Синтез нелинейной системы транспортирования длинномерного материала на основе комплекса методов теории управления

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.

1. Айрапетьянц Г. М., Кожевников М. М., Ульянов М. И. Моделирование динамики движения пленки на агрегате по производству полимерно-пленочных материалов // Наука и техника. 2018. Т. 17, № 6. С. 528—533.

2. Дочвири Дж. Н. Оптимизация переходных процессов многодвигательных тиристорных электроприводов с упругими связями для прессовых механизмов непрерывных технологических машин // Электричество. 2006. № 2. С. 34—42.

3. Стельмащук С. В., Капустенко Д. В. Согласованное управление устройством транспортировки ленты с модальными регуляторами // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2019. Т. 1, № 2 (38). С. 28—40.

4. Шерышев М. А. Производство изделий из полимерных листов и пленок. СПб.: Научные основы и технологии, 2011.

5. Иванов Г. М., Иванов А. Г. Электропривод в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности. М.: МГИУ, 2008.

6. Белов М. П., Новиков В. А., Рассудов Л. Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М.: Издательский центр "Академия", 2007.

7. Kang H., Lee C., Shin K., Kim S. Modeling and matching design of a tension controller using pendulum dancer in roll-to-roll systems // IEEE Transactions on industry applications. 2011. Vol. 47, N. 4.

8. Глазунов В. Ф., Прокушев С. В. Автоматизация оборудования для непрерывной обработки текстильных материалов. Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2002.

9. Александров А. Г. Методы построения систем автоматического управления. М.: Издательство физико-математической литературы. 2008.

10. Тютиков В. В., Тарарыкин С. В. Робастное модальное управление технологическими объектами. Иваново: Изд-во ИГЭУ, 2006.

11. Kolesnikov А. A. Introduction of synergetic control // American Control Conference. Portland. 2014.

12. Даденков Д. А., Казанцев В. П., Ляхомский А. В. Принципы построения адаптивных электромеханических систем управления с эталонными моделями // Электротехника. 2015. № 6. С. 51—56.

13. Liu Y., Li X. Robust adaptive control of nonlinear systems represented by input—output models // IEEE Transactions on automatic control. 2003. Vol. 48, N. 6.

14. Anisimov А. A. Analysis of Parametric Sensitivity and Structural Optimization of Modal Control Systems with State Controllers // Journal of Computer and Systems Sciences International. 2011. Vol. 50, N. 5. P. 698—719.

15. Тютиков В. В., Тарарыкин С. В. Синтез систем модального управления заданной статической точности // Электротехника. 2003. № 2. С. 23—27.