:: ECONOMY :: ОСОБЛИВОСТІ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЛЕБІДОК ДЛЯ КАБЕЛЬНИХ РОБОТІВ :: ECONOMY :: ОСОБЛИВОСТІ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЛЕБІДОК ДЛЯ КАБЕЛЬНИХ РОБОТІВ
:: ECONOMY :: ОСОБЛИВОСТІ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЛЕБІДОК ДЛЯ КАБЕЛЬНИХ РОБОТІВ
 
UA  PL  EN
         

Світ наукових досліджень. Випуск 55

Термін подання матеріалів

23 вересня 2026

До початку конференції залишилось днів 61



  Головна
Нові вимоги до публікацій результатів кандидатських та докторських дисертацій
Редакційна колегія. ГО «Наукова спільнота»
Договір про співробітництво з Wyzsza Szkola Zarzadzania i Administracji w Opolu
Календар конференцій
Архів
  Наукові конференції
 
 Лінки
 Форум
Наукові конференції
Наукова спільнота - інтернет конференції
Світ наукових досліджень www.economy-confer.com.ua

 Голосування 
З яких джерел Ви дізнались про нашу конференцію:

соціальні мережі;
інформування електронною поштою;
пошукові інтернет-системи (Google, Yahoo, Meta, Yandex);
інтернет-каталоги конференцій (science-community.org, konferencii.ru, vsenauki.ru, інші);
наукові підрозділи ВУЗів;
порекомендували знайомі.
з СМС повідомлення на мобільний телефон.


Результати голосувань Докладніше

 Наша кнопка
www.economy-confer.com.ua - Економічні наукові інтернет-конференції

 Лічильники
Українська рейтингова система

ОСОБЛИВОСТІ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ЛЕБІДОК ДЛЯ КАБЕЛЬНИХ РОБОТІВ

 
21.06.2026 14:09
Автор: Угольніков Геннадій Геннадійович, аспірант, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова; Герасін Олександр Сергійович, кандидат технічних наук, доцент, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова
[26. Технічні науки;]

ORCID: 0009-0003-0508-1997 Угольніков Г.Г.

ORCID: 0000-0001-5107-9677 Герасін О.С.

Кабельні паралельні роботи (КПР) належать до класу маніпуляторів, у яких положення та орієнтація рухомої платформи задаються довжинами й натягом гнучких кабелів, що намотуються на приводні лебідки. Завдяки малій інерції рухомих частин, гнучкості та великому робочому простору такі системи застосовують у логістиці, будівництві, реабілітаційній техніці та 3D-друці. Адекватність імітаційної моделі КПР значною мірою визначається коректністю відтворення роботи приводної лебідки та пружних властивостей кабелю, проте підвищення достовірності моделі майже завжди супроводжується зростанням обчислювальних витрат [1].

У літературі питання моделювання пружності та провисання кабелів КПР опрацьоване переважно на «важкому» кінці спектра деталізації – на основі теорії стрижнів, балок та методу скінченних елементів [2]. Водночас бракує робіт, які у середовищі MATLAB/Simulink надавали б обчислювально ефективну модель лебідки та обґрунтовували вибір рівня деталізації приводу за критеріями «точність – швидкодія». Метою роботи є порівняння трьох практичних підходів до моделювання приводу лебідки КПР і формулювання рекомендацій щодо їх застосування.

Об’єктом моделювання є приводна лебідка з барабаном радіуса намотування r та підвішеним вантажем масою m, де кінематичні параметри – довжина кабелю L і лінійна швидкість V – визначаються як добуток радіуса r на кут повороту φ та кутову швидкість ω відповідно.

Для дослідження побудовано три варіанти моделі лебідки з однаковою кінематикою, що відрізняються рівнем деталізації приводу: а) детальну математичну модель з двигуном постійного струму (ДПС), б) спрощену математичну модель приводу та в) модель на основі блоків бібліотеки Simscape Multibody. Для коректності порівняння всі моделі живляться від єдиного генератора траєкторії з однаковими параметрами навантаження та налаштуваннями розв’язувача.

У детальній моделі привід реалізовано на основі ДПС із незалежним збудженням; рух механічної частини описується другим законом Ньютона для обертального руху, а момент опору обчислюється за фактичним натягом кабелю:




де J  – сумарний момент інерції; MEM – електромагнітний момент; MC – момент опору; FT – натяг кабелю. У спрощеній моделі повний електромеханічний опис двигуна замінено блоками, що відтворюють лише інтегральну поведінку приводу – плавний розгін і гальмування з обмеженням швидкості, чого достатньо для перевірки алгоритмів керування положенням платформи.

В обох математичних моделях кабель описано як в’язко-пружну нитку за моделлю Кельвіна-Фойгта – паралельним з’єднанням пружного та в’язкого елементів. Зусилля у кабелі підпорядковується закону Гука з урахуванням в’язкого тертя:




де Kstiff – еквівалентна поздовжня жорсткість троса; Kdamp – коефіцієнт демпфування; Lactual – реальна довжина троса; Lstart – початкова довжина ненатягнутого троса. Функція max виразу (3) реалізована блоком Saturation і забезпечує відсутність штовхаючих сил при провисанні троса.

Принциповим обмеженням третього підходу є те, що трос у бібліотеці Belt-Cable вважається нерозтяжним, а блоки не передбачають задання жорсткості й демпфування. Крім того, при інтеграції кількох таких лебідок у повну багатотілову модель розрахунок втрачає обчислювальну стійкість – подібні труднощі за умов високого натягу кабелів відзначали й інші дослідники [3].

