СИНТЕЗ ЦИФРОВОГО РЕГУЛЯТОРА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА
Аннотация
Представлены результаты разработки и синтеза гидравлической системы стабилиза-
ции подводного объекта. Для полноты и точности математического моделирования в гид-
равлической системе учтены силы сухого трения между поршнем и стенками гидроцилиндра,
силы сухого трения между штоком и гидроцилиндром, которые в сумме определяют общую
силу сухого трения в активном гидроцилиндре, общее силы сухого трения в пассивном гидро-
цилиндре, ускорения движения. Также учтены приведенная масса системы блоков и полиспа-
ста, массы подвижных частей активного и пассивного гидроцилиндров. После расчета массовых и динамических характеристик гидравлической системы стабилизации было проведено
математическое моделирование разработанной системы. В процессе разработки и синтеза
системы были учтены особенности и типовые нелинейности входящих в состав системы
гидравлической и пневматической частей, такие как расходная характеристика гидрорас-
пределителя золотникового типа, малые расходы утечек и сжатия в рабочих полостях ак-
тивного гидроцилиндра. При проектировании был принят адиабатический характер процес-
са в пневмогидровытеснителе, поскольку реакция и движение гидравлической системы ста-
билизации происходит достаточно быстро, в виду чего тепловой обмен с окружающей сре-
дой будет пренебрежимо мал. В процессе синтеза математической модели системы учиты-
вается нелинейность коэффициента упругости троса. Проведено исследование устойчиво-
сти математической модели системы стабилизации и проведен синтез системы управления
гидравлической частью системы с использованием ПИД-регулятора. Расчет параметров
ПИД-регулятора произведен с применением стандартной методики расчета. Поскольку ре-
зультат работы системы стабилизации при таком синтезе системы управления сильно
зависел от сигнала возмущения, было принято решение повысить инвариантность системы
по отношению ко входному сигналу путем введения комбинированного управления. Такое
улучшение системы оказалось достаточным для повышения качества работы математиче-
ской модели гидравлической системы стабилизации. Проведено цифровое перепроектирова-
ние регулятора, учтены особенности работы аналого-цифровых преобразователей датчи-
ков. Результаты моделирования показали работоспособность такой системы управления
Литература
Moscow: Mashinostroenie, 1972, 376 p.
2. Tran V.T., Korikov A.M., Nguen T.T. Modelirovanie gidravlicheskoy sistemy avtomaticheskoy
stabilizatsii [Modeling of the hydraulic system of automatic stabilization], Elektronnye
sredstva i sistemy upravleniya: Mater. dokladov Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy
konferentsii [Electronic means and control systems: Materials of reports of the International
scientific-practical conference], 2021, No. 1-2, pp. 85-88.
3. Igamberdiev K.A. Matematicheskoe modelirovanie stabilizatsii gidroprivoda s nelineynoy
nagruzkoy [Mathematical modeling of the stabilization of a hydraulic drive with a nonlinear
load], Problemy vychislitel'noy i prikladnoy matematiki [Problems of Computational and Applied
Mathematics], 2019, No. 3 (21), pp. 30-39.
4. Voronov D.Yu. Gidrotsilindry: ucheb.-metod. posobie [Hydraulic cylinders: textbook-method.
Allowance]. Tol'yatti: TGU, 2011, 72 p.
5. Pan M., Johnston N., Plummer A. Theoretical and experimental studies of a switched inertance
hydraulic system, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of
Systems and Control Engineering, Vol. 228, Issue 1, pp. 12-25.
6. Kudryavtsev D.S., Yakovlev A.A., Chernus' Petr P., Chernus' Pavel P., Sakhabudinov R.V.,
Golosiy A.S. Obespechenie funktsionirovaniya robototekhnicheskoy sistemy «avtonomnyy
glubokovodnyy apparat» v rezhime aktivnoy kompensatsii kachki [Ensuring the functioning of
the robotic system "autonomous deep-sea vehicle" in the mode of active roll compensation],
Tr. 33-y Mezhdu-narodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Ekstremal'naya
robototekhnika», 29-30 sentyabrya 2022 g. [Proceedings of the 33rd International Scientific and
Technical Conference "Extreme Robotics", September 29-30, 2022]. St. Petersburg: Izd-vo:
TSNII RTK, 2022, pp. 295-307.
