СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ АСТАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ВНЕШНИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
Аннотация
Существенное расширение функциональных возможностей пневматического приво-да, обеспечивающего работу различного технологического оборудования, достигается за счет введения в пневматическую систему точной организации управления ее элементами. Однако, несмотря на современное развитие методов теории автоматического управления, нашедших свое применение в различных технических областях и сферах науки, задача синтеза законов управления до сих пор является сложной, неоднозначной и требующей твор-ческого подхода при ее решении. В настоящее время в этом направлении проводятся иссле-дования как российскими так и зарубежными учеными с использованием классических ли-нейных законов управления, методологии оптимального управления, а так же современного аппарата нечеткой логики и нейронных сетей. Целью данной работы является разработка астатического нелинейного синергетического регулятора для подавления возмущающих воздействий возникающих в электропневматических системах. Синтез управляющих воз-действий проводился посредством метода аналитического конструирования агрегирован-ных регуляторов, входящего в концепцию синергетической теории управления. Исходным материалом для исследования является математическая модель и параметры пневмоци-линдра компании Camozzi серии QCT2A032A200. Синтез синергетических законов управле-ния основан на методе аналитического конструирования агрегированных регуляторов и представлении поведения системы в фазовом пространстве. Суть метода сводится к выбору областей притяжения - инвариантных многообразий системы, попадая на кото-рых система неизбежно будет двигаться к заданной цели управления. Полученные анали-тическим путем законы управления, посредством совместного решения введенных макро-переменных и функциональных уравнений, гарантируют асимптотическую устойчивость замкнутой системы, а так же достижения желаемых целей управления – инвариантов при одновременном подавлении возмущающих воздействий. Управляющие воздействия, были смоделированы в пакете Maple. Полученные графики изменения фазовых переменных свидетельствуют об адекватности синтезированного астатического закона управления и о его подавляющих возмущения свойстве. Результаты могут быть использованы в процес-се настройки программируемых логических контроллеров для высокоточного энергосбере-гающего управления пневмоприводами, и дальнейшего экспериментального исследования.
Литература
2. Zhu X., Cao J., Tao G., Yao B. Synchronization strategy research of pneumatic servo system based on separate control of meter-in and meter-out, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, 2009, pp. 24-29.
3. Nazari V., Surgenor B. Improved position tracking performance of a pneumatic actuator using a fuzzy logic controller with velocity, system lag and friction compensation, International Journal of Control, Automation and Systems, 2016, Vol. 14, Issue 5, pp. 1376-1388.
4. Lu C-H., Hwang Y-R. A model reference robust multiple-surfaces design for tracking control of radial pneumatic motion systems, Nonlinear Dynamics, 2012, Vol. 67, Issue 4, pp. 2585-2597.
5. Falcão Carneiro J., Gomes de Almeida F. Accurate motion control of a servopneumatic sys-tem using integral sliding mode control, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2015, Vol. 77, Issue 9–12, pp. 1533-1548.
6. Khaziev E.L., Khaziev M.L. Nechetkoe upravlenie pnevmoprivodom podachi frezerno-rastochnogo stanka s primeneniem spetsifikatsii xml [Fuzzy control of the pneumatic feed of a milling and boring machine using the xml specification], Sovremennye naukoemkie tekhnologii [Modern science-intensive technologies], 2016, No. 9-1, pp. 84-88.
7. Gribkov A.M., Shilin D.V. Razrabotka algoritma upravleniya trekhkoordinatnym pnevmaticheskim manipulyatorom na baze nechetkoy logiki [Development of an algorithm for controlling a three-coordinate pneumatic manipulator based on fuzzy logic], Vestnik Ufimskogo gos. aviatsionnogo tekh. un-ta [Bulletin of the Ufa state aviation technical Univer-sity], 2012, Vol. 16, No. 6 (51), pp. 127-135.
8. Veselov G.E., Sinitsyn A.S. Sintez sistemy upravleniya adaptivnoy podveskoy s uchetom fizicheskikh ogranicheniy amortizatora [Synthesis of adaptive suspension control system tak-ing into account the physical limitations of the shock absorber], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2015, No. 7 (168), pp. 170-184.
