ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ В УСЛОВИЯХ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ

  • Т. А. Пьявченко Южный Федеральный Университет
  • А. О. Пьявченко Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Нелинейное уравнение, гидравлический объект, сложное возмущение, амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики, предиктор Смита, модельно-ориентированное проектирование, верификация, программная среда MATLAB/SIMULINK, ARM-микропроцессор с ядром Cortex-M4; PIL-режим

Аннотация

Цель работы заключается в уточнении модели транспортируемого гидравлического объекта и разработке системы управления уровнем жидкости в условиях нестационарных возмущений, к которым можно отнести качку с учетом вибраций работающих на судне механизмов. В литературе модель гидравлического объекта управления по уровню жидко-сти представлена в виде произведения инерционного звена и звена транспортного запазды-вания. Однако такая модель недостаточно точно отражает поведение реального гидравлического объекта. В результате более углубленного изучения поведения объекта в процессе идентификации было предложено заменить звено транспортного запаздывания набо-ром инерционных звеньев, что существенно изменило его передаточную функцию. Расчет параметров передаточной функции объекта был выполнен посредством решения в пакете Editor/MATLAB соответствующей системы нелинейных уравнений. Выполненные исследо-вания разработанной модели объекта показали ее работоспособность в условиях наличия нестационарных возмущений, и, как следствие, позволили упростить ее систему управле-ния при сохранении требуемого уровня качества. Экспериментальным путем с использова-нием пакета MATLAB/SIMULINK было доказано, что необходимыми характеристиками обладает устройство управления, построенное на базе ПИ-регулятора с установленным в обратной связи предиктором Смита. Верификация представленных в статье результатов проводилась в среде MATLAB/SIMULINK с использованием PIL-подхода и тестовой платы разработчика цифровых систем управления с предустановленным 32-разрядным микро-контроллером с ядром Cortex M4. При этом указано, что в процессе поставленного эксперимента спроектированная цифровая система управления функционировала с требуемым качеством в условиях ее интеграции и взаимодействия с аналоговой моделью гидравличе-ского объекта. Причем такой характер функционирования система сохраняла как в мо-мент включения, так и в установившемся режиме ее работы, обеспечивая нахождение значений управляемых переменных на заданном уровне жидкости в объекте в пределах установленного доверительного интервала ошибки (менее 2 % от установленного уровня при моделировании нестационарных возмущений, соответствующих шестибальной качке).

Литература

1. Морская транспортировка. – Режим доступа: URL http://www.iccwbo.ru/blog/2016/ morskaya-transportirovka-vse-tonkosti-protsessa.
2. Перевозка наливных грузов морским транспортом. – Режим доступа: URL http://perevozka24.ru/pages/perevozka-nalivnyh-gruzov-morskim-transportom.
3. Расчет бортовой качки корабля на нерегулярном волнении. – Режим доступа: URL: https://studfiles.net/html/2706/241/html/ eR0J1Jm5hX.Zoi4/img-UyS3G9.png
4. Благовещенский С.Н., Холодилин А.Н. Бортовая качка судна на волнении: учеб. пособие. – Л.: Изд-во ЛКИ, 1983. – 6 с.
5. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации производственных процессов / под ред. И.К. Петрова: учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1986. – 352 с.
6. Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергети-ке: учебник для студентов вузов. – М.: МЭИ, 2016. – 352 с.
7. Пьявченко Т.А. Автоматизированные информационно-управляющие системы с примене-нием SCADA-системы Trace Mode: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во «Лань», 2015. – 336 с.
8. Изерман Р. Цифровые системы управления: пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 541 с.
9. Ремизова О.А., Фокин А.Л. Робастное управление устойчивым техническим объектом при наличии запаздывания по управлению с компенсацией возмущений // Известия ву-зов. Приборостроение. – 2016. – Т. 59, № 12. – С. 1010-1017.
10. Ермолович Д.А., Мовчан А.П. Управление объектами с большим запаздыванием. Нацио-нальный технический университет Украины. – Режим доступа: – URL http://www.rusnauka.com/12_ ENXXI_ 2010/Tecnic/64945.doc.htm.
11. Фуртат И.Б. Алгоритм компенсации неизвестных мультигармонических возмущений для объектов с запаздыванием по управлению // Информационно-управляющие систе-мы. – 2013. – № 5. – С. 19-25.
12. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2001.
13. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.: КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.
14. Гайдук А.Р., Каляев И.А., Капустян С.Г., Рябченко В.Н. Идентификация непрерывных многомерных систем. Дискретно-подобные системы // Вестник Ивановского ГЭУ. – 2013. – № 4. – С. 47-53.
15. Гайдук А.Р., Беляев В.Е., Пьявченко Т.А. Теория автоматического управления в примерах и задачах с решениями в MATLAB. – СПб.: Лань, 2011. – 464 с.
16. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического управления. – СПб. Профессия, 2004. – 902 с.
17. Смирнов Н.И., Сабанин В.Р., Репин А.И. Структурная реализация и оптимальная на-стройка многопараметрического ПИДД2 регулятора с реальным дифференцированием // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2007. – № 11. – С. 34-39.
18. Пшихопов В.Х., Медведев М.Ю. Многоконтурное адаптивное управление подвижными объ-ектами при решении траекторных задач // Проблемы управления. – 2018. – № 6. – С. 62-72.
19. Нейдорф Р.А. Инженерные методы синтеза автоматических систем управления: учеб. пособие / под общ. ред. Р.А. Нейдорфа. – Ухта: EUNE$ Ростов-на-Дону: Изд-во РГАСХМ, 2004. – 255 c.
20. Пьявченко Т.А. Расчет параметров ПИД-закона управления для объектов с транспорт-ным запаздыванием // Известия ТРТУ. 2006. – № 5 (60). – C. 83-88.
21. Бесекерский В.А. Динамический синтез систем автоматического регулирования. – М.: Наука, 1970. – 576 с.
22. Бобцов А.А., Пыркин А.А. Адаптивное и робастное управление с компенсацией неопре-деленностей: учеб. пособие. – СПб.: НИУ ИТМО, 2013. – 135 с.
23. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: пер. с англ. – М.: Маши-ностроение, 1986. – 448 с.
24. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микро-ЭВМ. – М.: Наука, 1987. – 344 с.
25. Топораш Г.К. Модельно-ориентированное проектирование программного обеспечения для встраиваемых систем в среде Matlab/Simulink // Автоматизація технологічних і бізнес-процесів. – 2014. – № 17. – С. 26-29.
Опубликован
2019-07-23
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