Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 21, № 3 (2020)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

131-135 160
Аннотация
Основной целью исследования является расширение понятия качественной экспоненциальной устойчивости и неустойчивости для широкого класса динамических систем и объектов управления с оценкой областей экспоненциальной устойчивости, а также разработка а налитических и расчетных способов анализа качества процессов и проектирование устройств управления для систем управления. И если свойство асимптотической устойчивости указывает на сходимость или расходимость процессов во времени, то экспоненциальная устойчивость дает информацию о скорости сходимости или расходимости процессов, тем самым характеризуя быстродействие системы. Удовлетворяя условиям качества экспоненциальной устойчивости, оцениваются средняя скорость сходимости или расходимости процессов, а также текущие процессы отклонений среднего по времени поведения, последний дает информацию о поведении переходных процессов (колебания, перерегулирование). Разработка аналитических и вычислительных методов анализа устойчивости и неустойчивости систем сравнения и, как следствие, многосвязных систем, а также качества процессов является практически необходимой задачей для исследования мультиагентных управляющих алгоритмов и алгоритмов управления в нелинейных системах, поскольку одни и те же системы должны быть связаны между собой и иметь заданную степень экспоненциальной устойчивости для требуемого управления.
Предложенные результаты могут быть использованы при разработке летающих и наземных роботов на основе алгоритма биологического управления живым организмом, таким как насекомые или пчелы.
136-142 168
Аннотация

Дискретные (конечно-разностные) системы широко используются в современной нелинейной теории управления. Одной из основных задач качественного исследования таких систем является обладающая большой общностью задача устойчивости нулевого положения равновесия. В большинстве работ такая задача устойчивости анализируется по отношению ко всем переменным, определяющим состояние системы.

Однако для многих важных в приложениях случаев возникает необходимость анализа более общей задачи: об устойчивости нулевого положения равновесия не по всем переменным, а только по некоторой заданной части переменных. Такая задача часто рассматривается также как вспомогательная при исследовании устойчивости по всем переменным. На этом пути возникают соответствующие понятия и задачи детектируемости изучаемой системы, играющие важную роль в процессе анализа нелинейных управляемых систем. Затем были поставлены более общие задачи частичной детектируемости, в рамках которых изучается ситуация, когда из устойчивости по части переменных следует устойчивость не по всем, а по большей части переменных.

В данной статье рассматривается нелинейная дискретная (конечно-разностная) система общего вида, допускающая нулевое положение равновесия. Находятся условия на структурную форму рассматриваемой системы, определяющие ее частичную детектируемость. При выполнении этих условий устойчивость по заданной части переменных нулевого положения равновесия системы означает его фактическую устойчивость по другой — бóльшей части переменных. При этом устойчивость по оставшимся переменным является неопределенной и может исследоваться дополнительно. В процессе анализа указанной проблемы частичной детектируемости вводится понятие частичной нуль-динамики системы. Дается приложение полученных результатов к задаче стабилизации к части переменных нелинейных дискретных управляемых систем.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

143-157 145
Аннотация
Рассмотрены проблемы регулирования температуры в нагревательных печах на примере протяжной печи для отжига стальной полосы агрегата непрерывного горячего оцинкования. Показано, что одной из основных проблем является непостоянство динамических свойств объекта управления при гибком управлении производством с изменением производительности печи. С использованием модели теплотехнического состояния рабочего пространства и металла, учитывающей влияние температурных режимов печи на тепловые потери, определены пределы вариации параметров упрощенной модели динамики объекта. Рассмотрены проблемы управления температурным объектом с непостоянными динамическими параметрами. Изучены достоинства и недостатки систем управления объектами, основанными на использовании нечеткой логики и скользящего регулирования. Показано, что система скользящего регулирования при управлении объектом температурного типа может приводить к колебательным переходным процессам вследствие отсутствия амплитудной модуляции управляющего воздействия при приближении к заданию. Предложена система автоматической стабилизации регулируемого параметра для объекта температурного типа, комбинирующая скользящее регулирование и нечеткую логику. В предложенной системе стабилизации направление изменения управляющего воздействия определяется с применением скользящего регулирования, а уровень управляющего воздействия — с использованием нечеткой логики. Представлены результаты вычислительных экспериментов по сравнению с эффективностью управления с использованием предложенной системы, а также системы, основанной на одной нечеткой логике. При вычислительных экспериментах оптимальные варианты параметров настройки систем определялись на основе полного перебора и компьютерного моделирования управления для объекта с заданной вариацией динамических свойств. Компьютерное моделирование осуществлялось в среде VisSim. Показано, что при постоянных значениях параметров масштабирования сигналов, используемых в правилах нечеткой логики, требование по обеспечению качественных переходных процессов с различным уровнем изменения задания приводит к существенному снижению быстродействия по сравнению с системой, комбинирующей нечеткую логику и скользящее регулирование. Продемонстрирована возможность простой подстройки качества переходных процессов в системе, комбинирующей нечеткую логику и скользящее регулирование, при изменении динамических свойств объекта.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

158-165 188
Аннотация
Предложен новый гибридный пассивный принцип сцепления мобильного робота вертикального перемещения с рабочей поверхностью, основанный на сочетании магнитной и клеевой адгезии. Для реализации указанного принципа используется металлическая лента с клеевым слоем на одной из сторон для закрепления ленты на поверхности. Адгезия робота к ленте осуществляется с помощью пассивных магнитов, размещенных в его гусеничных траках. Проведены экспериментальные исследования принципа магнитного сцепления для определения удерживающей силы робота на рабочей поверхности. Экспериментально показана возможность функционирования предложенного механизма перемещения. Предложенный гибридный способ позволяет роботу перемещаться в закрытых помещениях по вертикальным поверхностям разного типа.
166-173 122
Аннотация

Рассматривается проблема преобразования координат в системах технического зрения (СТЗ) роботизированных технологических комплексов (РТК) для лазерной сварки. Лазерная сварка является высокоэффективной технологической операцией, во многом превосходящей более распространенные виды сварки за счет высокой концентрации энергии в точке сварки. Однако лазерная сварка предъявляет ряд требований, в числе которых высокое требование по точности позиционирования лазерной головки, относительно сварочного стыка.

