CC BY
40
5. Годин А.В. Стабилизатор с микроконтроллерным управлением 120-270 вольт (6 ступеней) с точностью на выходе 205-235 вольт для активно-индуктивной нагрузки до 6 кВт. - Приложение к статье В.Я. Володина «Компенсатор отклонения напряжения сети» // Радио Хобби. - 2004. - № 1.
6. www.Ntpo.com/electronics.
Статью рекомендовала к опубликованию д.т.н., профессор Г.В. Горелова
Пашаев Ариф Мир Джалал оглы - Национальная авиационная академия Азербайджана; e-mail: [email protected]; AZ-1045, г. Баку, Бина 25-й км; тел.:+994124972829; . .- . .; ; ; -
нальной авиационной академии Азербайджана.
Набиев Расим Наеиб оглы - тел.:+994124972632; д.т.н., нач. отд. авиационной электроники НИИ ТАП Национальной академии авиации Азербайджана.
Гараев Гадир Иеахан оглы - аспирант.
Pashayev Arif Mir Djalal ogly - Azerbaijan National Aviation Academy; e-mail: [email protected]; AZ-1045, Baku, Bina 25th km; phone: +994124972829; dr. of eng. sc.; professor, Academician of the National Academy of Sciences of Azerbaijan; rector of Azerbaijan National Aviation Academy.
Nabiyev Rasim Nasib ogly - phone: +994124972632; dr. of eng. sc.; head of Aviation Electronics department of Institute of National Aviation Academy of Azerbaijan.
Garayev Gadir Isaxan ogly - graduate student.
УДК 681.51:518.5
ТА. Пьявченко
РЕГУЛЯТОР БЕЗ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ
В работе обосновывается необходимость применения компенсирующей обратной , . устранении в регуляторе дифференциальной составляющей и значительном улучшении показателей качества управления по сравнению с ПДД и ПИДД2 алгоритмами. Для подтверждения выдвинутого тезиса рассматривается тот же пример, что и для указанных алгоритмов. Преимущества предлагаемого устройства управления по надежности и экономической эффективности становятся ещё более очевидными при его реализации в мик, , не требует усилителя мощности в исполнительном блоке и ослабляет износ механических частей системы благодаря отсутствию колебаний в переходном процессе.
Ммикроконтроллер; компенсирующая обратная связь; улучшение показателей каче-; .
T.A. Pyavchenko
REGULATOR WITHOUT THE DERIVATIVE COMPONENT FOR CONTROL OF THE INDUSTRIAL OBJECTS
Necessity of application of a compensating feedback for the Pi-regulator is proved in work. The purpose of application of this feedback consists in elimination in a regulator of a derivative component and considerable improvement of indicators of quality of control in comparison with PDD and PIDD algorithms. For acknowledgement of the put forward thesis the same example, as for the specified algorithms is considered. Advantages of an offered control device on reliability
and economic efficiency become even more obvious at its realization in the microcontroller, as it allows to be arranged easily under any control object, does not demand of the power amplifier in the executive block and weakens deterioration of properties of mechanical parts of system thanks to absence of fluctuations in transient.
Microcontroller; compensating feedback; improvement of indicators of quality; increase of reliability and economic efficiency.
Поскольку промышленные объекты и, следовательно, их математические модели всё усложняются, применение обычных стандартных ПИ, ПИД законов управления не обеспечивает не только требуемых показателей качества, но и ус. , ПДД2, ПИДД2 [1]. При этом даже сами авторы указанной работы констатируют отрицательные стороны реализации дифференциальной составляющей: расширение полосы пропускания, из-за чего сказываются высокочастотные помехи на ра, -произвести первую производную и, уж тем более, производные второго порядка.
В настоящей работе предлагается использовать в регуляторах коррекцию в виде обратной связи, повторяющей модель объекта управления (ОУ) и охваты. [2] , возможно, и звена запаздывания, то, очевидно, особенно для моделей промышлен-, , влияющими на качество процесса управления. Среди них можно указать коэффициент передачи ОУ K и наибольшую по величине постоянную времени T(
oy
Назовем это звено основным с передаточной функцией
K,
WoCH( s ) =
oy
Toys +1
oy
(1)
При этом модель ОУ может быть представлена как произведение 2-х передаточных функций ^осн( £) и ^доп (£), где ^доп (^) - передаточная функция остальных звеньев модели, названных дополнительными.
Чтобы оценить влияние компенсирующей обратной связи (КОС), представим структурную расчетную схему замкнутой системы (рис. 1) и для неё получим передаточную функцию разомкнутой системы W (£) , разорвав главную обратную связь в точке А.
Передаточная функция разомкнутой системы (см. рис. 1):
W(£) = Wpeг (£) • (( (£) • (£) + Wocн (£) - Wocн (£) • (£))
(2)
Рис. 1. Структурная расчетная схема замкнутой системы управления
Из выражения (2) следует: показатели в системе управления с компенсирующей обратной связью в регуляторе (см. рис. 1) определяются типом регулятора,
(1).
(1) 1 , -
лятора достаточно в этой системе взять ПИ-регулятор, параметры настройки которого будут определять показатели качества процесса управления. При этом поря-
2, -
, -
регулированием не более 5 %, выбирая частоту среза О , соответствующую заданному запасу по фазе Д^ср [3].
Для сокращения времени переходного процесса необходимо выбирать постоянную времени интегрирования в регуляторе
Из (2) с учётом (1) и (3) следует получить комплексный коэффициент пере-( ) ( . . 1),
Далее для определения второго параметра настройки регулятора ^ необ-
ходимо воспользоваться частотным критерием Найквиста, в соответствии с которым на частоте среза модуль комплексного коэффициента передачи (4) равен 1, а
запас по фазе / должен задаваться в пределах 60о - 80о [4, 5]. Поэтому, записав в (4)
системы (см. рис. 1) и приравняв его к значению фазы на частоте среза, можно найти величину О .
