novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.25.646-655novtexmech-1665Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ПРОИЗВОДСТВАМИAUTOMATION AND CONTROL TECHNOLOGICAL PROCESSESИсследования системы идентификационного управления мостовым краном на его макетеStudies of the Identification Control System of an Overhead Crane on its LayoutКругловС. ПKruglovS. P.

Д-р техн. наук, проф.

Kruglov S. P.., Professor

Irkutsk, 664074

kruglov_s_p@mail.ruКовыршинС. В.KovyrshinS. V.

Канд. техн. наук, доц.

Irkutsk, 664074

sergkow@mail.ruКоденёвК. Ф.KodenevK. F.

Студент

Irkutsk, 664074

irill_kodenev@mail.ruИркутский государственный университет путей сообщенияРоссияIrkutsk State Transport UniversityRussian Federation2024051220242512646655Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20242024Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1665

Рассмотрено построение системы управления мостовым краном, функционирующим в условиях текущей параметрической неопределенности и воздействия внешних возмущений, в частности, воздействия ветра. Предлагаемая система управления построена на схеме с алгоритмом текущей параметрической идентификации и назначенной неявной эталонной моделью. Эталонная модель выражает требования к поведению переносимого груза. Система управления формирует заданную скорость перемещения тележки мостового крана. Последнее соответствует использованию сервоприводов на современных кранах, в частности, на основе асинхронных электродвигателей. Особенностью предлагаемой системы управления является тот факт, что датчиком, определяющим координаты движения подвеса груза, является совмещенный датчик, включающий датчик угловой скорости и акселерометр, который расположен на подвесе рядом с тележкой крана. Описан созданный в лабораторных условиях настенный одноосный макет мостового крана для исследования предлагаемого метода управления. Его система управления содержит асинхронный двигатель с энкодером, управляемым от частотного преобразователя и программируемого логического контроллера, что соответствует оборудованию реальных систем управления кранами. Приведены результаты исследования предлагаемой системы управления в сравнении с обычным ручным управлением. Исследования включают перемещение в целевую точку двухвариантного груза и пустого подвеса с двумя длинами подвеса. Исследования проведены для векторного управления электродвигателем с замкнутым контуром и векторного управления с разомкнутым контуром без использования энкодера.

The construction of a control system for a bridge crane operating in conditions of current parametric uncertainty and the impact of external disturbances, in particular, the impact of wind, is considered. The proposed control system is based on a scheme with an algorithm for current parametric identification, assigned an implicit reference model, which expresses requirements for the behavior of the carried load, with formation of a given speed of movement of the bridge crane trolley. The latter corresponds to the use of servo drives on modern cranes, in particular, based on asynchronous electric motors. The peculiarity of the proposed control system is that the sensor determining the coordinates of the cargo suspension movement is a combined sensor, which includes an angular velocity sensor and an accelerometer, and is located on the suspension next to the crane trolley. Described is a wall-mounted uniaxial model of a bridge crane created in laboratory conditions to study the proposed control method. Its control system comprises an asynchronous motor with an encoder controlled from a frequency converter and a programmable logic controller, which correspond to equipment of real crane control systems. The results of the study of the proposed control system in comparison with conventional manual control are presented. Investigations include movement to target point of two-variant load and empty suspension with two suspension lengths. The studies were carried out for vector control of a closed-loop electric motor and open-loop vector control without using an encoder.

