Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 22, № 4 (2021)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

171-180 109
Аннотация

Сформулированы основные принципы построения знакосигнального управления целесообразным поведением автономных интеллектуальных агентов в априори неописанных условиях проблемной среды. Уточнено понятие самоорганизующегося автономного интеллектуального агента как системы, способной к автоматическому целеполаганию при появлении в проблемной среде определенного вида условных и безусловных сигналов — знаков. Разработаны процедуры планирования целесообразного поведения автономных интеллектуальных агентов, предусматривающие имитацию отработки пробных действий в условиях неопределенности в процессе изучения закономерностей преобразования ситуаций проблемной среды, что позволяет избежать не связанных с достижением заданной цели изменений среды в процессе самообучения. Определены граничные оценки сложности предложенных процедур планирования целесообразного поведения, подтверждающие возможность их эффективной реализации на бортовом вычислителе автоматической системы управления целесообразной деятельностью автономных интеллектуальных агентов. Проведена имитация на персональном компьютере предложенных процедур планирования целенаправленного поведения, подтвердившая эффективность их использования для построения интеллектуальных решателей проблем автономных интеллектуальных агентов в целях наделения их способностью адаптироваться к априори неописанным условиям функционирования. Структурированы основные виды связей между различными условными и безусловными сигналами — знаками проблемной среды, что позволяет автономным интеллектуальным агентам приспосабливаться к сложным априори неописанным, нестабильным условиям функционирования.

АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 

181-190 69
Аннотация

Рассмотрена задача регулирования температуры пара на выходе пароперегревательной установки при возмущающих воздействиях, связанных с резкими и значительными изменениями температуры входного пара. На примере пароперегревательной установки Магнитогорского металлургического комбината показано, что медленное реагирование на такие возмущения систем регулирования по отклонению приводит к нежелательным колебаниям температуры выходного пара. Выполнен обзор известных предложений в области регулирования температуры пара на выходе пароперегревательной установки и определены основные причины снижения качества регулирования, обусловленные наличием значительного запаздывания и непостоянством характеристик объекта управления, что затрудняет упреждающее управление по возмущению. Для управления в подобных условиях предложена система с двумя степенями свободы, комбинирующая пропорционально-интегральный регулятор и регулятор, основанный на нечеткой логике. В предложенной системе изменение управляемого параметра в зависимости от заданного значения регулируется в основном контуре со стандартным регулятором и отрицательной обратной связью, а возмущение устраняется с применением дополнительного контура, также с отрицательной обратной связью, регулятором на основе нечеткой логики и моделью объекта без компонента, учитывающего запаздывание. Для случая точной информации о свойствах объекта определены особенности взаимодействия контуров, при которых контур отработки задания не будет реагировать на возмущения по температуре входного пара, что обеспечивает возможность раздельной настройки регуляторов контуров. При этом влияние запаздывания на качество регулирования при возмущениях по температуре входного пара проявляется только в смещении во времени траектории переходного процесса на величину запаздывания, что соответствует идее предиктора Смита. Система ориентирована на синтез правил нечеткой логики и уточнение параметров используемой при регулировании модели на основе результатов автоматизированного компьютерного имитационнного моделирования управления. Предложена структурная модификация системы управления, позволяющая компенсировать остаточные ошибки регулирования, связанные с нелинейностью нечеткого регулятора, что уменьшает требования к числу параметров настройки, значения которых подбираются на основе затратного в вычислительном плане имитационного моделирования. Представлены результаты компьютерных вычислительных экспериментов по сравнению эффективности управления с использованием предложенной системы, а также системы с применением только стандартного регулятора. Компьютерное моделирование осуществлялось в среде MATLAB Simulink. Показано, что комбинированная система регулирования температуры пара имеет лучшие показатели качества.

191-199 65
Аннотация

Рассматривается задача управления потерями электроэнергии в распределительных электрических сетях (РЭС), функционирующих в условиях несимметрии токов и напряжений. Как известно, фактор несимметрии приводит к значительным потерям активной мощности, и, как следствие, снижается эффективность и технико-экономические показатели РЭС. Целью управления является минимизация технических потерь энергии в РЭС на основе создания системы автоматического управления (САУ) процессом симметрирования трехфазной сети в структуре автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Последние в настоящее время широко внедряются для автоматизации информационных процессов в РЭС. Однако в составе АСКУЭ отсутствуют технологии, предназначенные для решения рассматриваемой проблемы. Предлагается метод построения цифрового регулятора САУ, основная функция которого заключается в поддержании фазных токов на входе сети на заданном уровне в режиме реального времени. Концепция метода основана на идее желаемого перераспределения потоков электроэнергии между фазами РЭС путем соответствующего переключения однофазных потребителей (абонентов) так, чтобы обеспечивался минимальный разброс фазных токов от их заданного уровня. Для достижения цели управления построены критериальные функции, определяющие качественные показатели функционирования САУ. Разработаны алгоритмы функционирования цифрового регулятора и формирования управляющих воздействий на объект. Последние представляют собой цифровой код, содержащий данные о координатах счетчиков электроэнергии абонентов трехфазной сети, подлежащих переключению на другую фазу.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 

200-207 90
Аннотация

Выполнен обзор методов формализации задач управления роботами-манипуляторами, возникающих на разных уровнях представления. Для многих видов манипуляторов, например биоморфных, достичь нужного качества управления в сочетании с универсальностью пока не удается, хотя возникающие при этом задачи принципиально решаемы, что доказывается успешной работой систем контроля движения биологических организмов. Одной из причин затруднений является сложность формализации задач управления движением, поэтому целесообразно проанализировать наиболее распространенные подходы к постановке этих задач в целях поиска перспективных вариантов развития.

