Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 20, № 2 (2019)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

67-71 21
Аннотация

Рассматривается нелинейная позитивная система управления движением автономного интеллектуального агента. Целью данной работы является синтез закона управления, обеспечивающего заданную степень экспоненциальной устойчивости в замкнутой позитивной системе на основе уравнений Лотки—Вольтерры. При синтезе системы используются
методы теории оптимального управления для обеспечения устойчивости. Асимптотическая устойчивость достигается за счет решения уравнения Риккати и использования полученных коэффициентов в предложенной модели. Представлены результаты расчета и моделирования предложенной модели. Результаты моделирования соответствуют требуемым показателям качества, система управления обладает заданной степенью экспоненциальной устойчивости и требуемой переходной характеристикой, что позволяет использовать предложенную модель в наземных мобильных роботах, беспилотных летательных аппаратах, автономных подводных аппаратах и других роботах при поиске на большой площади.

72-79 8
Аннотация

Рассматривается класс линейных стационарных объектов со скалярным входом. Цель управления формулируется в виде слежения выхода объекта управления за заданным задающим воздействием. Для формирования генерирующей модели задающего воздействия используется принцип внутренней модели. Рассматривается решение подзадачи представления с заданной конечной точностью дискретизованного по времени задающего воздействия в форме линейного разложения по базисным функциям, соответствующим корням искомого характеристического многочлена дискретной линейной динамической системы (генератора). С использованием континуализации в пространстве состояния строится непрерывная, линейная генерирующая модель задающего сигнала с ненулевыми начальными условиями и входом, совпадающая по размерности с моделью объекта управления. Генерирующая модель позволяет сформулировать цель управления в виде слежения вектора состояния замкнутой системы за вектором состояния генерирующей модели. В общем случае генерирующая модель может быть неустойчивой. Поэтому желаемая скорость сходимости вектора ошибки слежения задается гурвицевой эталонной моделью. Разработанная методика получения генерирующей модели рассматривается в контексте решения общей задачи синтеза алгоритма слежения.

80-89 7
Аннотация

Предложен алгоритм фильтрации, основанный на использовании не только невязок между измеряемыми и оцениваемыми координатами, как в классических алгоритмах фильтрации, но и кратных интегралов от этих невязок. Классические алгоритмы фильтрации используют достоверную информацию как о моделях движения и измерения, так и о статистических характеристиках входных случайных возмущений и помех измерения. Реальные же объекты управления работают в условиях действия не только высокочастотных случайных возмущений, но и низкочастотных сил и моментов со стороны агрессивной среды, характеристики которых известны с большими приближениями. В связи с этим эффективность использования классических алгоритмов фильтрации для реальных систем крайне низка из-за больших погрешностей. Предлагаемый же в работе алгоритм позволяет устранить данные недостатки за счет восстановления внешних низкочастотных возмущений в реальном времени. Под внешними возмущениями понимаются не только внешние воздействия со стороны среды, но и неточные знания о самой модели движения. Для интегральных невязок предложен алгоритм расчета коэффициентов усиления в обратной связи в аналитическом виде, основанный на обработке невязок, а также оценок внешних возмущений и их производных в текущем времени. Предложен алгоритм управления, включающий в себя оценки как фазовых координат, так и неизвестных возмущений. Знание оценок внешних возмущений в реальном времени позволит, с одной стороны, повысить качество управления, а с другой стороны, сократить временные и материальные затраты, связанные с исследованием динамики движения объекта управления и внешней среды. На примере модели подводного аппарата, описываемого линейной системой дифференциальных уравнений в условиях действия внешних возмущений (волновых и гидрологических сил и моментов), проведено моделирование и показана работоспособность предлагаемых алгоритмов для различного числа интегральных невязок.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

90-96 5
Аннотация

Разработан новый робастный алгоритм управления динамическими объектами в условиях параметрической и структурной неопределенностях, а также действия внешних ограниченных возмущений. Для синтеза алгоритма используется модифицированный метод бэкстеппинга, позволяющий компенсировать несогласованные возмущения в нелинейных системах. Полученные результаты расширены на случай управления сетевыми системами с нелинейными агентами и нелинейными связями при наличии несогласованных возмущений. Эффективность работы предложенного алгоритма продемонстрирована на управлении дистилляционной колонной, которая описывается параметрически и структурно неопределенным дифференциальным уравнением с внешними ограниченными возмущениями. Предполагается, что для измерения доступны только скалярные входные и выходные сигналы дистилляционной колонны, но не их производные. Разработанный алгоритм обеспечивает слежение выхода дистилляционной колонны за гладким ограниченным эталонным сигналом с требуемой точностью за конечное время. Синтез алгоритма управления разделяется на ρ шагов, где ρ — оценка сверху неизвестной относительной степени модели дистилляционной колонны. В результате динамический порядок предлагаемого алгоритма равен ρ. Достаточные условия устойчивости замкнутой системы формулированы и доказаны с использованием методов устойчивости сингулярно возмущенных дифференциальных уравнений и функций Ляпунова. Приведены результаты моделирования, иллюстрирующие эффективность предложенного алгоритма и подтверждающие результаты аналитических расчетов.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

97-105 5
Аннотация

В процессе функционирования мехатронной системы вырабатываются результативные выходные параметры и параметры ее внутренних системных состояний. Предварительный выбор состава указанных параметров является достаточно сложной задачей вследствие объективной сложности систем, наличия явных и латентных взаимосвязей между параметрами. Эта задача усложняется в связи с необходимостью одновременного сокращения размерности и вариативности процедур контроля и управления в мехатронной системе. Решение данной проблемы может быть получено с помощью предварительных экспертных и эмпирических исследований комплексных моделей и макетных образцов проектируемых мехатронных систем. В работе изложены методологические аспекты обоснованного формирования состава контролируемых параметров, пределов их допусков и иных системных характеристик, необходимых для интеллектуального управления. Предложена рациональная последовательность проведения целенаправленных исследований по выявлению наиболее значимых результативных выходных параметров и параметров внутренних системных состояний. В соответствии с предложенным алгоритмом выполняется построение, исследование и ревизия начального информационно-параметрического портрета интеллектуальной мехатронной системы, формирование его групповой экспертной оценки и последующее "прореживание" списков составляющих его параметров. Проводится построение регрессионной модели, определяющей форму взаимосвязи между параметрами, а также корреляционной модели, позволяющей оценить степень статистической взаимосвязи между системными параметрами. В процессе анализа модели выявляются крайне слабые зависимости между параметрами, устраняется негативная коллинеарность факторных переменных.

