Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 20, № 7 (2019)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

387-397 72
Аннотация

Предлагается концептуальная модель цифровой платформы для кибер-физического управления производственными предприятиями в приближающуюся эпоху Industry 5.0, для которой будет характерно видение любого бизнеса, включая производство как сложной адаптивной системы управления, построенной на принципах самоорганизации и эволюции при тесном взаимодействии систем искусственного интеллекта и людей. В первой части рассмотрены принципы построения цифровой платформы, способной обеспечить поддержку функционирования предприятия этапа Industry 5.0 как цифровой экосистемы умных сервисов. В данной части статьи предлагается типизация сервисов цифровой платформы, перечисляется минимальный состав сервисов каждого типа и приводится описание их функционалов. Обосновывается ведущая роль мультиагентных систем как базовой архитектуры программного продукта и технологии разработки приложений цифровой платформы. Даются примеры разрабатываемых цифровых платформ и экосистем для управления грузовыми перевозками РЖД на принципах "юберизации", жизненным циклом сложных технических изделий, а также предприятиями отрасли растениеводства. Показывается, что результаты работы применимы для современных производственных корпораций и предприятий сельского хозяйства, проектных, консалтинговых и сервисных организаций.

398-404 62
Аннотация

Развитие теории и качественных методов исследования нелинейных систем функционально-дифференциальных уравнений с последействием (запаздыванием) представляет значительный интерес для современной нелинейной теории управления и многочисленных приложений. Важной в теоретическом и прикладном плане является задача исследования устойчивости процессов, описываемых системами уравнений данного класса.

В данной статье для нелинейной нестационарной системы функционально-дифференциальных уравнений с последействием общего вида рассматривается задача устойчивости нулевого положения равновесия по отношению не ко всем переменным, определяющим состояние указанной системы, а только по отношению к их некоторой части. Формально-математическая трактовка такой устойчивости восходит к работам А. М. Ляпунова и В. В. Румянцева с соответствующим уточнением применительно к рассматриваемому классу систем. Данная постановка задачи естественным образом возникает в приложениях как исходя из требований нормального функционирования, так и при оценке возможностей проектируемой системы, и позволяет лучше понять процессы, протекающие в сложных управляемых системах. Находятся условия на структурную форму рассматриваемой системы, при которых устойчивость по заданной части переменных нулевого положения равновесия означает его устойчивость по отношению к другой — бóльшей части переменных, включающих некоторую дополнительную группу переменных. Указанные условия включают в себя условие равномерной асимптотической устойчивости нулевого положения равновесия подсистемы, "приведенной" по дополнительной группе переменных, а также ограничение на связь "приведенной" подсистемы с другими частями изучаемой системы. Дается приложение к задаче стабилизации по отношению к части переменных управляемых систем.

405-411 33
Аннотация

Условия эксплуатации оборудования объектов энергетики оказывают влияние на его техническое состояние. Эти условия определяются состоянием внешней (окружающей) среды. Отклонения параметров окружающей среды от требуемых (нормативных) значений могут ускорять негативные тенденции, приводящие к отказам, авариям и, соответственно, экономическому ущербу от простоя и восстановления надлежащего технического состояния энергетического оборудования. Поэтому учет состояния внешней среды является важным аспектом решения задач мониторинга, диагностики и прогнозирования технического состояния, а также задач управления и поддержки принятия решений при эксплуатации оборудования объектов энергетики. Внешняя среда характеризуется наличием различных видов неопределенности. Отличающиеся неопределенности внешней среды определяют необходимость выбора или коррекции способа достижения цели управления или принятия решения. Поэтому в работе предложено формализованное описание неопределенностей внешней среды. Синтезированы операции для формализации состояний, отличающихся от "типовых", получаемых, например, на этапе проектирования системы диагностики или управления энергетическим оборудованием. На основе этого реализован способ оперативной оценки состояний внешней среды без опроса экспертов и ЛПР на основе синтеза ускоренной процедуры. В качестве математического аппарата формализации знаний о неопределенностях различных видов и субъективизма, присущего мнениям экспертов предметной области, обоснован выбор теории нечетких множеств. Формализовано понятие состояния внешней среды и предложены операции для определения ее типовых состояний. Для учета различных видов неопределенности при описании текущего состояния внешней среды предложен механизм модификаторов. Модификаторы позволяют существенно упростить расчеты при формализации состояний внешней среды для применения в системах диагностики и управления энергетическим оборудованием. Рассмотренные расчетные примеры показывают основные возможности предложенного подхода. Результаты применения разработанного подхода позволяют говорить о целесообразности его применения для решения задачи формализации состояния внешней среды при эксплуатации энергетического оборудования в условиях неопределенности.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

