Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 20, № 1 (2019)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

3-15 231
Аннотация
Синтезирован алгоритм управления динамическими объектами с компенсацией параметрической неопределенности, внешних возмущений и помех измерения. Предполагается, что доступны измерению только выходные сигналы объектов, а не их производные. Объекты описываются нелинейной системой дифференциальных уравнений с векторными входными и выходными сигналами. В отличие от большинства существующих схем управления в настоящей статье размерности помехи измерения и выходного сигнала равны, источники сигналов помех и возмущений различны, параметрические и внешние возмущения могут присутствовать в любом уравнении модели объекта. Для одновременной компенсации возмущений и помех измерения предлагается выделить два канала. По первому каналу будет оцениваться часть помехи измерения, которая позволит частично восстановить информацию о не зашумленном выходе объекта. По второму каналу будет осуществляться компенсация возмущения. Таким образом, для одновременной компенсации возмущений и помехи измерения требуется минимум два независимых канала измерения. Получены достаточные условия расчета параметров алгоритма в виде разрешимости линейного матричного неравенства. Показано, что уравнение замкнутой системы, полученной на базе предложенного алгоритма, зависит от возмущения и наименьшей составляющей помехи. Если же в сигнале помехи нельзя выделить наименьшую компоненту, то результаты переходных процессов зависят от той компоненты помехи, которая будет выбрана при синтезе системы управления. Таким образом, в отличие от большинства существующих схем управления, где уравнение замкнутой системы зависит от возмущения и помехи, полученный алгоритм обеспечивает лучшие результаты переходных процессов, поскольку они зависят не от всего вектора помехи, а только от ее наименьшей (одной) компоненты. Приведены результаты моделирования для нелинейного объекта третьего порядка и результаты синхронизации электрического генератора, подключенного к электроэнергетической сети. Численные примеры иллюстрируют эффективность предложенной схемы и робастность по отношению к случайным составляющим в помехе измерения и возмущениях.
16-28 75
Аннотация
Системы управления с повышенным порядком астатизм а обеспечивают более высокую точность, и поэтому их применение является целесообразным при решении многих задач управления. В особенности это относится к цифровым системам, которые обладают более высокой технологичностью и надежностью. Однако задача синтеза цифровых систем несколько сложнее по сравнению с аналогичной задачей в непрерывном случае. Статья посвящена решению задачи синтеза дискретных автоматических систем, реализация которых осуществляется на основе принципа управления по выходу и воздействиям. Стандартные нормированные передаточные функции (СНПФ) являются удобным средством для решения задачи синтеза систем управления с заданными прямыми показателями качества. Метод формирования желаемых передаточных функций цифровых систем управления на основе СНПФ непрерывных систем предлагается в данной статье. Этот метод является следствием доказанной в статье теоремы и заключается в проведении z-преобразования подходящей табличной СНПФ непрерывной системы и некоторой модификации полученной функции. Метод формирования желаемых передаточных функций с астатизмом второго порядка, с постоянным перерегулированием и конечной длительностью переходных процессов также представлен в статье. Системы управления с такими свойствами переходных процессов имеют повышенный порядок, поэтому для их реализации требуются микроконтроллеры с высоким быстродействием. Эффективность предложенных методов иллюстрируется численными примерами.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

29-33 81
Аннотация
Предлагается решение задачи управления процессом дуговой сварки роботизированными технологическими комплексами, основанное на принципах системной динамики Дж. Форрестера. Разработаны математические модели и алгоритмы, позволяющие значительно повысить качество дуговой сварки. Предложенное математическое обеспечение проходит апробацию в составе комплекса системы управления роботизированными комплексами Kawasaki на ОАО "Трансмаш" (г. Энгельс).
34-43 74
Аннотация

При выполнении некоторых технологических операций многокоординатными промышленными роботами требуется одновременно управлять перемещением исполнительного органа и развиваемым усилием. При выполнении сборочных операций (например, вала с втулкой) необходимо выполнять свободное перемещение вала вдоль отверстия втулки и обеспечивать минимальное давление на стенки отверстия. При выполнении операций обработки сложных поверхностей деталей одновременно требуется обеспечивать перемещение инструмента по поверхности с заданной скоростью и осуществлять дозированное давление на поверхность.

Невозможно одновременно по одной и той же координате управлять силой и перемещением, поэтому либо необходимо осуществлять переключение с одного способа управления на друго й, либо способы управления осуществлять различными приводами и по различным управляемым координатам исполнительного механизма. В многокоординатных роботах эта задача осложняется тем, что для управления по одной из декартовых координат перемещением исполнительного органа, а по другой — силой требуется одновременно управлять взаимосвязанными обобщенными координатами механизма робота.

В представленной работе излагается решение задачи управления шестикоординатным промышленным роботом, в котором осуществлено разделение степеней подвижности на управление по силе и на позиционное управление перемещением по траектории.

Для выполнения поставленной задачи применительно к задачам обработки сложных поверхностей вводятся дополнительные переменные параметры, определяющие положение режущей кромки на режущей поверхности, что позволяет расширить зону обслуживания робота при отборе, например, одной из координат для управления усилием давления.

Данная задача рассматривается на примере шестикоординатного промышленного робота при выполнении операции обработки сложной поверхности, когда требуется осуществлять программное перемещение инструмента с заданной скоростью по траектории на поверхности и одновременно осуществлять управляемое давление инструмента на поверхность. 