106-113 5
Аннотация

Статья посвящена исследованию динамических характеристик колебательной системы с демпфирующим звеном, находящейся под воздействием периодической вынуждающей силы. В качестве демпфирующего звена рассматривается гистерезисный демпфер на основе материала Ишлинского, а также линейный вязкий и нелинейный вязкий демпферы, проводится их сравнительный анализ. Так как рассматриваемые демпферы имеют ярко выраженные частотные свойства, исследование их эффективности целесообразно проводить в частотной области, анализируя динамику системы как в области резонанса, так и за ее пределами. Исследование динамических характеристик колебательной системы, а также сравнительный анализ гистерезисного и вязкого демпфирования проводится в терминах передаточных функций, в качестве которых используются передаточная функция силы и функция "перемещение—сила". Передаточная функция силы отражает эффективность гашения внешнего воздействия в отношении передачи силы от внешнего источника к грузу. Передаточная функция "перемещение—сила" отражает эффективность гашения колебаний в плане способности демпфера уменьшать относительное перемещение груза под воздействием внешних сил. Динамика изучаемой системы проиллюстрирована с помощью компьютерного моделирования, результаты которого показывают, что линейный вязкий демпфер имеет высокую эффективность за областью резонанса системы и низкую вблизи нее. Следует отметить, что увеличением коэффициента демпфирования можно добиться улучшения эффективности линейного вязкого демпфера в области резонанса, однако в этом случае его характеристики за пределами области резонанса значительно ухудшаются. Решением указанной проблемы может стать использование нелинейного вязкого демпфера. Такой демпфер имеет лучшие характеристики в области резонанса и незначительно хуже за ее пределами в сравнении с линейным вязким демпфером. Также увеличение коэффициента демпфирования ведет к увеличению эффективности нелинейного вязкого демпфера в области резонанса и ухудшению за ее пределами, однако в отличие от линейного вязкого демпфера влияние коэффициента проявляется нелинейно, и при значительном улучшении характеристик в области резонанса ухудшение за ее пределами не столь значительно. В случае использования демпфера на основе материала Ишлинского возможно добиться еще большей эффективности демпфирования. Подобрав параметры материала, можно получить значительное увеличение эффективности демпфирования в области резонанса при незначительном ее ухудшении вне данной области.

114-121 5
Аннотация

Представлен алгоритм адаптивного оценивания магнитного потока и углового положения ротора явнополюсного синхронного двигателя с постоянными магнитами. Предложена новая нелинейная параметризация динамической модели двигателя, с помощью которой задача оценивания положения преобразуется в задачу идентификации неизвестных постоянных параметров. При синтезе алгоритма оценивания допущено, что силы тока и напряжения обмоток статора, а также частота вращения ротора являются известными сигналами. Предложено два варианта адаптивного наблюдателя на основе стандартного градиентного алгоритма оценивания и алгоритма динамического расширения регрессора. Доказано, что оба варианта наблюдателя обеспечивают глобальную экспоненциальную сходимость ошибок оценивания к нулю, если соответствующая регрессионная функция удовлетворяет условию незатухающего возбуждения. Также последняя версия наблюдателя обеспечивает глобальную асимптотическую сходимость, если регрессионная функция не является квадратично интегрируемой. Результаты численного моделирования демонстрируют, что наблюдатель с динамическим расширением регрессора обеспечивает лучшее качество переходных процессов оценивания по сравнению со стандартным градиентным устройством оценки.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

122-127 9
Аннотация

Бортовые интеллектуальные системы тактического уровня (БИС ТУ) в процессе полета самолета решают задачи оперативного целеполагания и конструирования способа достижения оперативно назначенной цели полета. Задачу оперативного целеполагания решают интеллектуальная информационная система "Ситуационная осведомленность экипажа" (ИИС СОЭ) и бортовая оперативно советующая экспертная система "Оперативное целеполагание" (БОСЭС-целеполагание). Среди обнаруженных потенциальных угроз ИИС СОЭ выделяет непосредственные угрозы (НУГ) выполнению текущего этапа полета (коллизия "Текущий этап полета — возникшая НУГ). Наиболее приоритетная НУГ передается в БОСЭС-целеполагание, которая рекомендует экипажу текущую цель полета. Если экипаж принимает эту рекомендацию, то включается соответствующая бортовая оперативно советующая экспертная система "Конструирование способа достижения этой цели полета" (БОСЭС ТС "Назначенная цель полета"). Найденный способ рекомендуется экипажу для реализации. Если назначенная цель была проработана в полетном задании, то рекомендуется заранее подготовленный способ ее достижения. Проиллюстрирована работа БИС-ТУ в условиях полета пассажирского самолета ТУ-124, который в августе 1963 г. был вынужден совершить аварийную посадку на р. Нева в центре Ленинграда. Для условно оснащенного БИС ТУ и необходимыми для их работы измерительными системами самолета опишем роль и результат работы БИС ТУ в возникших в полете коллизиях.



ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)