и приемка, Разработка технической документации.
В чем суть проектирования методами «сверху вниз» и «снизу вверх»?
Кем разрабатывается ТЗ на ОКР и почему?
Кем разрабатывается ТЗ на НИР и почему?
Какой этап предшествует техническому проектированию?
Назовите основные этапы ОКР.
Перечислите основные цели автоматизации проектирования.
Назовите основные методы уменьшения трудоемкости инженерного труда.
Какими методами достигается улучшение качества проектирования?
Какие из перечисленных методов используются для сокращения трудоемкости проектных работ: автоматизация оформления проектной документации, совмещенное (параллельное) проектирование, вариативное проектирование и оптимизация?
Какие из перечисленных задач автоматизации проектных работ могут противоречить друг другу: сокращение трудоемкости проектирования, сокращение себестоимости проектирования, сокращение цикла «проектирование – изготовление»?
Назовите основные виды обеспечения САПР.
Классический и системный подходы. Два определение системного подхода, их отличия.
Какие преимущества дает использование электронных чертежей (схем) перед бумажной технологией?
Для чего нужна ассоциативная связь между принципиальной электрической схемой и редактором печатных плат?
Какие основные программные пакеты входят в EDA-систему?
2. Проектирование элементов мехатронных систем
2.1. Мехатроника – инструментарий для разработки робототехники
Мехатроникой называют «систему средств совместного проектирования и моделирования узлов точной механики с электронными, электротехническими и компьютерными компонентами, обеспечивающими проектирование и производство качественно новых модулей, машин и систем с интеллектуальным управлением их функциональными движениями», «технологии трансляторов между EDA- и MCAD- системами» [2]. Иными словами, это – инструментарий для разработки интеллектуальных подвижных систем, как правило, робототехнических компонент (манипуляторов, беспилотных транспортных средств и иных интеллектуальных электромеханических устройств и систем).
Первые электромеханические системы состояли, как правило, из условно независимых компонент: механических узлов, электрических узлов и электронных управляющих систем. Деление системы на подсистемы осуществляется для более простого описания ее функционирования, путем выделения отдельных функций и соотнесения их по признаку, какие функции какой подсистемой выполняются.
Например, систему управления радиолокатором можно разделить на чисто механическую часть, состоящую из антенны, редукторов и элементов конструкции, электромеханическую – электродвигатель, электротехническую – усилитель для питания электродвигателя, датчики положения и управляющую электронику.
Современные электромеханические системы уже не могут быть адекватно разделены на условно независимые компоненты: механические узлы, электрические узлы и цифровые электронные управляющие системы. Если такое деление искусственно осуществить, оно не вполне точно будет отражать реальную систему. Промышленность выпускает готовые системы, содержащие встроенные датчики угла поворота, прецизионные системы управления углом поворота, двигатели и редукторы – все в единой сборке. Для управления такой системой достаточно подать на нее электропитание и цифровые сигналы предписанных углов поворота (в соответствии с протоколом обмена). Встроенная управляющая система может содержать собственный микроконтроллер и общаться с внешним устройством как обычный или промышленный компьютер, или, как, например, периферийное устройство (сканер, принтер и т.п.).