1.2 Цифровые методы

Цифровые методы создания двойников позволяют создавать точные виртуальные модели, которые могут быть легко изменены и адаптированы под различные условия. В частности, Matlab предоставляет широкий набор инструментов для моделирования динамики самых разных систем, включая Simulink и Robotics System Toolbox. Эти методы позволяют проводить сложные расчеты и анализировать поведение системы в реальном времени. Примеры чисто цифровых методов:

1. Моделирование в Matlab с использованием среды Simulink.

2. Применение специализированных библиотек, предназначенных для создания цифровых двойников, таких как Robotics System Toolbox.

3. Использование численных методов для решения дифференциальных уравнений, описывающих движение системы. Примером такого подхода может служить программный комплекс WinTrak.

1.3 Методы на основе машинного обучения

Машинное обучение может быть использовано для создания более сложных моделей, которые учитывают нелинейные зависимости и адаптируются к изменяющимся условиям. Эти методы требуют больших вычислительных ресурсов и данных для обучения, но позволяют создавать модели, способные предсказывать поведение системы в реальных условиях. Примеры методов на основе машинного обучения:

1. Использование нейронных сетей для управления роботом.

2. Применение методов регрессии для анализа данных.

3. Использование алгоритмов кластеризации для выявления закономерностей в работе системы.

2 Разработка робота для исследования энергоэффективности ячейки тяговой аккумуляторной батареи

Разрабатываемый робот является не только объектом исследования для создания цифрового двойника, но и экспериментальной установкой, которая будет использоваться для более детального изучения энергоэффективности ячейки тяговой аккумуляторной батареи (ТАБ). Робот будет оснащён необходимыми датчиками и системами управления, что позволит проводить эксперименты по измерению энергопотребления в различных эксплуатационных циклах.

Для проведения исследований ТАБ необходим специализированный лабораторный стенд, который позволит измерять и анализировать ключевые параметры цикла зарядки-разрядки ячейки аккумуляторной батареи, такие как сила тока, напряжение, текущий уровень заряда. В данном проекте используется ранее разработанный лабораторный стенд на основе микроконтроллерной платы Arduino Nano и датчика тока ACS712, которые войдут в состав разрабатываемого робота, что позволит получить все необходимые данные для анализа и моделирования характеристик батарей при различном энергопотреблении во время движения робота.

Перед разработкой робота был создан план, по которому велся дальнейший процесс разработки.

2.1 Определение требований

Для успешного проведения исследований энергоэффективности ячейки ТАБ робот должен соответствовать следующим требованиям:

1. Измерение параметров ячейки ТАБ:

1. Ток: робот должен быть оснащён датчиком тока для измерения силы тока в цепи зарядки и разрядки ТАБ.

2. Напряжение: необходимо измерять напряжение на клеммах ячейки ТАБ с помощью аналоговых входов микроконтроллера.

3. Уровень заряда: робот должен иметь возможность отслеживать текущий уровень заряда батареи на основе измерений тока и напряжения.

2. Управление движением:

1. Робот должен быть способен двигаться по заданным траекториям с различными скоростями и ускорениями, чтобы имитировать различные эксплуатационные циклы.

2. Для управления движением робот будет оснащён двумя двигателями постоянного тока с возможностью регулировки скорости и направления вращения.

3. Для контроля положения и скорости робота могут использоваться энкодеры или датчики скорости.

3. Регистрация данных:

1. Робот должен быть способен записывать данные в реальном времени с датчиков тока и напряжения, а также синхронизовать эти данные с системой управления двигателями.

2. Данные должны передаваться на компьютер для дальнейшей обработки и анализа. Для этого будет использоваться последовательный интерфейс (UART) и программное обеспечение для логирования данных (например, PuTTY).

4. Энергоснабжение:

1. Робот будет питаться от исследуемой ячейки ТАБ, что позволит напрямую измерять её характеристики в процессе работы.

2. Для зарядки ячейки ТАБ будет использоваться внешний источник постоянного тока с регулируемыми параметрами (например, АКИП-1101).

5. Программное обеспечение:

1. Микроконтроллер робота должен быть запрограммирован для управления двигателями, сбора данных с датчиков и передачи их на компьютер.

2. Программное обеспечение должно включать алгоритмы фильтрации данных для повышения точности измерений.