Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 19, № 8 (2018)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

499-507 24
Аннотация

Статья посвящена одному подходу к оптимальной фильтрации. Рассматривается схема фильтрации Винера. Предлагаемая постановка имеет два отличия от классической. Первое отличие состоит в том, что у входных воздействий (полезного сигнала и помехи) ограничены максимальные абсолютные значения, а не дисперсии. Второе отличие состоит в том, что критерием качества также является максимальное абсолютное значение, а не дисперсия ошибки.
Таким образом, квадратичный критерий в постановке Винера заменен на критерий в форме l∞-нормы (нормы Чебышева). Поэтому предложенную задачу предлагается называть задачей l∞-оптимальной фильтрации.
Предложен оригинальный способ выбора формирующих фильтров входных воздействий для данной задачи. Способ позволяет создавать множества воздействий со сложными ограничениями абсолютных величин воздействий и их производных.
Вычисление критерия качества сводится к задаче Булгакова о накоплении возмущений. Для системы с дискретным временем критерий качества записывается в форме суммы бесконечного ряда. Получены условия сходимости ряда. При выполнении условий сходимости бесконечный ряд с любой требуемой точностью можно заменить на его частичную сумму. При этом получается критерий качества в виде l1-нормы импульсной характеристики фильтра. Предлагается численно искать импульсную характеристику оптимального фильтра методом субградиентного спуска.
Рассмотрен пример поиска l∞-оптимального фильтра. Результат сравнивается с классическими полосовыми фильтрами. Показана возможность снижения фазового запаздывания фильтра в полосе пропускания.

508-515 25
Аннотация
Рассматривается задача поиска дефектов в технических системах, описываемых нелинейными динамическими моделями, непараметрическим методом. Для решения используется логико-динамический подход, позволяющий нелинейные системы анализировать линейными методами. Теоретические результаты демонстрируются практическим примером.
516-522 20
Аннотация
Приведен анализ способов регулирования напряжения. Показаны способ получения регулируемого переменного напряжения и устройство, его реализующее, которое позволяет достичь существенного сокращения массогабаритных показателей блоков питания различных устройств. Представлена функциональная схема электронного преобразователя. Выполнение принципиальной схемы возможно на основе способа модулирования выходного напряжения высокочастотными импульсами с изменяющейся скважностью средствами импульсной электроники. Приведены формулы для расчета гармонических составляющих ряда Фурье при произвольном представлении модулируемой кривой последовательностью импульсов. В ходе исследований получены графики первых пяти гармоник и постоянной составляющей, а также кривой сложения этих гармоник, форма которой при скважности, равной двум (пропорциональна исходной кривой и близка к синусоиде), подтверждает правильность расчетов. Также представлены регулировочная кривая среднего значения напряжения двухполупериодного однофазного выпрямителя в зависимости от скважности импульсов и огибающие амплитуд гармоник, начальных фаз гармоник в зависимости от их номера. Устранение высокочастотных составляющих требует установки соответствующих фильтров. Определено: чем выше частота модуляции, тем легче устранение гармоник, составляющих спектр на выходе преобразователя. Отмечается уменьшение фазового угла с нарастанием гармоник до десятой, а затем — снова увеличение и спад до тридцатой гармоники. Нулевые уровни начальных фаз наблюдаются при максимальных значениях амплитуд. Разработанное устройство относится к преобразователям переменного напряжения в переменное АС—АС, однако подобное преобразование может быть использовано в устройствах для получения переменного напряжения из постоянного DC—AC и других в электро- и радиотехнике.
523-528 51
Аннотация