7. Chernyy G.G. Gazovaya dinamika: uchebnik dlya universitetov i vtuzov [Gas dynamics:
A textbook for universities and colleges]. Moscow: Nauka. Gl. red. fiz.-mat. lit., 1988, 424 p.
8. Lebedeva N.A. Modelirovanie kolebaniy temperatury v gidravlicheskoy sisteme s perepuskom
topliva [Modeling of temperature fluctuations in a hydraulic system with fuel bypass], Voprosy
nauki [Questions of science], 2015, Vol. 7, pp. 11-15.
9. Knežević D., Savić V. Mathematical modeling of changing of dynamic viscosity, as a function
of temperature and pressure, of mineral oils for hydraulic systems, Facta universitatis - series:
Mechanical Engineering, 2006, Vol. 4, br. 1, pp. 27-34.
10. Helian V., Chen Z., Yao B., Lyu L. Accurate motion control of a direct-drive hydraulic system
with an adaptive nonlinear pump flow compensation, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics,
Oct. 2021, Vol. 26, No. 5, pp. 2593-2603. DOI: 10.1109/TMECH.2020.3043576.
11. Coskun G., Kolcuoglu T., Dogramac T. Analysis of a priority flow control valve with hydraulic
system simulation model, J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng., 2017, Vol. 39, pp. 1597-1605.
12. Rybak A.T., Lyakhnitskaya O.V. Modelirovanie privodov tekhnologicheskikh mashin s uchetom
ob"emnoy zhestkosti ikh gidravlicheskikh sistem [Modeling of drives of technological machines
taking into account the volumetric rigidity of their hydraulic systems], Aktual'nye napravleniya
nauchnykh issledovaniy XXI veka: teoriya i praktika [Actual directions of scientific research of
the XXI century: theory and practice], 2015, Vol. 3, No. 9-3 (20-3), pp. 271-276.
13. German-Galkin S.G. Komp'yuternoe modelirovanie poluprovodnikovykh sistem v MATLAB
6.0 [Computer modeling of semiconductor systems in MATLAB 6.0]. St. Petersburg:
KORONA print, 2001, 320 p.
14. Kolisnichenko A.S., Strutinskaya E.V. Ispol'zovanie programmnogo paketa Simulink dlya
imitatsionnogo modelirovaniya gidravlicheskoy sistemy [Using the Simulink software package
for hydraulic system simulation], Novye tekhnologii – neftegazovomu regionu: Mater.
Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [New technologies for the oil and gas
region. materials of the International scientific-practical conference], 2016, pp. 86-88.
15. Çetin Ş., Akkaya A.V. Simulation and hybrid fuzzy-PID control for positioning of a hydraulic
system, Nonlinear Dynamics, 2010, Vol. 61, pp. 465-476.
16. Chalupa P., Novák J. Modeling and model predictive control of a nonlinear hydraulic system, Elsevier,
Computers & Mathematics with Applications, August 2013, Vol. 66, Issue 2, pp. 155-164.
17. Plykina E.V. Tsifrovoy algoritm upravleniya gidroprivodom s zolotnikovym raspredelitelem
[Digital control algorithm for a hydraulic drive with a spool valve], Tekhnika XXI veka
glazami molodykh uchenykh i spetsialistov [Technology of the XXI century through the eyes
of young scientists and specialists], 2020, No. 18, pp. 166-174.
18. Nechaev Yu.M., Nikushchenko D.V. Nechetkaya formal'naya sistema upravleniya
modelirovaniem nestatsionarnoy dinamiki podvodnykh ob"ektov [Fuzzy formal control system
for modeling the unsteady dynamics of underwater objects], XXIII Mezhdunarodnaya
konferentsiya po myagkim vychisleniyam i izmereniyam [XXIII International Conference on
Soft Computing and Measurements], 2020, Vol. 1, pp. 174-176.
19. Shi Z., Gu F., Lennox B., Ball A.D. The development of an adaptive threshold for model-based
fault detection of a nonlinear electro-hydraulic system, Control Engineering Practice, November
2005, Vol. 13, Issue 11, pp. 1357-1367.
20. Huang K., Wu S., Li F., Yang C. Fault diagnosis of hydraulic systems based on deep learning
model with mutilate data samples, IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems,
November 2022, Vol. 33, Issue 11.
21. Feng H., Yin C., Ma W., Yu H., Cao D. Parameters identification and trajectory control for a
hydraulic system, ISA Transactions, September 2019, Vol. 92, pp. 228-240.