9. Cai S., Wu S., and Bao G. Cylinder position servo control based on fuzzy PID, Journal of Ap-plied Mathematics, 2013, pp. 1-10.
10. Mu S., Shibata S., Yamamoto T., Goto S., Nakashima S., Tanaka K. Experimental study on learning of neural network using particle swarm optimization in predictive fuzzy for pneumatic servo system, International Symposium on Artificial Intelligence and Robotics ISAIR 2018: Cognitive Internet of Things: Frameworks, Tools and Applications, pp. 323-332.
11. D'yachenko P.A. Bystrodeystvuyushchaya neyrosetevaya sistema releynogo upravleniya pozitsionno-sledyashchim pnevmoprivodom v usloviyakh ego sushchestvennoy neopredelennosti: diss.. k-ta tekhn. nauk: 05.13.06 [High-speed neural network system for relay control of a position-tracking pneumatic actuator under conditions of significant uncertainty: cand. of eng. sc. diss. 05.13.06]. Vladivostok: Dal'nevostochnyy gos. tekh. un-t, 2010, 155 p.
12. Kolesnikov A.A., Veselov G.E., Popov A.N., Kolesnikov Al.A., Topchiev B.V., Mushenko A.S., Kobzev V.A. Sinergeticheskie metody upravleniya slozhnymi sistemami: mekhanicheskie i elektromekhanicheskie sistemy [Synergetic methods for managing complex systems: mechani-cal and Electromechanical systems]. 2nd ed. Moscow: LIBROKOM, 2013, 304 p.
13. Kolesnikov A.A. Sinergeticheskie metody upravleniya slozhnymi sistemami: teoriya sistemnogo sinteza [Synergetic methods for managing complex systems: the theory of system synthesis]. 2nd ed. Moscow: Librokom, 2012. – 237 s.
14. Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya: Sinergeticheskiy podkhod v teorii upravleniya [Modern applied management theory: a Synergetic approach in management theory], ed. by A.A. Kolesnikova. Taganrog: Izd-vo TRTU, 2000, Part II, 400 p.
15. Donskoy A.S. Matematicheskoe modelirovanie protsessov v pnevmaticheskikh privodakh: ucheb. posobie [Mathematical modeling of the processes in pneumatic actuators: a training manual]. Saint Petersburg: Izd-vo Politekhn. un-ta, 2009, 122 p.
16. Popov D.N. Mekhanika gidro- i pnevmoprivodov: ucheb. dlya vuzov [Mechanics of hydraulic and pneumatic drives: textbook for universities]. 2nd ed. Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2002, 320 p.
17. Kuz'menko A.A. Integral'naya adaptatsiya vysokogo poryadka v zadachakh sinteza nelineynykh sistem upravleniya [High-order integral adaptation in problems of synthesis of nonlinear con-trol systems], Informatika i sistemy upravleniya [Computer science and management systems], 2018, No. 1 (55), pp. 142-153.
18. Kuz'menko A.A. Sinergeticheskoe upravlenie nelineynymi tekhnicheskimi sistemami: integral'naya adaptatsiya vysokogo poryadka [Synergetic control of nonlinear technical sys-tems: high-order integrated adaptation], VIII Vserossiyskaya nauchnaya konferentsiya "Sistemnyy sintez i prikladnaya sinergetika": Sb. nauchnykh trudov [VIII all-Russian scientific conference "System synthesis and applied synergetics": Collection of scientific papers]. Yuzhnyy federal'nyy universitet, 2017, pp. 50-60.
19. Veselov G.E. Prikladnaya teoriya sinergeticheskogo sinteza ierarkhicheskikh sistem upravleniya [Applied theory of synergetic synthesis of hierarchical control systems], Izvestiya TRTU [Izvestiya TSURE], 2006, No. 5 (60), pp. 66-76.
20. Veselov G.E. Teoriya ierarkhicheskogo upravleniya slozhnymi sistemami: sinergeticheskiy podkhod [Theory of hierarchical management of complex systems: a synergetic approach], VIII Vserossiyskaya nauchnaya konferentsiya «Sistemnyy sintez i prikladnaya sinergetika» [VIII all-Russian scientific conference "System synthesis and applied synergetics"]. Yuzhnyy federal'nyy universitet, 2017, pp. 23-43.
