Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 20, № 5 (2019)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

269-265 104
Аннотация

Рассматривается задача синтеза алгоритма идентификации неизвестных параметров линейных нестационарных объектов управления. Предполагается, что измеряются только выходная переменная объекта и сигнал управления (но не их производные или переменные состояния), а неизвестные параметры являются линейными функциями времени или их производные представляют собой кусочно-постоянные сигналы. Допускается, что производные нестационарных параметров являются неизвестными постоянными числами на некотором интервале времени, который, в свою очередь, также не определен. Данное допущение относительно неизвестных параметров не является математической абстракцией, поскольку параметры большинства электромеханических систем в процессе работы изменяются относительно известных номинальных значений. Например, линейному изменению подвержено сопротивление ротора, которое может быть связано с температурными изменениями в электрическом двигателе, возникающем в процессе его функционирования. С использованием линейных стационарных устойчивых фильтров в данной работе предлагается итеративный алгоритм параметризации линейного нестационарного объекта управления, приводящий к типовой линейной регрессионной модели, включающей как переменные, так и постоянные (на некотором интервале времени) неизвестные параметры. Для этой модели применяется метод динамического расширения регрессора (DREM), обеспечивающий при условии незатухающего возбуждения сходимость оценок настраиваемых параметров к их истинным значениям при условии, что интервал времени, для которого производная каждого из параметров является константой, равен бесконечности. В противном случае (т. е. на любом конечном интервале) обеспечивается сходимость оценок в некоторую область. В отличие от известных градиентных подходов использование метода динамического расширения регрессора позволяет за счет увеличения коэффициентов алгоритма обеспечить улучшение быстродействия и, как следствие, увеличение точности сходимости оценок к истинным значениям. Дополнительно метод динамического расширения регрессора обеспечивает получение монотонности процессов, что для ряда технических приложений может быть крайне востребованным.

266-273 99
Аннотация

Рассматривается характеристический полином интервальной системы автоматического управления, у которого коэффициенты априорно точно неизвестны или могут произвольно изменяться в заранее известных числовых пределах. При этом корни интервального характеристического полинома мигрируют по комплексной плоскости, образуя области их локализации. По границам этих областей возможно определить степень робастной устойчивости интервальной системы автоматического управления. Для ее анализа рассматривается отображение на корневую комплексную плоскость параметрического многогранника интервальных коэффициентов характеристического полинома системы управления. При этом учитывается известное свойство определения степени робастной устойчивости интервальной системы управления в вершинах этого многогранника. Для нахождения данных проверочных вершин предлагается использовать основное фазовое уравнение метода корневого годографа. Исходя из требований к расположению областей локализации полюсов системы управления проведено интервальное расширение углов от нулей и полюсов, входящих в основное фазовое уравнение. Для этого доказаны утверждения, определяющие суммы интервалов углов полюсов в случае колебательной степени робастной устойчивости интервальной системы управления. Из условий определения полюсом степени колебательной устойчивости системы получены двойные интервальные угловые неравенства, задающие диапазоны углов выхода из этого полюса всех реберных ветвей многопараметрического интервального корневого годографа. В результате проведенных исследований разработана процедура нахождения у многогранника коэффициентов характеристического полинома координат проверочных вершин и соответствующих им вершинных полиномов. Определены вершинные полиномы для анализа степени робастной колебательной устойчивости интервальных систем управления второго, третьего и четвертого порядков. Доказано утверждение для нахождения координат вершины, которая определяет степень робастной апериодической устойчивости. Приведены числовые примеры вершинного анализа степени колебательной и апериодической робастной устойчивости интервальных систем управления третьего и четвертого порядков. Для проверки полученных результатов построены области локализации корней рассмотренных интервальных полиномов, подтверждающие правильность выбора проверочных вершин многогранника интервальных коэффициентов.

274-279 91
Аннотация

Рассматривается алгебраический метод синтеза астатических непрерывных систем управления. Метод основан на построении по заданным показателям качества (времени регулирования, перерегулирования и др.) и заданной передаточной функции объекта желаемой передаточной функции (ЖПФ). Построение ЖПФ основано на использовании желаемой нормированной передаточной функции (НПФ). Желаемой НПФ называется передаточная функция, у которой в знаменателе свободный член и коэффициент при старшей степени равны единице и показатели качества, за исключением времени регулирования, совпадают с показателями качества ЖПФ. Поэтому, построив желаемую НПФ и проделав обратное преобразование с коэффициентом преобразования, равным отношению времени регулирования синтезируемой системы и времени регулирования системы с желаемой НПР, получим ЖПФ.

Желаемая НПФ строится из типовых НПФ. Известны различные типовые НПФ: биномиальные, арифметические и геометрические. Тип НПФ определяется по ее характеристическому полиному, НПФ называется биномиальной, если ее характеристический полином представляет бином Ньютона, арифметической и геометрической, если корни их характеристических полиномов образуют арифметическую и геометрическую прогрессии.