Построена математическая модель горизонтально-осевой ветроэнергетической установки (ВЭУ), функционирующей за счет силы Магнуса. Центральный вал турбины ориентирован вдоль потока. На этом валу в цилиндрических шарнирах установлены роторы Савониуса, каждый из которых может свободно вращаться вокруг собственной оси симметрии, перпендикулярной оси вращения центрального вала. При вращении роторов Савониуса формируется сила Магнуса, которая поддерживает вращение центрального вала. На центральном валу турбины закреплен ротор электрогенератора, подключенного к локальной электрической цепи.
Для описания аэродинамических сил и моментов, действующих на систему, используется квазистационарный подход, при этом коэффициенты сил и моментов аппроксимируются на основе экспериментальных данных. Момент электромеханической нагрузки, действующий на ротор генератора, считается линейным по угловой скорости ротора. Коэффициент электромеханического момента зависит от внешнего сопротивления в цепи генератора, которое является варьируемым параметром модели.
Уравнения модели представлены в виде динамической системы второго порядка. Рабочему режиму ветроустановки отвечает асимптотически устойчивая неподвижная точка уравнений движения. Показано, что при произвольном допустимом наборе значений параметров модели рабочий режим существует и единственен.
Введен коэффициент полезной нагрузки, зависящий от таких параметров модели, как скорость ветра, внешнее сопротивление в цепи генератора.
Описана зависимость угловых скоростей роторов Савониуса и центрального вала турбины от коэффициента полезной нагрузки.
Построена бифуркационная диаграмма, характеризующая механическую мощность ВЭУ на установившемся рабочем режиме в зависимости от коэффициента полезной нагрузки. Оценена максимальная механическая мощность, определено значение коэффициента внешней нагрузки, при котором она достигается.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

529-535 89
Аннотация

В настоящее время манипуляционные мобильные роботы (МР) активно используются при проведении работ в труднодоступных или опасных для человека местах. Однако в процессе их индивидуальной работы могут возникать ситуации, когда используемые ими системы технического зрения (СТЗ) не позволяют полностью или частично наблюдать объекты работ. В этом случае дополнительно могут использоваться вспомогательные малогабаритные и высокоманевренные МР, также оснащенные СТЗ. Но применение вспомогательных МР неизбежно приводит к появлению погрешностей при определении положений объектов работ в системе координат основного манипуляционного МР. Поэтому возникает необходимость создания новых подходов и методов согласованного управления несколькими МР и точного определения их взаимного расположения для выполнения заданных манипуляционных операций в полностью автоматическом режиме.
В статье рассмотрены метод и алгоритм автоматического выполнения манипуляционных операций в процессе совместной работы двух МР. Первый из них (основной) оборудован манипулятором и СТЗ, а второй (вспомогательный и более маневренный) — только СТЗ. Предложенная система управления позволяет точно выполнять манипуляционные операции с различными объектами в экстремальных условиях, даже если объект работ находится вне зоны видимости СТЗ первого робота. При этом пространственные положения и ориентации объектов работ определяются и (при необходимости) корректируются с помощью СТЗ вспомогательного робота и передаются по каналам связи в управляющую систему основного робота, привязываясь уже к его системе координат. Разработанная система позволяет определить, а затем и компенсировать с помощью СТЗ не только погрешности определения координат объектов работ, но и погрешности работы навигационных систем обоих МР за счет выполнения пробных (тестовых) движений рабочего органа манипулятора. Результаты математического моделирования полностью подтвердили работоспособность и эффективность предложенного подхода к совместной работе двух МР в автоматическом режиме.

536-541 22
Аннотация

При возникновении аварийной ситуации или нажатии на пульте управления соответствующей кнопки система управления экстренно останавливает манипулятор путем отключения приводов и включения тормозов, если степени подвижности оснащены ими. Возникающее в результате этого движение манипулятора является неуправляемым и может привести к значительным отклонениям от программной траектории.
В работе рассматривается устройство управления аварийным торможением, которое, будучи подключенным к системе управления, обеспечивает выключение питания приводов степеней подвижности независимо друг от друга. Эта возможность позволяет формировать траекторию торможения путем отключения питания приводов в требуемой последовательности и с заранее вычисленными задержками.
В работе описывается алгоритм вычисления задержек контроллером устройства, при которых обеспечивается близость траектории аварийного торможения к программной траектории, что способствует уменьшению вероятности возникновения опасных ситуаций, связанных со столкновением робота с объектами, расположенными в его рабочей зоне.