мостовой крандемпфирование колебанийалгоритм текущей идентификацииэталонная модельмакет кранаoverhead cranevibration dampingcurrent identification algorithmreference modelcrane model.The study was supported by a grant from the Russian Science Foundation № 23-29-00654, https;//rscf.ru/project/23-29-00654/.ReferencesRamli L., Mohamed Z., Abdullahi A. M., Jaafar H. I., Lazim I. M. Control strategies for crane systems: А comprehensive review // Mechanical Systems and Signal Processing. 2017. Vol. 95. P. 1—23.RamIi L., Mohamed Z., AbduIIahi A. M., Jaafar H. I., Lazim I. M. Control strategies for crane systems; А comprehensive review, Mechanical Systems and Signal Processing, 2017, vol. 95, pp. 1-23.Cao Y., Li T. Review of Antiswing Control of Shipboard Cranes // IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2020. Vol. 7, N. 2. P. 346—354.Cao Y., Li T. Review of Antiswing Control of Shipboard Cranes, IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, 2020, vol. 7, no. 2, pp. 346-354.Enin S. Omelchenko E., Maksimov I. Crane Anti-Sway Control System Algorithm //2019 IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI), Magnitogorsk, Russia. October 04-05. 2019. R 54—58.Enin S. Omelchenko E., Maksimov I. Crane Anti-Sway Control System Algorithm, 2019 IEEE Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI), Magnitogorsk, Russia, October 04-05, 2019, pp. 54-58.Fadlalla A. A. M., Hassan M. Dynamic Modeling and Feedback Linearization Control of a 3-D Overhead Gantry Crane System // 2021 IEEE International IOT, Electronics and Mechatronics Conference (IEMTRONICS), Toronto, ON, Canada. April 21—24. 2021. P. 1—6.Fadlalla A. A. M., Hassan M. Dynamic Modeling and Feedback Linearization Control of a 3-D Overhead Gantry Crane System, 2021 IEEE International IOT, Electronics and Mechatronics Conference (IEMTRONICS), Toronto, ON, Canada, April 21-24, 2021, pp. 1-6.Wu X., Xu K., Lei M., He X. Disturbance-CompensationBased Continuous Sliding Mode Control for Overhead Cranes with Disturbances // IEEE Transactions on Automation Science and Engineering. 2020. Vol. 17, N. 4. P. 2182—2189.Wu X., Xu K., Lei M., He X. Disturbance-CompensationBased Continuous Sliding Mode Control for Overhead Cranes with Disturbances, IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2020, vol. 17, no. 4, pp. 2182-2189.Antipov A. S., Krasnova S. A. Using of Sigmoid Functions in the Control System of the Overhead Crane // 2022 16th International Conference on Stability and Oscillations of Nonlinear Control Systems (Pyatnitskiy’s Conference), Moscow, Russian Federation. June 01—03. 2022. P. 1—4.Antipov A. S., Krasnova S. A. Using of Sigmoid Functions in the Control System of the Overhead Crane, 2022 16th International Conference on Stability and Oscillations of Nonlinear Control Systems (Pyatnitskiy’s Conference), Moscow, Russian Federation, June 01—03, 2022, pp. 1—4.Шведова О. А., Шмарловский А. С., Марков А. В., Тарасевич Т. В. Алгоритмы подавления колебаний грузов подъемно-транспортных механизмов с использованием нечеткой логики функционирования // Доклады БГУИР. 2014. № 1 (79). С. 65—71. URL: https://doklady.bsuir.by/jour/article/viewFile/274/274.Shvedova O. A., Shmarlouski A. S., Markov A. V., Tarasevich T. V. Anti-sway Control of Hoisting-and-transport Mechanism Using Fuzzy Algorithm, Doklady' BGUIR, 2014, no. 1 (79), pp. 65—71, available at: https://doklady.bsuir.by/jour/article/viewFile/274/274 (in Russian).Qiang H. Y., Sun Y. G., Lyu J. C., Dong D. S. Anti-Sway and Positioning Adaptive Control of a Double-Pendulum Effect Crane System With Neural Network Compensation // Frontiers in robotics and Al. 2021. Vol. 8. 639734. URL: https://www.ncbi. nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8092389/.Qiang H. Y., Sun Y. G., Lyu J. C., Dong D. S. Anti-Sway and Positioning Adaptive Control of a Double-Pendulum Effect Crane System with Neural Network Compensation, Frontiers in robotics and AI, 2021, vol. 8, p. 639734, available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8092389/.Guo W, Liu D, Yi J, Zhao D. Passivity-based-control for double-pendulum-type overhead cranes // Proceedings of IEEE region 10 annual international conference. Chiang Mai. Thailand. November 24. 2004. P. 546—549.Guo W, Liu D, Yi J, Zhao D. Passivity-based-control for double-pendulum-type overhead cranes, Proceedings of IEEE region 10 annual international conference, Chiang Mai, Thailand, November 24, 2004, pp. 546—549.Astrom K. J., Wittenmark В. Adaptive control. Second edition. Dover Publications, Inc., Mineola, New York, 2008. 