Анализ существующих методов решения проведен отдельно по каждому функциональному уровню. Наиболее высокоуровневая из рассматриваемых подзадач — разделение комплексных заданий на этапы — обычно успешно реализуется общими средствами декомпозиции сложных процессов, например методами планирования или логического вывода. Обработка подзадач среднего уровня представления — построение траектории по двигательному заданию осуществляется пока менее эффективно. Показано, что имеющиеся средства, например лингвистические описания движений, могут значительно облегчить работу с этим уровнем, но требуют значительной и трудоемкой формализации. Дальнейшие стадии обработки — решение обратных задач кинематики и динамики, сопряжение участков траекторий, а также непосредственное управление двигателями манипулятора с обработкой ошибок — решаются имеющимися средствами с приемлемым качеством.

Исходя из собранных данных можно утверждать, что развитие методов решения среднеуровневых задач, т.е. построение траектории движения манипулятора по описанию требуемого от него действия, является наиболее важным для успешного создания перспективных типов манипуляторов, способных двигаться точно и разнообразно.

208-216 74
Аннотация

Для исследования резонансных и околорезонансных явлений использован символический (комплексный) метод, позволяющий существенно повысить продуктивность, упростить и формализовать математические преобразования. Рассмотрены параллельное и последовательное соединения элементов механической системы с источником гармонической силы, либо источником гармонической скорости в качестве источника внешнего механического гармонического воздействия. Аналитические описания резонанса в курсах теоретической механики соответствуют параллельному соединению. Существуют устройства, в удовлетворительном приближении способные выполнять функции источников гармонической силы и источников гармонической скорости. Источником гармонической скорости может выступать привод с кривошипно-кулисным механизмом и маховиком с большим моментом инерции. Источником гармонической силы может выступать шток пневмоцилиндра, полость которого сообщается с полостью другого пневмоцилиндра, диаметр которого неизмеримо выше, чем у первого, а поршень совершает гармонические колебания. Механические гармонические воздействия, описываемые в курсах теоретической механики, соответствуют источнику гармонической силы. Описаны четыре режима — резонансы и антирезонансы сил и скоростей. Использование символического (комплексного) метода существенно упростило исследование резонансных и околорезонансных явлений, в частности, позволило глубоко унифицировать и формализовать рассмотрение различных механических систем. Громоздкие и трудоемкие операции, связанные с составлением и решением дифференциальных уравнений, заменены простыми алгебраическими преобразованиями. В основе метода лежит механический аналог закона Ома в комплексном представлении и понятие о механических реактансе, резистансе, импедансе, сассептансе, кондактансе и адмитансе. Классическое рассмотрение доставляет одну амплитудно-частотную характеристику, символический (комплексный) метод — восемь при значительно большем числе характерных точек и характерных отношений. Определены резонанс и антирезонанс сил, резонанс и антирезонанс скоростей. Резонансы возникают при сочетаниях параллельного соединения элементов и источника гармонической силы, либо последовательного соединения элементов и источника гармонической скорости. Антирезонансы возникают при сочетаниях параллельного соединения элементов и источника гармонической скорости, либо последовательного соединения элементов и источника гармонической силы.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

217-224 82
Аннотация

Рассматривается задача начальной выставки бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) на основе метода векторного согласования. Сущность его состоит в определении взаимной ориентации приборного (Y) (связанного с блоком чувствительных элементов БИНС) и опорного (X) трехгранников по результатам измерений проекций не менее чем двух неколлинеарных векторов на оси обоих трехгранников. В статье сформулировано определение начальной ориентации объекта с помощью метода гирокомпасирования, являющегося разновидностью метода векторного согласования. Этот способ начальной выставки основан на использовании информации о проекциях векторов кажущегося ускорения и абсолютной угловой скорости объекта в системах координат X и Y. Вдоль осей связанной системы координат Y установлены три одноосных акселерометра и три гироскопа (вообще говоря, три измерителя абсолютной угловой скорости любой физической природы), измеряющие проекции векторов кажущегося ускорения и абсолютной угловой скорости объекта. Если при этом будут известны проекции этих же векторов на оси системы координат X, то можно установить взаимную ориентацию трехгранников X и Y. В статье решается задача начальной выставки БИНС в случае неподвижного основания, когда акселерометры измеряют проекции вектора ускорения силы тяжести, а гироскопы измеряют проекции вектора угловой скорости вращения Земли на связанные с объектом оси. Проекции этих же векторов на оси нормальной географической системы координат X также определяются по известным формулам. Связь между проекциями векторов в системах координат X и Y устанавливается известными кватернионными соотношениями. В этих соотношениях неизвестной величиной является кватернион ориентации объекта в системе координат X.

Задача начальной выставки БИНС математически сводится к решению неоднородной системы линейных алгебраических уравнений, матрица коэффициентов которой может быть плохо обусловлена. С использованием метода регуляризации А. Н. Тихонова решения некорректных задач предложен кватернионный алгоритм начальной выставки БИНС. Приводятся примеры расчетов и проведен анализ полученных результатов.



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