С. В. Тарарыкин, д-р техн. наук, проф.
Иваново
Ivanovo, 153003
И. А. Тихомирова, канд. техн. наук, доц.
Иваново
Ivanovo, 153003
В. В. Тютиков, д-р техн. наук, проф.
Иваново
Tyutikov V. V., Dr. of Tech. Sc., Professor
Ivanovo, 153003
Исследование посвящено разработке комплексной методики синтеза системы управления транспортированием длинномерного упругого материала, подверженной внешним возмущениям и вариациям внутренних параметров. Для этого установлены особенности поточных линий как объектов управления, существенно затрудняющие достижение высокого качества технологических процессов.
Определен набор и последовательность применения методов синтеза регуляторов линейных и нелинейных динамических систем, позволяющих наиболее эффективно преодолевать влияние факторов сложности управляемого объекта при удовлетворении заданных технических требований. Разработанная комплексная четырехэтапная методика синтеза двухканальной нелинейной системы управления основана на совместном использовании принципов разделения темпов движения "быстрых" и "медленных" подсистем, а также робастного модального управления для формирования динамики и обеспечения заданной статической точности локальных каналов. Кроме этого, она предполагает применение метода аналитического конструирования агрегатированных регуляторов для линеаризации нелинейной деформации материала обратной связью и использование элементов адаптации системы к многократным изменениям упругих свойств движущегося полотна. Для иллюстрации эффективности предложенного подхода рассмотрен сквозной пример применения разработанной методики для синтеза системы автоматического управления реальным технологическим объектом. На первом этапе сформирована математическая модель участка поточной линии, состоящего из двухканального электропривода постоянного тока и зоны транспортирования деформируемого материала с упругостью 2-го рода как объекта управления. Далее синтезирована подсистема управления локальным каналом, обладающая заданными динамическими, статическими и робастными свойствами. На следующем этапе разработана подсистема, обеспечивающая линейность свойств динамики процесса транспортирования обрабатываемого материала. И, наконец, предложен вариант адаптации системы к изменениям упругих свойств движущегося полотна. В ходе исследования САУ дважды применялась редукция математических моделей: в первом случае для достижения робастных свойств, во втором для упрощения процедуры синтеза регулятора.
Эффективность предложенного подхода подтверждена результатами цифрового имитационного моделирования на каждом этапе синтеза системы автоматического управления.
The study is devoted to the development of a methodology for the synthesis of a control system for the transportation of a long, deformable, elastic material that is subject to external disturbances and variations in internal parameters. To achieve this, the features of flow lines as control objects have been identified, which significantly complicate the achievement of high-quality technological processes. А set of methods for the synthesis of controllers for linear and nonlinear dynamic systems has been determined, as well as the sequence of their application, which allows for the most effective overcoming of the complexity factors of the controlled object while meeting the specified technical requirements. The developed complex four-stage methodology for the synthesis of a two-channel nonlinear control system is based on the joint use of the principles of separating the rates of motion of the " fast" and "slow" subsystems, as well as robust modal control of the specified accuracy, to form the dynamics and ensure the specified static accuracy of the local channels, followed by the use of the method of analytical design of aggregated controllers for the linearization of nonlinear material deformation by feedback and the adaptation of the system to multiple changes in the elastic properties of the moving web. To illustrate the effectiveness of the proposed approach, a step-by-step example of applying the developed methodology for the synthesis of an automatic control system for a real technological object is considered. In the first step, a mathematical model of a section of a production line consisting of a two-channel DC electric drive and a transporting zone for a deformable material with second-order elasticity as a control object is created. Next, a control subsystem for the local channel is synthesized, which has the desired dynamic, static, and robust properties. In the next step, a subsystem is developed to ensure the linearity of the dynamic properties of the transporting process for the processed material. And, finally, an option for adapting the system to changes in the elastic properties of the moving web is proposed. During the study of the ACS, the reduction of mathematical models was applied twice: in the first case, to achieve robust properties, and in the second case, to simplify the procedure for synthesizing the controller. The effectiveness of the proposed approach has been confirmed by the results of digital simulation modeling at each stage of the automatic control system synthesis.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.