При построении желаемой НПФ нужно соблюсти три условия: физической реализуемости регулятора, разрешимости и грубости. Из этих трех условий определяются степени характеристического уравнения синтезируемой системы и степени неизвестных полиномов, которые вводятся в процессе синтеза. После этого по заданным показателям качества определяется нужный тип желаемой НПФ. При этом находим только знаменатель желаемой НПФ. Числитель желаемой НПФ, если синтезируемая система астатическая r-го порядка и объект не содержит правых полюсов и нулей, равен сумме r последних слагаемых характеристического полинома.

После того как получена ЖПФ системы, определяется передаточная функция регулятора приравниванием передаточной функции замкнутой системы ЖПФ.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

280-290 69
Аннотация

Описывается моделирование манипулятора для разминирования, который содержит пневматический привод, инфракрасный датчик и нейтрализатор мин. Инфракрасный датчик определяет положение мины в режиме сканирования манипулятора и подает управляющий сигнал на вход блока управления привода манипулятора для точного позиционирования нейтрализатора над обнаруженной миной. Решена задача оптимального позиционирования манипулятора в смысле минимизации энергопотребления на управление. Контур обратной связи содержит только один датчик для выполнения оптимального позиционирования системы благодаря применению наблюдателя. Управление системой осуществляется с помощью пневматического сигнала. Информация о текущем состоянии системы подается от датчика давления, подключенного к пневматическим цилиндрам, и от наблюдателя. Представлена реализация системы оптимального управления, которая требует только трех блоков масштабирования и одного сумматора, при этом модель манипулятора состоит из двух интеграторов, одного сумматора и двух блоков масштабирования. Реализовано компьютерное моделирование работы инфракрасного датчика мин. Рассчитано затухание микроволн и потребляемая мощность на заданной глубине залегания мины в грунте. Работа инфракрасного датчика моделируется в двухфазном режиме поиска мин. Полученное распределение температуры внутри объема грунта, содержащего мину, после воздействия на рабочую зону микроволнами, позволяет получать информацию о местонахождении мины. Представлены результаты моделирования поиска мины инфракрасным датчиком и моделирования позиционирования нейтрализатора с помощью пневматического манипулятора. Сравнение результатов моделирования и эксперимента показывает, что допущения, принятые при моделировании, достаточно точно соответствуют параметрам реального процесса.

291-298 77
Аннотация

Рассматривается проблема возникновения и оперативного подавления автоколебаний, возникающих в процессе фрезерования с помощью робота-манипулятора. Предполагается, что инструмент (фреза) связан с роботом упругим подвесом, который используется для силового очувствления робота. На основе математической модели регенеративных автоколебаний (chattering) проведено моделирование системы "робот—инструмент—обрабатываемая поверхность". Инструмент равномерно двигается вдоль обрабатываемой поверхности с заданным прижатием к ней. Прижатие фрезы, обеспечивающее необходимую осевую глубину резания (axial depth of cut), осуществляется с помощью позиционно-силового алгоритма управления. Данный алгоритм управления реализуется средствами двух ПИД регуляторов с позиционной и силовой обратными связями. Равномерное движение вдоль обрабатываемой поверхности, обеспечивающее требуемую подачу инструмента, осуществляется с помощью алгоритма управления по скорости. Управление по скорости осуществляется средствами отдельного ПИД регулятора. Настройки всех регуляторов обеспечивают быстродействие и плавность переходных процессов. Для сглаживания нежелательной динамики при нелинейной форме обрабатываемой поверхности возможно использование обучения на пробных циклах движения. Рядом авторов экспериментально и аналитически показано, что при фрезеровании "по следу", который остается на обрабатываемой поверхности при предыдущем проходе инструмента, возможно возникновение неустойчивых (регенеративных) автоколебаний. Неустойчивые автоколебания являются сдерживающим фактором для повышения производительности, которая главным образом зависит от глубины резания и скорости вращения инструмента. В настоящей работе рассматривается возможность оперативного детектирования начала возникновения неустойчивых автоколебаний по амплитудному спектру показаний датчиков горизонтальных сил взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью. Амплитудный спектр строится с помощью быстрого преобразования Фурье, что позволяет оперативно определять начало ухода процесса резания в неустойчивую зону. Следующее за этим небольшое уменьшение осевой глубины резания (в пределах 1...2 %) практически полностью стабилизирует процесс резания. В работе предлагается вариант построения контура адаптации для системы управления вертикальным движением робота, основанный на допустимом изменении осевой глубины резания.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

