Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 21, № 4 (2020)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

195-199 89
Аннотация

Предложен новый метод подавления внешних неизвестных ограниченных возмущений в линейных динамических системах с известными параметрами. В отличие от известных результатов разработанный статический закон управления обеспечивает нахождение фазовых траекторий системы в эллипсоиде, который достаточно близок к шару, в котором находятся начальные условия, а также обеспечивает наилучшую точность регулирования в установившемся режиме. Для решения задачи используется аппарат функций Ляпунова и техника линейных матричных неравенств. Дополнительно к разрешимости линейных матричных неравенств предложена схема поиска матрицы, которая обеспечивает наименьший эллипсоид в переходном режиме с малой погрешностью. Предложенная схема управления расширяется на управление линейными системами в условиях больших возмущений, для подавления которых используется интегральный закон управления. Приведены сравнительные примеры предложенного метода и метода инвариантных эллипсоидов. Показано, что при определенных условиях фазовые траектории замкнутой системы, полученные на базе метода инвариантных эллипсоидов, находятся недалеко от границ наименьшего эллипсоида для переходного режима, в то время как полученный закон управления гарантирует сходимость фазовых траекторий к наименьшему эллипсоиду в установившемся режиме. 

200-207 58
Аннотация

Статья посвящена анализу известных задач оптимального управления по быстродействию (ОУБ) и методам их решения. Показано, что использование в этих задачах единственного критерия — критерия быстродействия — недостаточно отражает реальные ситуации, так как решение задачи ОУБ в реальных ситуациях приводит к отклонению от номинальных или собственно оптимальных значений ряда других показателей, в частности, к увеличению затрат ресурсов для реализации оптимального управления, ухудшению количественных и качественных характеристик некоторых из выходных переменных рассматриваемого объекта и т.п. Исходя из этого рассмотрено обобщение задачи ОУБ с учетом других показателей как критерия оптимального управления. В этом аспекте проведен анализ трех обобщенных постановок задачи ОУБ, где в первой постановке задача ОУБ расширена с учетом дополнительных ограничений на другие показатели; во второй постановке в качестве критериев наряду с критерием быстродействия также использованы другие показатели; а в третьей постановке рассмотрено расширение второй постановки с введением ограничений также на сами критерии, сформированные из других учтенных показателей. В последних двух многокритериальных задачах принимается, что критерии быстродействия имеют предпочтительность перед другими критериями и, разумеется, что степень такой предпочтительности в каждом конкретном случае определяется лицом, принимающим решение, или экспертным путем. В статье в качестве предмета исследования рассмотрена третья многокритериальная задача и проведено обобщение (свертка) критериев при известных числовых значениях коэффициентов относительной важности (предпочтительности) последних. С исследованием обобщенного критерия рассматриваемая многокритериальная задача представлена как однокритериальная и получено необходимое условие оптимальности этой задачи в виде принципа максимума. Показано, что оптимальное управление, найденное из этого условия, в отличие от решения традиционной задачи оптимального управления по быстродействию, наряду с сопряженными переменными также зависит от коэффициентов относительной важности критериев, что проиллюстрировано на примере. 

208-212 84
Аннотация

Параметры объекта регулирования в процессе эксплуатации в силу различных причин могут изменяться. Эти изменения могут привести к изменению показателей качества работы автоматической системы, а также ее устойчивости. В данной статье предложен подход для определения области допустимых значений параметров объекта регулирования автоматической системы с ПИД регулятором, в которой система будет сохранять устойчивость. Таким образом, возникает задача анализа автоматической системы регулирования, заданной не единственной моделью с четко заданными параметрами, а семейством моделей, принадлежащих заданному множеств у — задача робастного регулирования. Поиск диапазонов, в которых параметры объекта регулирования могут изменяться, в настоящей работе основывается на решении задачи нелинейного программирования. Представ лен вывод целевой функции и системы ограничений с применением теоремы В. Л. Харитонова о робастной устойчивости линейных систем. Основная идея заключается в том, что каждый параметр объекта регулирования может изменяться на некоторую величину h_i1 в сторону уменьшения и на h_i2 — в сторону увеличения. Заменив обозначения, используемые в теореме В. Л. Харитонова, нижних и верхних границ изменения параметров на суммы и разности номинальных значений параметров и соответствующих h_i1, h_i2, мы получаем систему ограничений. При этом для устойчивости полиномов Харитонова наиболее удобно использовать критерий Льенара—Шипара. Чем больше значения h_i1, h_i2, тем шире диапазоны изменения параметров и тем меньше обратная сумма этих значений. Исходя из этого утверждения формируется целевая функция. Следует отметить, что условие для рассматриваемой автоматической системы, на котором основан предлагаемый подход, является достаточным, но не необходимым, так как коэффициенты полинома взаимозависимые. Рассмотрен пример, с помощью которого демонстрируется предложенный подход. Данный подход можно применить и для других линейных систем, для которых выполняются условия теоремы В. Л. Харитонова. 

