Адаптивное управление свободными колебаниями электромеханических системам

Рассматривается задача управления колебаниями электромеханических систем. При синтезе учитывается каскадный характер системы. Входным каскадом является механическая подсистема, выходным — привод, динамика которого оказывает существенное влияние на качество управления. Использование энергетической целевой функции позволяет синтезировать энергетически эффективные алгоритмы виртуального управления выходным каскадом. Целью управления является достижение заданного уровня энергии механической подсистемой и ограниченность траекторий замкнутой системы. Наибольшую сложность вызывает управление колебаниями в условиях параметрической неопределенности, т.к. в этом случае энергия системы и, как следствие, целевая функция зависят от неизвестных параметров.Предлагается модификация метода скоростного биградиента путем введения настраиваемой модели выходного каскада и синтеза непрямого адаптивного управления. Получаемые в процессе адаптации оценки параметров используется для формирования управления без предварительной идентификации. Описывается методика синтеза, условия применимости алгоритмов и обосновывается достижение цели управления. Предлагаемая методика используется для синтеза алгоритма управления маятником с учетом динамики привода. Приводятся результаты стендовых испытаний, демонстрирующие достижение заданных характеристик колебаний и точность идентификации параметров.

1. Fradkov A. L. Swinging control of nonlinear oscillations, International Journal of Control, 1996, vol. 64, no. 6, pp. 1189—1202.

2. Fantoni I., Lozano R., Spong M. W. Energy based control of the Pendubot, IEEE Transactions on Automatic Control, 2000, vol. 45, iss. 4, pp. 725 — 729.

3. Andrievskiy B. R. Stabilization of inverted reaction wheel pendulum. Control in physical-technical systems. By edit. Fradkov A. L., SPb., Nauka, 2004, pp. 52—71.

4. Spong M. W., Corke P., Lozano R. Nonlinear control of the reaction wheel pendulum, Automatica, 2001, vol. 37, no. 11, pp. 1845—1851.

5. Bobtsov A. A., Kolyubin S. A., Pyrkin A. A. Stabilization of Reaction Wheel Pendulum on Movable Support with On-line Identification of Unknown Parameters, Proc. 4th International Conference ‘Physics and Control’ (Physcon 2009), 2009.

6. Peters S. C., Bobrow J. E., Iagnemma K. Stabilizing a vehicle near rollover: An analogy to cart-pole stabilization, Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE International Conference on, pp. 5194—5200.

7. Astrom K. J., Furuta K. Swinging up a pendulum by energy control. Automatica, 2000, vol. 36, no. 2, pp. 287—295.

8. Mori S., Nishihara H., Furuta K. Control of unstable mechanical systems. Control of pendulum, International Journal of Control, 1976, vol. 23, no. 5, pp. 673—692.

9. Wiklund M., Kristenson A., Astrom K. A new strategy for swinging up an inverted pendulum, Prepr. 12th IFAC World Congress, 1993, vol. 9, pp. 151—154.

10. Efimov D. V. Robust and adaptive control of nonlinear oscillatons, SPb., Nauka, 2005, 314p. (in Russian).

11. Myshlyayev Y. I. Linear system control algorithms in the case of parameter variations by sliding mode with tuning surface, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2009, no. 2, pp. 111—116.

12. Myshlyayev Y. I., Finoshin A. V. The speed bi-gradient method for model reference adaptive control of affine cascade systems, 1st IFAC Conference on Modelling, Identification and Control of Nonlinear Systems (IFAC MICNON) 2015, Saint Petersburg, Russia, 24-26 June 2015, IFACPapersOnLine, 2015, vol. 48, iss. 11, pp. 489—495.

13. Myshlyayev Y. I., Finoshin A. V. Double-speed gradient algorithms in control of Hamiltonian systems, Stability and Oscillations of Nonlinear Control Systems (Pyatnitskiy Conference), XII International Conference, Moscow, Russia, 5—8 June 2012.

14. Miroshnik I. V., Nikiforov V. O., Fradkov A. L. Nonlinear and adaptive control of comlex dynamical systems, SPb., Nauka, 2000, 549 p.

15. Fradkov A. L. Cybernetic physics: Principles and examples, SPb., Nauka, 2003, 208 p.

16. Dolgov Y. A., Zyusun A. A, Finoshin A. V., Myshlyayev Y. I. Swing-up control of the cart-pole system with drive motor by velocity bi-gradient method, Engineering Journal: Science and Innovation, Moscow, Bauman Moscow State Technical University, 2015, no. 1 (37).