299-307 72
Аннотация

Статья посвящена разработке двухосевого твердотельного микрогироскопа (ТМГ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Предлагаемый гироскоп относится к классу недорогих чувствительных элементов, обладающих высокой устойчивостью к действию перегрузок на длительном интервале времени. Данное преимущество делает приоритетным использование ТМГ на ПАВ в системах навигации и управления объектами, функционирующими в условиях действия перегрузок, достигающих 65 000 g. На сегодняшний день известен целый ряд принципов построения ТМГ на ПАВ: ТМГ на стоячих ПАВ и ТМГ на бегущих ПАВ. В статье исследуется первый тип гироскопов. Общим недостатком существующих ТМГ на стоячих ПАВ является возможность их использования для измерения угловой скорости только относительно одной оси. В связи с этим в статье предложена оригинальная схема двухосевого ТМГ на стоячих ПАВ. Ее применение потребовало исследования влияния вращения основания на параметры упругих волн, распространяющихся в конструкции из слоя на подложке и построения моделей падающих и отраженных волн. Приведены результаты численного моделирования, показывающие влияние вращения основания на комплексные коэффициенты отражения объемных волн от слоя на подложке, фазовую скорость и частоту, а также амплитуду колебаний частиц, участвующих в переносе ПАВ, и форму эллиптической траектории движения частиц. Дан сравнительный анализ ТМГ на ПАВ с существующими микромеханическими гироскопами и рассмотрены основные технологические процессы производства ТМГ на ПАВ.

308-313 100
Аннотация

Представлена прикладная задача управления маневрами группы автоматических космических аппаратов (КА). К важнейшим критериям баллистического проектирования группы КА относятся максимизация срока активного существования КА группы, обеспечение заданной точности формирования конфигурации, предотвращение столкновения КА.

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

Среди идеологий управления конфигурацией КА группового полета возможно выделить две. Первая подразумевает независимое выдерживание каждым КА группы собственных априори заданных параметров орбиты. Вторая подразумевает выделение из группы КА лидеров, задающих конфигурации для ведомых КА.

Для управления маневрами КА группы целесообразно применение подходов теории оптимального управления многообъектными многокритериальными системами.

Разработанный на основе такой теории алгоритм состоит из трех повторяющихся этапов: 1) определение текущих параметров движения КА группы; 2) выбор направления, величины и длительности импульса управления каждого активного космического аппарата на основе прогноза параметров движения КА и критериев оптимизации; 3) выдача импульсов управления.

В работе такой алгоритм адаптирован для решения задачи управления группой КА по критериям минимизации изменения конфигурации и максимизации расстояния между КА при пересечении узловых точек (точек максимального сближения орбит) по методу "переменного строя".

Алгоритм включает этапы расчета относительного положения КА группы; прогноза относительного положения КА в момент прохождения "узловой точки"; расчета для каждого КА параметров маневра, обеспечивающего максимальное относительное расстояние между КА в момент ее прохождения.

Рассмотрен модельный пример определения параметров конфигурации группы КА для решения указанной задачи.

Исследуется зависимость длительности вычислений от параметров алгоритма и числа КА группы.

Представлены рекомендации и проведен анализ возможности практического применения полученных результатов.

314-320 60
Аннотация

Работа посвящена решению задачи обоснования рационального состава бригады специалистов, обеспечивающих подготовку группы летательных аппаратов в течение заданного времени, для чего необходимо решить задачу планирования работ, выполняемых на группе летательных аппаратов различным составом специалистов. Это, в свою очередь, требует рассмотрения огромного числа вариантов упорядочивания работ, выполняемых на каждом летательном аппарате, и вариантов организации последовательности обслуживания одним специалистом нескольких летательных аппаратов. Поиск решения с использованием комбинаторной оптимизации требует неприемлемо больших вычислительных затрат.

В статье предлагается подход, ориентированный на нахождение не оптимального, а некоторого рационального допустимого решения, которое не намного хуже оптимального, но его определение не требует больших вычислительных ресурсов.

Предложен алгоритм рационального планирования работ, основанный на дискретно-событийном моделировании. Планирование ведется последовательно по времени. При планировании очередности выполнения работ предложено, в первую очередь, по возможности ставить работы, имеющие максимальную длительность. Разработанный алгоритм программно реализован, что позволило исследовать некоторые свойства получаемых решений. Приведены примеры расчета календарного графика выполнения работ на группе летательных аппаратов при различном составе бригады специалистов.

Задача обоснования рационального состава бригады решается с помощью алгоритма рационального планирования работ путем последовательного увеличения числа специалистов.

Приведен и подробно проанализирован пример обоснования рационального состава бригады специалистов, выполняющих подготовку группы из восьми летательных аппаратов, на каждом из которых выполняется пять видов работ. Высокая скорость выполнения расчетов по рациональному планированию работ заданным составом бригады позволила рассмотреть все возможные варианты состава бригады (десятки тысяч вариантов) и обосновать такой вариант, при котором число специалистов в бригаде было бы минимальным, но они обеспечивали бы подготовку авиационной техники в течение заданного времени.

Низкие требования к вычислительным ресурсам позволяют решать задачи при достаточно большом числе видов работ, выполняемых на каждом летательном аппарате группы.



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