412-416 58
Аннотация

Использование систем "мотор-колесо" требует совершенствования системы управления электротранспортным средством, используя характеристики сцепления колеса с поверхностью дороги. Одним из аспектов такого совершенствования является улучшение алгоритмов функционирования антиблокировочной тормозной системы (АБС). При разработке алгоритмов управления АБС используются различных подходы и методы современной теории управления, включая методы, базирующиеся на оценивании скольжения колеса, силы сцепления, коэффициента трения колеса посредством линейных и нелинейных методов оценивания, линейных и нелинейных регуляторов. Данная работа иллюстрирует применение принципа интегральной адаптации (ПИА) высокого порядка синергетической теории управления (СТУ) для построения робастного закона управления проскальзыванием колеса электромобиля. Основные особенности СТУ состоят: во-первых, в принципиальном изменении целей поведения синтезируемых систем; во-вторых, в непосредственном учете естественных свойств нелинейных объектов; в-третьих, в формировании аналитического механизма генерации обратных связей, т.е. законов управления. ПИА заключается во введении в закон управления нелинейных интеграторов, компенсирующих возмущения без их оперативной оценки.

Полученный в данной работе закон управления имеет достаточно простую структуру, ориентирован на использование физически доступных переменных состояния тормозной системы и для его реализации не требуется оперативной оценки возмущений или построения сложной нейросети для вычисления возмущений.

Результаты компьютерного моделирования синтезированного робастного закона управления для АБС свидетельствуют о его эффективности при функционировании в условиях неопределенности действия внешней среды.

417-421 54
Аннотация

Обсуждаются результаты исследований условий движения пневматических роботов по вертикальным поверхностям под водой. Выявляются особенности движения вакуумных устройств для разработки уточненной математической модели устройства контакта с поверхностями в водной среде. Выполненные экспериментальные исследования позволили получить дополнительные данные по динамике, построить циклограммы работы и скорректировать полученные ранее результаты. Для аналитического исследования динамических процессов, происходящих в системе вакуумных контактных устройств, с учетом сложности описания нелинейностей были разработаны линеаризованные упрощенные модели системы "воздушный эжектор — устройство контакта — водная среда". Вакуумные контактные устройства предназначены для осуществления гарантированного контакта с вертикально, наклонно или горизонтально расположенными поверхностями, по которым совершает движение подводный робот вертикального перемещения, выполняющий предписанные технологические задачи, например, в бассейнах выдержки атомных электростанций, на поверхностях корпусов кораблей, на поверхностях подводных сооружений. В моделях учитывались силы сцепления с поверхностями, находящимися под водой, — силы, возникающие в результате перепада давлений, силы трения, контактного и вакуумного взаимодействия, упругости стенок полости переменного объема подвижного элемента конструкции устройства. В результате решения модельной задачи получены в явном виде значения механических параметров, а также вакуума и расхода в полости переменного объема как функций изменения зазора между торцом гофрированной мембраны и поверхностями. В результате исследования динамических процессов, происходящих в упрощенных моделях вакуумных контактных устройств "воздушный эжектор — поверхность контакта — водная среда", получены переходные характеристики изменения действующих сил и давлений во времени, а также зависимости нормальной и тангенциальной составляющих сил от глубины погружения в воду. Исследованы варианты конструкций вакуумных устройств контакта с поверхностями, находящимися в водной среде, и проведена модернизация лабораторного стенда для испытаний вакуумных контактных устройств под водой.

422-427 40
Аннотация

Предложена расчетная схема и математическая модель динамики поступательного движения твердого тела, которые имитируют передвижение подводной платформы с помощью якорно-тросовых движителей, а также указаны примеры применения таких платформ при проведении работ по добыче и разведке новых месторождений углеводородов на континентальном шельфе. Представлена схема подводной платформы с якорно-тросовыми движителями, а также способ ее перемещения. Особенность математической модели процесса движения платформы с таким типом движителей заключается в зависимости развиваемых усилий от положения тросов относительно перемещаемого тела и превышения числа управляющих воздействий над числом степеней свободы механической системы. Математическая модель, описывающая перемещение платформы, основана на геометрических уравнениях при одновременной работе электроприводов движителя, с одной стороны, и на уравнении динамики поступательного движения тела — с другой. Показано, что задачей системы управления при этом процессе является обеспечение необходимого соотношения сил в тросах, идущих к якорю движителя. В качестве приводов рассмотрены двигатели постоянного тока и шаговые двигатели ввиду их способности работать от автономного источника питания, такого как аккумуляторные батареи. Установлены особенности управления двигателями постоянного тока и шаговыми двигателями в составе приводов якорно-тросовых движителей. Для разрешения динамической неопределенности доказана необходимость введения в математическую модель дополнительного уравнения. В соответствии с разработанной математической моделью получены законы изменения во времени управляющих воздействий, в частности, напряжения, подаваемого на якоря электродвигателей постоянного тока, и частот коммутации обмоток при использовании шаговых двигателей. Разработан метод управления движением твердого тела, находящегося под воздействием двух приводов, который может быть использован при изучении поступательного перемещения подводной платформы с якорно-тросовыми движителями. Рассмотрены особенности управления двигателями постоянного тока и шаговыми двигателями для изменения длины тросовых движителей по заданному закону.