Обеспечить требуемую точность позволяют адаптивные системы управления на основе СТЗ. Основной задачей СТЗ является определение трехмерных координат сварочного стыка с помощью видеосенсора, преобразование полученных координат в систему координат, в которой происходит управление РТК, и передача преобразованных координат в систему управления. При этом важными факторами являются точности определения и преобразования координат. Для выполнения поставленной задачи необходимо рассмотреть преобразование координат как комплекс действий, выполняемых с учетом специфики применения СТЗ в составе РТК для лазерной сварки. С этой целью в статье проанализированы типовые схемы размещения СТЗ на промышленных роботах и предложена наиболее подходящая для лазерной сварки конфигурация. Также была разработана методика измерения трехмерных координат сварочного стыка с использованием СТЗ с помощью метода триангуляции.

Авторами проведен сравнительный анализ основных существующих методов калибровки видеосенсоров СТЗ и предложен оригинальный метод калибровки видеосенсоров с учетом специфики функционирования РТК для лазерной сварки. В результате в работе представлено обоснование необходимости рассмотрения преобразования координат в СТЗ в составе РТК для лазерной сварки, а также приведен комплекс методов, позволяющий выполнить преобразования из виртуальной системы координат видеосенсора в систему координат робота, что позволяет осуществлять непосредственное управление на основе данных СТЗ.

В заключение авторами приведен метод калибровки видеосенсора, позволяющий добиться указанных в статье требований по точности определения координат сварочного стыка.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

174-183 104
Аннотация
Решается динамическая задача оптимального разворота из произвольного начального углового положения в заданное конечное угловое положение с ограниченным управлением, минимизирующим кинетическую энергию вращения космического аппарата (КА). Время окончания маневра известно. Для нахождения оптимальной программы управления применяется квадратичный критерий качества. Использование интегрального показателя оптимальности в специальном виде относительно угловой скорости позволило аналитическим путем решить поставленную задачу. Закон управления записан в явном виде. Построение оптимального управления основано на кватернионных переменных и моделях. Показано, что во время оптимального разворота управляющий момент параллелен прямой, которая неподвижна в инерциальном пространстве, а направление кинетического момента КА в процессе пространственного разворота остается постоянным относительно инерциальной системы координат. Подробно исследован особый режим управления, и сформулированы условия невозможности возникновения такого режима. Доказано, что в особом режиме управления, если он существует, КА вращается по инерции. Представлены формализованные уравнения и расчетные выражения для определения оптимальной программы разворота и длительности разгона и торможения. Также приведена зависимость управляющих переменных от фазовых координат. Предложенный алгоритм управления позволяет осуществить переориентацию КА с минимальной кинетической энергией вращения на фиксированном интервале времени. Даны аналитические выражения для нахождения временных характеристик маневра переориентации и сформулировано условие для определения момента начала торможения, основанное на фактических кинематических параметрах движения, исходя из принципов терминального управления, что обеспечивает высокую точность ориентации. Для динамически симметрического КА приведено полное решение задачи оптимального управления: получены зависимости как явные функции времени для управляющих переменных и соотношения для расчета основных параметров закона управления поворотным маневром. Даны численный пример и результаты математического моделирования пространственного движения КА при оптимальном управлении, которые демонстрируют практическую реализуемость разработанного метода управления ориентацией КА. Наличие готовых формул для синтеза оптимальной программы разворота делает выполненное исследование практически значимым и пригодным для непосредственного применения в практике космических полетов.
184-192 128
Аннотация
Разработка боковых активных ручек управления самолетом (АРУС) является актуальным направлением развития современных систем управления полетом, позволяющим повысить безопасность полета, улучшить эргономику работы в кабине и сократить массогабаритные показатели рычагов управления. Статья посвящена имитационному моделированию работы пары АРУС, выполненных на основе электромеханических приводов (ЭМП) по безрамочной конструктивно-кинематической схеме, обеспечивающей идентичные динамические характеристики в каналах тангажа и крена. Моделирование проводилось в среде MATLAB с использованием специализированных библиотек SimMechanics и SimPowerSystems. С помощью трехмерной твердотельной модели конструкции АРУС были уточнены массы и моменты инерции подвижных частей. Разработанная комплексная модель состоит из моделей двух постов АРУС, трех блоков задания входного воздействия ("Автопилот", блоки 1-го и 2-го пилотов), блока формирования загрузочной характеристики для режима ручного управления и блока логики перехода из автоматического режима в ручной. Модель позволяет исследовать статические и динамические характеристики электромеханических приводов и алгоритмы управления в автоматическом и ручном режимах полета, в том числе при одновременном управлении двумя пилотами и при вмешательстве пилотов в автоматическое управление. Введение в модель блока удержания положен ия рукоятки позволило смоделировать ситуацию, когда в режиме ручного управления 1-й пилот пытается удержать рукоятку в положении, которое он считает правильным, несмотря на вмешательство 2-го пилота. Проведенные на модели эксперименты показали, что разработанная конструкция АРУС обеспечивает выполнение заданных требований к активным боковым ручкам управления самолетом.


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