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

213-223 78
Аннотация

Статья посвящена разработке алгоритмов вычисления моментов высоких порядков помехи зашумленных сигналов и их применению для анализа технического состояния промышленных объектов. Показано, что для мониторинга и контроля начала аварийной ситуации объектов нефтедобычи используются случайные вибрационные сигналы, которые, помимо помехи от внешних факторов в момент зарождения неисправности, также содержат дополнительную помеху. Характеристики этой помехи несут в себе определенную информацию о техническом состоянии бурильного станка. Ранее были разработаны алгоритмы вычисления дисперсии, среднего квадратического отклонения, функции плотности распределения помехи, которую невозможно отделить от зашумленного сигнала. В данной работе показано, что моменты высоких порядков помехи можно использовать как диагностический индикатор для определения наличия и степени развития повреждений буровых установок во времени в скрытом периоде зарождения. Проведен анализ возможных вариантов вычисления моментов высоких порядков помехи. Разработаны рекуррентные алгоритмы, выражающие моменты высших порядков нормально распределенной помехи через ее дисперсию. Показана возможность вычисления моментов высоких порядков помехи также через функции плотности распределения. Составлена матрица, состоящая из оценок моментов высоких порядков помехи (noise-моментов), вычисленных в различные моменты времени. Показано, что на первом этапе по значениям элементов матрицы удается определить наличие и степень зародившегося повреждения. На втором этапе находится интенсивность развития повреждения в результате сравнения значений характеристик помехи в различные моменты времени. Вычисления проводятся для всех сигналов, которые поступают от датчиков. Проводится обучение, и по значениям моментов высших порядков ставятся в соответствие определенная степень и интенсивность развития повреждения. Показана возможность использования предложенных алгоритмов и технологий в системе контроля помех (noiseконтроля) начала развития и динамики аварий на буровых установках. Отмечено, что в процессе бурения, если даже оценки моментов высоких порядков суммарных зашумленных вибросигналов меняются в большом диапазоне, их noiseмоменты высоких порядков не превышают заданной величины при отсутствии неисправности. При возникновении неисправности оценки моментов помехи становятся больше заданного порогового уровня и по мере развития дефекта их значения также изменяются. Если неблагоприятные процессы стабилизируются, измерение во времени этих оценок прекращается, причем в зависимости от степени и интенсивности стабилизации технического состояния буровой установки поочередно прекращается измерение оценок моментов, начиная от самого высокого до самого низкого или наоборот. Эта специфика оценок noise-моментов высоких порядков вибрационных сигналов позволяет определить начало и контролировать динамику развития скрытого периода аварийного состояния процесса бурения. 

224-231 60
Аннотация

Статья посвящена управлению в автоматическом режиме мощностью излучения технологических СО2-лазеров с несамостоятельным продольным тлеющим разрядом с импульсной емкостной ионизацией серии "Лантан". Данный способ организации разряда позволяет легко управлять мощностью лазерного излучения, обеспечивает высокую оптическую однородность активного объема, стабильность разряда и высокий КПД лазерной генерации. Приведена схема организации несамостоятельного тлеющего разряда с импульсной емкостной ионизацией, этапы создания и краткие характеристики лазеров серии "Лантан". Выбран способ управления мощностью лазерного излучения путем изменения частоты импульсов ионизации, что позволяет организовать работу лазера как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах с регулируемой скважностью и длительностью импульсов, а также обеспечивает возможность перехода из одного режима в другой. В непрерывном режиме управление мощностью излучения происходит путем изменения частоты импульсов ионизации, которые представляют собой высоковольтные импульсы напряжения длительностью 100 нс, подаваемые с частотой 1...5 кГц. Управление излучением в импульсном режиме осуществляется модуляцией импульсов ионизации, которая состоит в подаче импульсов пакетами. Частота импульсов в пакете определяет мощность излучения в импульсе, частота следования пакетов — частоту импульсного режима, длина пакета — длительность импульсов. На основе экспериментальных данных определена зависимость мощности излучения от частоты импульсов ионизации. Приведена схема эксперимента и определена точность измерения мощности лазерного излучения и частоты импульсов ионизации. Сбор данных и обработку результатов экспериментов проводили с помощью USB-устройства сбора данных NI 6008 в среде проектирования виртуальных приборов LabVIEW фирмы National Instruments. Для изучения зависимости мощности лазерного излучения от частоты импульсов ионизации применен метод регрессионного анализа. Проведенные исследования показали, что зависимость мощности лазерного излучения от частоты импульсов ионизации носит линейный характер в широком диапазоне параметров. Получено уравнение прямой регрессии, рассчитаны доверительные оценки параметров прямой регрессии и доверительные оценки отклонения теоретической прямой регрессии от эмпирической зависимости при доверительной вероятности 95 %. 