428-436 64
Аннотация

Работа посвящена повышению надежности и технологичности конструкций мехатронных машин с параллельной кинематикой путем замены статически неопределимых манипуляторов статически определимыми механизмами. Предлагается методика, в которой проектирование статически определимых манипуляторов технологических мехатронных машин с параллельной кинематикой выполняется путем модификации структуры прототипов и включает три этапа: выявление и анализ избыточных связей, устранение избыточных связей, проверка правильности исключения избыточных связей. Для определения числа степеней свободы механизма, выявления избыточных связей и проверки решения используется предложенная авторами методика структурного анализа механизмов параллельной структуры. При структурном анализе манипулятор представляется иерархической структурой и рассматривается как параллельное соединение элементарных механизмов с незамкнутой кинематической цепью; как кинематическая цепь, состоящая из ведущей и ведомой частей; как совокупность звеньев и кинематических пар; как кинематическое соединение выходного звена и стойки. В статье реализованы следующие приемы устранения избыточных связей: увеличение подвижностей в кинематических парах; введение в кинематическую цепь разгрузочных звеньев и пассивных кинематических пар; исключение из кинематической цепи лишних звеньев и пар; увеличение подвижностей в одних кинематических парах одновременно с исключением ставших лишними других кинематических пар. Разработано несколько вариантов структурных схем самоустанавливающихся манипуляторов на базе механизма Ортоглайд, сохраняющих основные функциональные свойства прототипа. Для увеличения числа схем самоустанавливающихся механизмов используется перераспределение подвижностей и связей в пределах соединительной кинематической цепи и между соединительными кинематическими цепями. Предложенная методика позволяет определять число степеней свободы механизма, число и вид избыточных связей, устранять избыточные связи и на альтернативной основе строить структурные схемы статически определимых механизмов технологических мехатронных машин с параллельной кинематикой.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

437-442 36
Аннотация

Анализируется система сопровождения подвижных объектов на основе двухосного карданова подвеса с МЭМС-гироскопами в контуре управления. Рассматривается кинематика системы сопровождения в одной из плоскостей наведения. Приведена структурная схема одного канала системы сопровождения, состоящая из контуров коррекции и стабилизации. Показано, что время переходного процесса, полоса пропускания, фазовое запаздывание между угловыми скоростями сопровождаемого объекта и платформы в значительной степени определяется добротностью по скорости контура коррекции. Приведенные числовые оценки дают представление о характеристиках системы сопровождения. Даны соотношения, позволяющие оценить влияние шума МЭМС-гироскопа на угловую скорость стабилизируемой платформы. Поясняется возникновение синхронных погрешностей системы сопровождения на колеблющемся носителе. Показано, что влияние сил сухого трения в осях подвеса на систему сопровождения эквивалентно действию суммы гармоник с частотами, кратными частоте колебаний носителя с нечетными коэффициентами. Иллюстрируется действие момента сил вязкого трения в условиях колебаний носителя. Представлена экспериментальная спектральная характеристика макета системы сопровождения на качающемся стенде, подтверждающая теоретические выводы. Приведено аналитическое соотношение, позволяющее оценить относительную синхронную погрешность системы сопровождения.

443-448 39
Аннотация

Отмечается важность информации и указываются недостатки традиционных систем воздушных сигналов, реализующих аэрометрический, аэродинамический и флюгерный методы с помощью разнесенных по фюзеляжу приемников воздушных давлений, приемников температуры торможения, датчиков аэрометрических углов атаки и скольжения.

Рассматриваются особенности построения и достоинства оригинальной вихревой системы воздушных сигналов с одним неподвижным приемником первичной информации и частотно-временными первичными информативными сигналами, построенной на основе оригинального вихревого датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости с отверстием-приемником статического давления на его обтекаемой поверхности, связанного с датчиком абсолютного давления с частотным выходом.

Отмечается, что по результатам расчетов инструментальные статические погрешности измерительных каналов вихревой системы воздушных сигналов близки к инструментальным погрешностям традиционных систем воздушных сигналов.

Рассмотрены причины, получены математические модели и расчетные значения методических статических погрешностей измерительных каналов вихревой системы воздушных сигналов, которые свидетельствуют о перспективах применения системы на дозвуковых летательных аппаратов.



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