542-551 112
Аннотация
В настоящее время актуальна задача совершенствования очувствленных захватных устройств роботов и их силомоментных алгоритмов управления благодаря развитию таких областей робототехники, как медицинская и реабилитационная робототехника, протезирование, коллаборативная робототехника и других областей, где стоит задача ограничения или минимизации нагрузок, действующих на объект манипулирования. Силомоментное управление в электроприводных очувствленных захватных устройствах в конечном счете обеспечивается посредством регулирования тока. Поэтому целью данной статьи является анализ работы различных регуляторов тока в контексте их применения в очувствленных захватных устройствах и манипуляторах с силомоментным управлением. В рамках статьи рассмотрены пропорционально-интегральный, адаптивный, релейный и релейный с подстройкой ширины гистерезиса регуляторы тока. Из перечисленных регуляторов перспективным регулятором тока для силомоментного управления является гистерезисный регулятор с подстройкой ширины петли гистерезиса, поскольку он обеспечивает стабилизацию частоты переключений и уменьшение пульсаций тока в импульсном усилителе мощности двигателя при сохранении высокого быстродействия и достаточной робастности. Для релейного регулятора с подстройкой ширины гистерезиса предложены редуцированная и линеаризованная математические модели контура подстройки. На основе линеаризованной модели построена методика синтеза контура подстройки, предполагающая использование стандартного частотного синтеза систем управления с обратной связью и позволяющая распространить на контур подстройки такие параметры качества, как запасы устойчивости, время переходного процесса, частоту среза. На основе синтезированных регуляторов тока проведен анализ силомоментного управления двупалым захватным устройством, учитывающий такие показатели, как точность обеспечения заданного момента, стабильность частоты переключений и пульсации тока в усилителе мощности. Результаты сравнения регуляторов могут быть использованы для рационального выбора регулятора тока, обеспечивающего моментное управление, а предложенная методика синтеза релейного регулятора с подстройкой частоты обеспечивает построение регулятора с заданными параметрами качества управления.
552-560 47
Аннотация
Рассмотрены актуальные задачи 3D-реконструкции модели индустриально-городской среды и навигации, решаемые путем выделения линейных объектов (прямых линий и плоскостей) в облаке точек. Проведен анализ трехмерного варианта метода Хафа для выделения плоских объектов из облака точек. Предложен быстродействующий алгоритм, являющийся развитием метода Хафа, в основу которого положено двухэтапное преобразование исходных данных с учетом их линейной структурированности в трехмерное пространство параметров. Линейная структурированность исходных данных, формируемых 3D-лазерными сенсорами, позволяет эффективно выделять плоские объекты: сначала находить подмножества точек, принадлежащих линиям-отрезкам в плоскостях сканирования, а затем находить подмножества линий-отрезков, принадлежащих одному плоскому объекту. Получены сравнительные оценки объемов вычислений для трехмерного варианта метода Хафа и предложенного двухэтапного алгоритма. Оценки дают соответственно квадратичную и линейную зависимости от одного и того же параметра, что обеспечивает для реальных 3D-изображений увеличение быстродействия во втором случае на два порядка. Эффективность предложенного алгоритма подтверждается результатами работы соответствующих программно-аппаратных средств в реальных условиях. Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют сделать заключение, что созданные алгоритмические и программно-аппаратные средства обеспечивают в реальном времени (в темпе движения объектов управления) переход от больших объемов исходной зрительной дальнометрической информации к семантическим информационно-навигационным моделям. Формируемые модели в явном и компактном виде содержат геометрические данные о внешней среде и навигационные данные о сенсоре (объекте управления). Возможность формирования семантических информационно-навигационных моделей по данным бортовых сенсоров на бортовых вычислителях в реальном времени позволяет уже в настоящее время решать актуальные задачи автономного управления движением наземных роботов и беспилотных летающих аппаратов в индустриально-городской среде и зданиях.


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