Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 22, № 9 (2021)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

451-458 57
Аннотация

Рассматривается задача синтеза наблюдателя переменных состояния для математической модели импульсного преобразователя напряжения постоянного тока, построенного по схеме Чука. Импульсные преобразователи являются одним из основных компонентов большинства современных электротехнических устройств, и предложенная Слободаном Чуком схема в 70-е годы двадцатого столетия до сих пор является востребованной и актуальной. Традиционно в качестве алгоритма управления преобразователями мощности используют ПИ (пропорционально-интегральные) регуляторы или пропорционально-интегральный адаптивный алгоритм управления (PI-PBC), базирующийся на методах пассификации и превосходящий стандартные ПИ регуляторы по точности. Однако для построения PI-PBC-регулятора требуется знать весь вектор переменных состояния преобразователя, и более того, все его параметры должны быть точно известны. К сожалению, на практике такие допущения не выполняются, поскольку возможен параметрический дрейф, а измерения состояния преобразователя требуют дополнительной сенсорики, что в ряде случаев себя не оправдывает. Таким образом, возникает необходимость в разработке дополнительных наблюдателей или устройств оценки, которые позволяют получать данные обо всех переменных преобразователя, а также его параметрах.

В данной статье предлагается новый подход к синтезу наблюдателя переменных состояния преобразователя Чука, базирующийся на методе GPEBO (обобщенный наблюдатель, основанный на оценке параметров). Задача решена в предположении, что измерению доступен только выходной сигнал, а именно, выходное напряжение преобразователя, но часть параметров математической модели преобразователя предполагаются неизвестными. Важным аспектом синтеза наблюдателя является разработка алгоритма оценки неизвестных параметров и вектора состояния математической модели, обеспечивающего сходимость за конечное время. Сходимость за конечное время крайне важна при синтезе наблюдателей, поскольку переходные процессы в импульсных преобразователях происходят очень быстро.

459-467 34
Аннотация

Рассматривается задача конструирования совместного управления движением объекта водного транспорта – эргатической системы "судоводитель–судно" . Совместное управление движением представляется в математической форме на основе модели действий и ответных реакций человека-оператора и машины, принятой в инженерной психологии для систем " человек–машина" . Проведена формализация модели путем композиции математических моделей плоского движения судна и перемещений органов управления движителями (винтами) и рулями судна. Для судового человеко-машинного интерфейса предложено применять аппараты нового типа, с помощью которых совмещаются управляющие воздействия на орган управления со стороны судоводителя и управляющего автомата эргатической системы.

Для математического описания виртуальных сигналов дискретного управления при решении задач целеуказания и планирования предложен способ построения множества неполных представлений элементарных движений в пространстве состояний системы " судоводитель–судно" . Получены количественные оценки попарно различных представлений элементарных движений и сигналов дискретного управления, реализующих переходы от одного элементарного движения к другому путем воздействий на движители и рули судна с помощью органов управления судового человеко-машинного интерфейса.

В целях унификации антропоморфного управления движением судна на уровнях целеуказания и планирования предложено применять шаблоны из нескольких сигналов дискретного управления исходя из опыта судовождения и решения задач математического программирования. Получено решение практической задачи оптимального по быстродействию антропоморфного управления перемещением судна от причальной стенки в камеру шлюза, которое предусматривает реализацию последовательности из десяти сигналов дискретного управления и двух шаблонов управления. Предложен способ оценки влияния сигнальных, параметрических и координатных неопределенностей на положение изображающей точки в пространстве состояний системы " судоводитель–судно" относительно номинальной траектории программного движения. Получены области интервальных представлений неопределенностей в подпространстве состояний " время–положение–скорость" судна. Рассмотрена процедура коррекции априорного описания номинального антропоморфного управления на основе шаблонов управления и анализа прямоугольников неопределенностей в подпространстве состояний системы " судоводитель–судно" .

АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 

468-474 45
Аннотация

Представлены результаты решения проблемы повышения эффективности работы автоматизированного насосного комплекса для перекачивания жидкостей в условиях нестационарных гидравлических процессов, таких как кавитация. Трудность определения условий возникновения кавитации связана с большим числом параметров, взаимокорреляцию которых сложно определить. Показано, что используемые на практике в указанных условиях способы контроля и управления насосными комплексами на основе центробежных насосов и прилегающих к ним трубопроводов обладают существенными недостатками или решают проблему лишь частично. Представлена математическая модель работы насосного комплекса для оперативного контроля параметров кавитационных режимов на основе подобия режимов работы центробежного насоса и перемещения поршня по трубопроводу, что позволяет упростить процедуру определения наличия кавитации. Предложен критерий определения эффективности режима работы насосного комплекса на основе интегральной оценки разницы экспериментальных и модельных данных. Сформирована методология управления режимами работы насосного комплекса в условиях возникновения кавитации. Ввиду сложности прямого расчета объема кавитации предложена нейросетевая модель, обучаемая на основе экспериментальных данных. Разработаны структура, алгоритмы и программное обеспечение автоматизированной системы контроля и управления с использованием нейросетевых моделей и прецедентного подхода для оперативного определения условий возникновения кавитации и коррекции режимов работы насосного комплекса. Решения, основанные на рассуждении по прецедентам, предлагаются оператору в виде пары " управляющее воздействие – ожидаемый результат" . Практическая реализация автоматизированной системы контроля и управления режимами работы насосного комплекса выполнена в пакете AppDesigner математического пакета MATLAB. Использование разработанной автоматизированной системы контроля и управления обеспечивает повышение (восстановление) производительности насосного комплекса в условиях возникновения кавитации, предотвращает разрушение его элементов, увеличивает срок службы, снижает эксплуатационные издержки и затраты на ремонт оборудования.