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

44-51 93
Аннотация
Статья посвящена разработке алгоритмов терминального управления подвижными объектами. Рассматривается подвижный объект мультикоптерного типа, описываемый нелинейной моделью движения твердого тела в трехмерном пространстве. Предлагается трехэтапная процедура решения задачи терминального управления подвижным объектом при его движении в заданную точку. Основное отличие предложенной процедуры заключается в такой коррекции программной траектории, чтобы она проходила в каждый момент времени через текущее положение подвижного объекта. Такой способ построения программной траектории позволяет автоматически корректировать скорость при движении в заданную точку. Необходимость коррекции программной траектории может быть вызвана наличием некартографированных препятствий, различиями между моделью и реальным объектом или воздействием внешних возмущений. На первом этапе строится программная траектория, учитывающая заданное конечное время движения. Программа движения представляет собой желаемую скорость и углы ориентации подвижного объекта мультикоптерного типа. На втором этапе методом позиционно-траекторного управления осуществляется синтез обратной связи, обеспечивающей стабилизацию подвижного объекта относительно вычисленной программной траектории. Результатом выполнения второго этапа являются тяга и моменты, создаваемые винтами, которые далее пересчитываются в скорости вращения винтов. На третьем этапе проводится коррекция программной траектории в зависимости от текущего положения подвижного объекта. В результате коррекции в целевой точке возникает особенность. В целях устранения возникающей в целевой точке неопределенности задача решается в постановке слабого терминального управления. До попадания в заданную окрестность целевой точки скорость подвижного объекта рассчитывается исходя из оставшегося расстояния и времени движения. При достижении заданной окрестности целевой точки скорость движения делается постоянной. Проводится анализ замкнутой системы, в результате которого показана асимптотическая устойчивость программной траектории и попадание подвижного объекта в конечную заданную окрестность целевой точки в конечный момент времени. Приводятся результаты численного моделирования, подтверждающие работоспособность предложенных алгоритмов на примере гексакоптера.
52-58 52
Аннотация

Представлена прикладная задача управления группой автоматических космических аппаратов (КА). В качестве примера приведена концепция построения "многоточечного" спутникового построения (проект "Космическая реклама"). "Космическая реклама" реализуется посредством специализированных тросовых и свободнолетающих КА, а также их комбинаций. Представлен технический облик космических аппаратов, состав бортовой аппаратуры.

Предложены методы поддержания пространственной конфигурации космических аппаратов специального назначения (методы "постоянного" строя, "переменного" строя, "смешанный"), выданы рекомендации по их применению.

Рассмотрено управление конфигурацией на основе обработки видеоинформации, полученной от космического аппарата, оснащенного широкоугольным матричным приемником оптического излучения.

Приведены параметры оптических систем. Оценены параметры работы системы навигации КА по наблюдаемому изображению. Описан способ определения относительного положения КА в конфигурации на основе отслеживания перемещения впереди летящего КА, согласно которому при переднем по направлению полета визировании пространства широкоугольным матричным приемником строки матрицы размещают перпендикулярно, а столбцы — параллельно вертикальной оси орбитальной системы координат, угловое (по курсу) отклонение ведомого космического аппарата пропорционально перемещению геометрического "центра тяжести" изображения космического аппарата — ориентира по номерам столбцов матричного приемника. Отклонение по тангажу пропорционально перемещению по номерам строк матричного приемника.

Разработан и исследован алгоритм обработки видеоинформации. Алгоритм включает процедуры нахождения, сопровождения ориентира, определения угла отклонения. С учетом особенностей фоноцелевой обстановки алгоритм построен с использованием структурных методов, выделяющих в качестве ориентиров характерные яркие пятна (синтаксические признаки изображения). Исследованы статистика сбоев алгоритма в зависимости от размера ориентира, от контраста яркостей ориентира, фона и уровня флуктуационного шума матричного приемника.

Основными внешними условиями, ограничивающими работу алгоритма, являются: низкий контраст ориентира на фоне звезд, отсутствие освещения Солнцем, в ряде случаев — засветка Солнцем, незначительные наблюдаемые размеры ориентира вследствие его малости или удаленности. 

59-64 67
Аннотация
Рассматривается концепция построения и архитектура эргатического интерфейса перспективного авиационного комплекса с использованием интегрированной модульной авионики, которые базируются на методологии рационального согласования совокупных свойств взаимодействия человека-оператора, техники и модуля формирования образа цели управления и применения в интересах повышения эффективности деятельности экипажа и безопасности полета. Описываются системы отображения информации и контроля, формируемые на базе цифровых электронных устройств и комплексного управлени я информацией с разделением времени операций контроля и отображения данных и с обеспечением наиболее удобной формы представления информации. В таких системах воспроизводится только та информация, которая необходима летчику для данного режима полета, либо вызвана им по требованию. Широкие возможности в варьировании объема и вида представления отдельных параметров в зависимости от режимов полета требуют инженерно-психологического обоснования принципов рационального информационного обеспечения летчика в процессе решения профессиональных задач. Приводятся результаты сравнительных исследований принципов отображения пространственного положения ЛА для трех типов индикации: "вид с самолета на землю" (тип 1), "вид с земли на самолет" (тип 2) и "вид своего самолета и "лидера" (образа цели управления) с другого самолета, находящегося сзади на одной и той же высоте и путевой скорости" (тип 3), показавшие преимущества третьего вида индикации — информационной командно-лидерной индикации. Этот тип индикации обеспечивает формирование у летчика геоцентрического образа полета относительно земной нормальной системы координат, направлениями осей которой является вектор путевой скорости, гравитационная вертикаль и линия горизонта, а также образ цели управления и применения в виде отображения заданного пространственного положения и изменения положения его конфигурации в соответствии с принципом управления "делай как я". Рассматриваются возможности использования ИМА-технологии и мнемокадров с информационной командно-лидерной индикацией, позволяющие повысить эффективность деятельности экипажей многофункциональных авиационных комплексов.


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