575 р.Astrom K. J., Wittenmark В. Adaptive control. Second edition. Dover Publications, Inc., Mineola, New York, 2008, 575 p.Sun N., Fang Y., Wu Y., Chen Н. Adaptive Positioning and Swing Suppression Control of Underactuated Cranes Exhibiting Double-Pendulum Dynamics: Theory and Experimentation // 31st Youth Academic Annual Conference of Chineze Assosiation of Automation. Wuhan. China. November 11—13. 2016. P. 87—92.Sun N., Fang Y., Wu Y., Chen Н. Adaptive Positioning and Swing Suppression Control of Underactuated Cranes Exhibiting Double-Pendulum Dynamics; Theory and Experimentation, 31st Youth Academic Annual Conference of Chineze Assosiation of Automation, Wuhan. China, November 11—13, 2016, pp. 87—92.Круглов С. П., Аксаментов Д. Н. Адаптивное управление мостовым краном по скорости перемещения тележки // Доклады ТУСУР. 2022. Т. 25, № 1. С. 86—92. URL: https://journal.tusur.ru/storage/153467/10-Kruglov-Aksamentov.pdf?1653888724.Kruglov S. P., Aksamentov D. N. Adaptive control of the overhead crane by the trolley speed, Doklady' TUSUR, 2022, vol. 25, no. 1, pp. 86—92, available at: https://journal.tusur.ru/storage/153467/10Kruglov-Aksamentov.pdf?1653888724 (in Russian).Круглов С. П., Ковыршин С. В., Аксаментов Д. Н. Адаптивное управление двухмаятниковым подвесом мостового крана // Мехатроника, автоматизация, управление. 2022. Т. 23, № 9. C. 451-461.Kruglov S. P., Kovyrshin S. V., Aksamentov D. N. Adaptive Control of Two-Pendulum Suspension of Overhead Crane, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2022, vol. 23, no. 9, pp. 451—461 (In Russian).Круглов С. П., Ковыршин С. В. Идентификационное скоростное управление мостовым краном с сокращенной моделью переноса груза // Проблемы управления. 2023. № 4. С. 28-37. URL: https;//www.mathnet.ru/links/0f86507b075aff9cb129f7694dcbU38/pu1320.pdf.Kruglov S. P., Kovyrshin S. V. Identification-Based Speed Control of an Overhead Crane with a Reduced Cargo Transfer Model, Control of Technical Systems and Industrial Processes, 2023, no. 4, pp. 25—33, available at: https://www.mathnet.ru/links/0f86507b075aff9cb129f7694dcb1138/pu1320.pdf (in Russian).Аксаментов Д. Н. Исследование адаптивного закона управления мостовым краном на его макете // Вестник ИГЭУ. 2022. № 2. С. 47-57. URL; http://vestnik.ispu.ru/sites/vestnik.ispu.ru/files/published/2-22-str.47-57.pdf.Aksamentov D. N. Research of adaptive control law of the overhead crane on its model, Vestnik IGE'U, 2022, no. 2, pp. 47—57, available at: http://vestnik.ispu.ru/sites/vestnik.ispu.ru/files/published/2-22-str.47-57.pdf (in Russian).Ковыршин С. В., Круглов С. П., Буторин Д. В., Коденев К. Ф. Экспериментальная установка для разработки и исследования алгоритмов успокоения груза на кранах мостового типа с системой управления на основе промышленных элементов // Электронный научный журнал "Молодая наука Сибири" 2023. № 3(21). URL; https;//ojs.irgups.ru/index.php/mns/article/view/1503.Kovyrshin S. V., Kruglov S. P., Butorin D. V., Kodenev K. F. Experimental Installation for Development and Research of Algorithms for Stilling Load on Bridge—type Cranes with a Control System Based on Industrial Elements, Ehlektronnyi nauchnyi zhurnal "Molodaya nauka Sibiri", 2023, no. 3 (21), available at: https://ojs.irgups.ru/index.php/mns/article/view/1503 (in Russian).Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0; Учебное пособие. СПб.; КОРОНА принт, 2010. 320 с.German-Galkin S. G. Computer Simulation of Semiconductor Systems in MATLAB 6.0; Tutorial, SPb, KORONA print, 2010, 320 p. (in Russian).Круглов С. П. Условия адаптируемости систем управления с идентификатором и эталоном. Монография; LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbucken, Deutschland. 2012. 125 c.Kruglov S. P. The terms of the adaptability of control systems with an identifier and a benchmark, Monograph, LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, Saarbucken. Deutschland, 2012, 125 p. (in Russian).URL: https;//xinje.ru/glavnaya/produkciya/plk-kontrollery/plk-codesys/.Available at: https://xinje.ru/glavnaya/produkciya/plk-kontrollery/plk-codesys/.URL: https;//invensense.tdk.com/products/motion-tracking/6-axis/mpu-6050/.Available at: https://invensense.tdk.com/products/motiontracking/6-axis/mpu-6050/.Лихолетова М. В., Устюгов В. А. Технический обзор микросхемы приемопередатчика nRF24L01 + // Juvenis Scientia. 2016. № 6. С. 4-5. URL; https;//cyberleniuka.ru/article/n/tehnicheskiy-obzor-mikroshemy-priemoperedatchika-nrf24l01/viewer.Likholetova M. V., Ustyugov V. A. Microchip Technology Overview Transceiver nRF24L01 +, Juvenis Scientia, 2016, no. 6, pp. 4—5, available at: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnicheskiy-obzor-mikroshemy-priemoperedatchika-nrf24l01/viewer (in Russian).URL: https;//www.codesys.com/.Available at: https://www.codesys.com/.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.