Программный комплекс моделирования и анализа исполнительных элементов систем управления специального назначения
Abstract
Представлены результаты разработки и реализации специализированного программного комплекса, предназначенного для моделирования и анализа исполнительных элементов систем управления специального назначения, конструктивно размещаемых на двухкоординатных опорно-поворотных платформах. Научная новизна работы заключается в создании иерархической математической модели, включающей два взаимосвязанных уровня. Верхний уровень формализует процедуру синтеза технических требований к динамическим и точностным характеристикам привода на основе тактико-технических условий применения (характеристик цели, дальности действия и типового сценария). Нижний уровень, являющийся вычислительным ядром комплекса, обеспечивает динамическую верификацию полученных требований путём численного решения системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих исполнительный элемент как электромеханическую систему с каскадным пропорционально-интегральным (ПИ) регулированием скорости, учётом противоэлектродвижущей силы (противо-ЭДС) и стратегией форсировки тока. Предусмотрена возможность перехода к двухмассовой расчётной схеме для учёта упругих деформаций механической передачи. Разработанный комплекс, созданный на языке Python с графическим интерфейсом, автоматизирует полный цикл анализа (от конфигурирования входных параметров до генерации заключения о физической выполнимости требований и визуализации переходных процессов по току, скорости и моменту). Практическая значимость подтверждается возможностью ранней объективной валидации проектных решений, что минимизирует риски как завышения, так и занижения требуемых характеристик исполнительных элементов. We present the results of the development and implementation of a specialized software complex designed for modeling and analyzing the executive elements of special-purpose control systems, which are structurally placed on two-axis support-rotary platforms. The scientific novelty of the work lies in the creation of a hierarchical mathematical model comprising two interconnected levels. The upper level formalizes the procedure for synthesizing technical requirements for the dynamic and accuracy characteristics of the actuator based on the tactical and technical conditions of use (target characteristics, range, and typical scenario). The lower level, which serves as the computational core of the system, provides dynamic verification of the requirements obtained by numerically solving a system of nonlinear differential equations that describe the actuator as an electromechanical system with cascaded proportional integral (PI) speed control, taking into account the counter-electromotive force (counter-EMF) and the current boost strategy. The possibility of switching to a two‑mass calculation model is provided to account for the elastic deformations of the mechanical transmission. The developed system, built using the Python language and featuring a graphical interface, automates the full analysis cycle (from configuring input parameters to generating a conclusion on the physical feasibility of the requirements and visualizing transient processes for current, speed, and torque). The practical significance is confirmed by the possibility of early objective validation of design solutions, which minimizes the risks of both overestimating and underestimating the required characteristics of the actuating elements.