475-483 34
Аннотация

Хранение и переработка зерна является важнейшей составной частью инфраструктуры зернового рынка. Задача хранения зерна состоит в том, чтобы обеспечить полную сохранность количества и качества при минимальных затратах труда и денежных средств. В лаборатории Северо-Казахстанского университета имени М. Козыбаева был разработан опытный образец зернохранилища инновационного типа с использованием горизонтальных силосов, предназначенный для снижения стоимости строительства и реконструкции элеваторов при одновременном улучшении качества, увеличении сроков хранения и снижении текущих затрат на хранение. Особенность конструкции позволяет автоматизировать большинство операций технологического процесса хранения зерна.

Предлагается способ автоматизированного формирования управляющих воздействий на оборудование зернохранилища в результате анализа данных с датчиков температуры, влажности, уровня углекислого газа и 3D-измерений поверхности зерна.

Разработан проект автоматизированной системы для мониторинга и управления зернохранилищами с горизонтальными силосами. Отличительной особенностью предлагаемой автоматизированной системы является наиболее полный набор условий правильного хранения зерна по сравнению с другими системами контроля технологического процесса зернохранилища. Автоматизация работы достигается посредством разработанного способа формирования управляющих сигналов, а также таких вычислительных алгоритмов, как прогноз времени завершения выгрузки на базе условной скорости выпуска зерна, вычисление объема зерна в секции с помощью 3D-измерений. Логика функционирования базовых алгоритмов для автоматизированной системы мониторинга и управления зернохранилищем с горизонтальными силосами основана на анализе параметров температуры, влажности, уровня углекислого газа и 3D-измерений поверхности зерна в секциях зернохранилища. В представленном проекте автоматизированной системы учитывались научные знания и достижения в области хранения зерна и теории идентификационных измерений, что позволяет использовать описанные алгоритмы в информационных системах мониторинга зернохранилищ других видов.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

484-493 38
Аннотация

Обсуждается разработка алгоритмов оперативного планирования маршрутов группы летательных аппаратов (ЛА). Рассматриваются групповые действия малой и беспилотной авиации в режиме " воздушного такси" , когда не существует регулярного расписания полетов между пунктами назначения, а заявки поступают " по вызову" на перелеты в пункты, состав которых заранее неизвестен и носит случайный характер. Решается многокритериальная задача планирования группового полета в режиме " воздушного такси" . Предложено решение этой задачи с помощью аппарата теории массового обслуживания, согласно которой рассматриваемая система относится к классу многоканальных систем массового обслуживания с ожиданием. Предложен метод решения задачи оперативного планирования действий ЛА. Разработан алгоритм группового целераспределения новых заявок между ЛА на базе модифицированного минимаксного критерия назначения ближайшего ЛА для объекта с максимальным временем обслуживания. Разработанный алгоритм построен на основе следующих четырех основных операций: первая операция осуществляет выбор первоочередных необслуженных целей по критерию назначения динамического приоритета, вторая операция ранжирует сформированный список по другому критерию, учитывающему важность и суммарную удаленность каждого наземного объекта от группировки ЛА, третья операция выбирает объект с максимальным рангом, и для него решается задача назначения " своего" ЛА по третьему критерию максимальной близости, четвертая операция осуществляет проверку условий непересекаемости маршрутов группового полета. Разработана компьютерная модель системы обслуживания заявок в режиме воздушного такси. Разработанная модель позволяет анализировать различные алгоритмы диспетчеризации, а также определять на каждом шаге число свободных заявок и число свободных и занятых ЛА. Проведено сравнение известного в теории массового обслуживания и предложенного минимаксного подходов. Показано, что по сравнению с известными вариантами диспетчеризации в теории массового обслуживания на основе предложенного подхода достигается оптимальное число используемых ЛА.

494-504 31
Аннотация

Рассматриваются алгоритмы работы бесплатформенной инерциальной системы ориентации с инерциальным измерительным модулем, в состав которого входят трехкомпонентный гироскопический измеритель угловой скорости, трехкомпонентный измеритель кажущегося ускорения и трехкомпонентный магнитометр. Целью работы является совершенствование алгоритмов обработки информации датчиков для обеспечения асимптотической устойчивости, возможности настройки системы на период Шулера и фильтр нижних частот с заданной полосой пропускания. В работе приводятся результаты анализа методов и алгоритмов коррекции кинематических уравнений по информации инерциального измерительного модуля. Рассматриваются кинематические уравнения Пуассона с позиционной и интегральнопозиционной коррекцией по информации акселерометров и магнитометров. Анализируется устойчивость и частотные характеристики системы по отношению к выходным сигналам гироскопов, акселерометров и магнитометров. Показано, что применение позиционной коррекции в каждом канале не позволяет реализовать настройку системы ориентации на период Шулера и фильтр нижних частот выше первого порядка. Применение интегрально-позиционной коррекции позволяет выполнить настройку на период Шулера, однако по отношению к сигналам гироскопов система представляет собой полосовой фильтр и не подавляет шумы гироскопов в полосе пропускания. Показаны преимущества применения позиционной коррекции с перекрестными связями в смысле настройки частотных характеристик системы на частоту Шулера и фильтр нижних частот третьего порядка. Получена структура кинематических уравнений и соотношения для коэффициентов позиционной коррекции, обеспечивающие заданные динамические характеристики системы. Рассмотрено влияние угловых скоростей вращения на устойчивость системы, показана асимптотическая устойчивость при изменениях угловых скоростей в заданном диапазоне. Результаты математического моделирования подтвердили компенсацию погрешностей начальной выставки системы ориентации, снижение мощности шумов в оценках углов ориентации по отношению к шумам в сигналах датчиков и возможность настройки системы на период Шулера.



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