Результати відпрацювання заданої траєкторії трьома моделями наведено на рис. 1. Усі три моделі якісно відтворюють заданий профіль руху на повільних і швидких ділянках та в режимах утримання позиції.




Рис. 1. Порівняння відпрацювання заданої траєкторії трьома моделями лебідок

Кількісно усталена довжина кабелю за командою 8 м з навантаженням 20 кг становить близько 8,29 м для обох математичних моделей (видовження зумовлене скінченною жорсткістю кабелю) і майже точно 8,00 м для моделі Simscape з нерозтяжним канатом. Найважливіше, що усталені значення детальної та спрощеної моделей збігаються з відхиленням менше 3 мм. Це означає, що спрощена модель практично точно відтворює поведінку детальної моделі, що обґрунтовує її застосування як повноцінної заміни в задачах керування.

Результати вимірювання обчислювальної вартості трьох моделей за 70 с модельного часу наведено в табл. 1. Відмінності між моделями надзвичайно значні.

Таблиця 1 – Обчислювальна вартість моделей (модельний час 70 с)




Спрощена модель виявилася приблизно у 167 разів швидшою за детальну, а Simscape – у 49 разів. Причина такого результату міститься в електричній динаміці детальної моделі, де мала електромагнітна стала часу разом із пружним кабелем робить систему рівнянь жорсткою.

Отже, кожна модель має свою область застосування: детальна – для дослідження електромеханічних процесів приводу; спрощена – для перевірки алгоритмів керування, особливо у складі повної моделі робота [4]; Simscape – для тривимірної візуалізації [5]. Запропонована спрощена модель забезпечує оптимальний компроміс між достовірністю та швидкодією й рекомендується для наскрізного моделювання кабельних роботів і синтезу алгоритмів керування.

Список літератури:

1. Угольніков Г.Г., Герасін О.С. Розрахунок кінематики та моделювання роботи лебідки підвісного робота-маніпулятора. Методи та прилади контролю якості. 2025. № 1 (54), 101-108с.

2. Moussa, K., Thieffry, M., Claveau, F., Chevrel, P., & Caro, S. (2025). Dynamic models for simulation of Cable-Driven Parallel Robots with elasticity and sagging. Mechanism and Machine Theory, 209, 105972.

3. Michelin M., Baradat C., Nguyen D. Q., Gouttefarde M. Simulation and Control with XDE and Matlab/Simulink of a Cable-Driven Parallel Robot (CoGiRo). Cable-Driven Parallel Robots. Mechanisms and Machine Science. Vol. 32. Cham: Springer, 2014. P. 71–83. 

4. Pott, A. Geometric and static foundations. In Cable-Driven Parallel Robots: Theory and Application. Cham: Springer International Publishing, 2018. p. 45-117.

5. Simscape Multibody Documentation. Multibody Modeling. The MathWorks, Inc. URL: https://www.mathworks.com/help/sm/multibody-systems.html (дата звернення: 17.06.2026).



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License

допомогаЗнайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter


 Інші наукові праці даної секції
ЗАСТОСУВАННЯ ЯВИЩА АКУСТИЧНОГО РЕЗОНАНСУ ДЛЯ НЕРУЙНІВНОГО КОНТРОЛЮ ІНЖЕНЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ
19.06.2026 10:26
ЗАСТОСУВАННЯ СЦЕНАРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ СИСТЕМИ ГРОМАДСЬКОГО ТРАНСПОРТУ В МІСТАХ З ЛІНІЙНО-ПРОТЯЖНОЮ СТРУКТУРОЮ
18.06.2026 20:03
РЕЗЕРВУВАННЯ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ УСТАНОВКИ ЗБЕРІГАННЯ ЕНЕРГІЇ ДЛЯ ПІДТРИМКИ НАПРУГИ В РОЗПОДІЛЬНІЙ МЕРЕЖІ З ВІДНОВЛЮВАНИМИ ДЖЕРЕЛАМИ ЕНЕРГІЇ
18.06.2026 17:00
ВИБІР ОПТИМАЛЬНИХ ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ УЛАШТУВАННЯ ГВИНТОВИХ ПАЛЬОВИХ ФУНДАМЕНТІВ В ҐРУНТОВИХ УМОВАХ УКРАЇНИ
17.06.2026 19:37
ВПЛИВ ТОЧНОСТІ ЧАСОВОЇ СИНХРОНІЗАЦІЇ ПРИЙМАЛЬНИХ СТАНЦІЙ НА ТОЧНІСТЬ TDOA-ЛОКАЛІЗАЦІЇ БПЛА В УМОВАХ ВІДСУТНОСТІ СИГНАЛІВ GNSS
17.06.2026 17:25
ВИКОРИСТАННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ ЗБОРУ ТА ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ АРГОН НА ЕЛЕКТРИЧНИХ ПІДСТАНЦІЯХ УКРАЇНИ
10.06.2026 19:42
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИСТРОЮ ДЛЯ ПІДТРИМАННЯ АТМОСФЕРНОГО ТИСКУ В РЕДУКТОРІ ШТАНГОВОЇ СВЕРДЛОВИННОЇ НАСОСНОЇ УСТАНОВКИ
10.06.2026 18:00




© 2010-2026 Всі права застережені При використанні матеріалів сайту посилання на www.economy-confer.com.ua обов’язкове!
Час: 0.177 сек. / Mysql: 2125 (0.139 сек.)