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

232-241 59
Аннотация

Рассматриваются вопросы движения трехзвенного ползающего робота по горизонтальной шероховатой поверхности, обеспечивающего изменение его конфигурации. Контакт робота с поверхностью осуществляется в четырех опорах, спроектированных таким образом, что коэффициент трения в них является управляемой величиной, что позволяет периодически фиксировать те или иные опоры на поверхности. Робот состоит из модулей, каждый из которых представляет собой поступательную пару, а между собой модули соединены двухкоординатными шарнирами. Предложено рассматривать эти модули как звенья переменной длины. Для данного устройства найдены основные кинематические соотношения, задан вектор обобщенных координат и описаны накладываемые в процессе движения связи. Изменение конфигурации робота происходит при фиксации на поверхности двух крайних опор за счет плоского движения звеньев из заданного начального в требуемое конечное положение. Реализация такого движения требует изменения длин звеньев (в самом простом случае достаточно изменения длины одного звена, в самом сложном — трех), для осуществления которого предложена оригинальная система корректировки. В работе рассматривается наиболее простой вариант корректировки, заключающийся в варьировании длины одного звена, в качестве которого выступает корпус робота, движения двух других звеньев определяются работой соответствующих приводов. В результате численного моделирования определен диапазон допустимых значений удлинения/укорочения корпуса робота при варьировании относительного угла между корпусом и одним из боковых звеньев в заданном диапазоне. Помимо этого, выявлены четыре интервала изменения относительного угла, на каждом из которых характер варьирования длины центрального звена отличается числом достигаемых максимумов и минимумов. Также построены зависимости изменения угла поворота бокового звена, при котором длина корпуса достигает своих максимального и минимального значений, от ранее указанного относительного угла и времени движения. Приведены и проанализированы временные законы изменения углов поворота звеньев. 

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

242-248 88
Аннотация

Современные воздушные цели характеризуются малой заметностью, высокой маневренностью и высокой живучестью. Кроме того, для уничтожения некоторых конкретных целей, например боевых частей баллистических ракет, необходимо обеспечить прямое попадание, т. е. " hit to kill". Поэтому в настоящей работе представлена высокоточная система самонаведения ракеты с использованием пропорционального метода наведения для стрельбы по высокоманевренным целям. В частности, предложен метод параметрической оптимизации системы самонаведения ракеты для каждого динамического набора параметров ракеты. Кроме того, даны рекомендации по выбору начальных условий для синтеза системы самонаведения ракеты. По нашему опыту, мы должны выбрать малое начальное условие для синтеза системы самонаведения ракеты. Наконец, в статье также исследуется влияние систематической погрешности определения скорости, нормального ускорения ракеты и угловой скорости линии визирования ракеты и цели на точность работы системы самонаведения ракеты. Мы реализуем предложенную систему самонаведения ракеты и метод параметрической оптимизации в среде Matlab. Результаты экспериментов показывают, что с помощью предложенной системы и метода параметрической оптимизации ракета способна поражать современные воздушные цели с низкой видимостью, высокой маневренностью и высокой живучестью. 

249-256 60
Аннотация

Обсуждаются различные направления построения высоконадежной интегрированной системы управления космическим аппаратом на основе грубых моделей диагностики и принципа разделения возмущений в пространстве паритетов. Рассмотрены проблемы синтеза алгоритмов управления космическим аппаратом при неполной априорной и искаженной текущей информации, действии неконтролируемых и случайных факторов, потерях информации и отказах аппаратуры. Синтезирована структура бортовой системы управления ориентацией космического аппарата и выбраны алгоритмы управления, гарантирующие робастную устойчивость и отказоустойчивость при наличии возмущающих факторов и повреждений. Описываются приборный состав и режимы функционирования системы управления ориентацией. Приводятся методы исследования динамики, компьютерные технологии, особенности моделирования. Разработаны алгоритмы диагностики и реконфигурации бортового комплекса для связных, навигационных, геодезических спутников, спутников дистанционного зондирования Земли в режиме длительной эксплуатации в условиях космического полета. Процедура контроля включает два этапа: обнаружение и устранение повреждений. Заданная математическая модель системы исследуется в пространстве паритетов через разностные сигналы, которые возникают при появлении повреждений. По разностным сигналам с помощью решающих правил устанавливается характер отказа и принимаются меры по его устранению. Обсуждаются вопросы повышения отказоустойчивости бортовой системы управления космическим аппаратом на основе принципа реконфигурации с применением адаптивной логики в алгоритмах контроля и диагностики. Применение адаптации обеспечивает гибкую логику управления системой в условиях изменяющейся обстановки. Особое внимание уделено проблеме влияния подвижности жидкого топлива реактивных двигателей на динамические характеристики и точность бортовой системы управления ориентацией космического аппарата. Эффективность предложенных способов управления и алгоритмов подтверждена результатами математического моделирования для ряда конкретных технических систем. Даны рекомендации по их практическому применению. 



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