получить выражение для второго коэффициента настройки регулятора - его коэффициента передачи
Оценку влияния компенсирующей обратной связи на показатели качества процесса управления выполним для примера, взятого из источника [1], в котором управление объектом с передаточной функцией
(3)
Ж (]а>)
Кг,- • КоУ • (0,б-Г^ + 1)
0. 6^Тоу]Ы- (Т„У]Ы + 1)
(4)
Ф(юсР) = ~ + агсіЕ (°, б-Т'уЮ'р) -агсіЕ (°, 6 •Тоуо>ср) = -п + Ур. (5)
а из выражения для модуля ККП
К
(6)
(7)
Ко = 0,37; То = 12 с; Т1 = 91,8 с; Т2 = 55,8 с осуществляется с помощью многопараметрического ПИДД2 регулятора.
В основной передаточной функции (1) примем: Koy = Ko, Toy = To . Воспользовавшись пакетом Editor системы Mat Lab (см. приложение) для формул (5) и (6) при запасе по фазе у = 750, получили £Уср = 0,0136 рад/с и Крег = 4,3199.
ср
рсг
Проверка показателей качества процесса управления была выполнена путем моделирования замкнутой системы с регулятором, охваченным КОС, и объектом управления (7) в пакете Simulink системы Mat Lab (рис. 2). При этом предварительно были вычислены коэффициенты цифровых блоков управляющего устройства, для чего был выполнен переход от аналогового инерционного звена к цифровому в соответствии со следующим алгоритмом:
K = Y(s) ч bz = Y(z) b = K - At T
-»■
a = -
Ts +1 X (s) z - a X (z) T + At T + At
Шаг дискретности по времени, как известно, выбирается в соответствии с динамикой объекта, а при наличии звена запаздывания - из соотношения At = Т / 6 , в выбранном примере его величина будет равна 2 с. При этом следует не забывать, что эта величина должна быть установлена в окне “Sample time” всех
( . . 2).
Рис. 2. Структурная схема модели системы управления с КОС в регуляторе
Сравнивая результаты моделирования (см. Scope 1 на рис. 2) с данными, полученными в [1], видим, что наличие компенсирующей обратной связи в регуляторе
2 ( 600 320 )
сокращает его длительность. Алгоритм работы такого управляющего устройства в виде системы разностных уравнений (8) легко программируется в любом микроконтроллере [6].
В системе разностных уравнений (8) приняты следующие обозначения: At -шаг дискретности по времени или "Ts" в системе Mat Lab, Тосн , Гдоп - постоянные времени основного и дополнительного инерционных звеньев (в передаточной функции (7) это Тх и Т2 соответственно). Остальные обозначения либо име-, ( . . 2). -ветствии с этим алгоритмом последовательно в микроконтроллере вычисляются:
сигнал рассогласования £г-, код управляющего воздействия Ui и код корректирующей обратной связи иЪ1 при нулевых нач альных условиях. Количество вычислений n определяется требуемой длительностью работы системы.
Є — 8і - У і-і ’ ит — Є ■ К^’
^ А є + єіі І І/ ___________ і__________І—і
ішті ішт(і-і) рег ^ 2
и — и . + и
І ЛІ ш/ш ’
иіІ аоиі(і—і) ^ Ьоиі ’ ао
Т К А
оу ьп- оу
Т +А1 0 Т + Аі
доп
, ьі
Хіі аіХ1(І—і) ^ ЬіиіІ ’ ^і
Х2і — а2Х2(і—і) ^Ь2^іі’ а2 — ^і’ Ь2 — Ь1
А1
Тдоп +А Тдоп +А
и2І Х2(і—к) ’ к
А1
и31 ии ии ,
У(°) = ^й(°) = и1 (0) = Х1 (0) = 0’
X (]) = 0, ; =1, к,
I = 1, п.
Структурная схема системы управления с микроконтроллер^™ управляющим устройством представлена на рис. 3.
(8)
УПРАВЛЯЮЩЕЙ
УСТРОЙСТВО
МОДУЛЬ
ВЫВОДА
МОДУЛЬ
ВВОДА
Рис. 3. Структурная схема системы управления с микроконтроллерным управляющий устройством
В качестве микроконтроллера, как уже отмечалось, может быть использован любой недорогой микроконтроллер, например, из серии приборов, выпускаемых фирмой НИЛ АП [7], в котором модуль ввода, подключаемый к датчику выходной величины (ДВВ), имеет аналоговый фильтр низких частот и интегрирующий АЦП, повышающие помехозащищенность системы. В модуль вывода встроен широтноимпульсный преобразователь (ШИП) для преобразования кода управления в ширину импульсов. При этом в качестве исполнительного устройства (ИУ) может быть взято твердотельное реле, подключающее питание к сервоприводу либо к нагревателю в виде керамических резисторов, если объектом управления является процесс нагрева [3].
Среди объектов, для управления которыми может использоваться предлагаемый регулятор, могут быть объекты теплоэнергетики, металлургической промышленности, коммунального хозяйства, приводы в станках ЧПУ, в роботах и т.п.
В заключение отметим, что предлагаемое устройство управления в виде ПИ-регулятора, охваченного корректирующей обратной связью, несложно в применении при микропроцессорной реализации, дает результаты, отвечающие критерию технического оптимума [8] с нулевой статической ошибкой. При этом время рас, , -те [1] алгоритме. Новизна предлагаемого в настоящей работе метода заключается в
- , -ления с компенсацией запаздывания и малозначимых полюсов для улучшения динамических свойств системы. Кроме того, необходимо указать на такие преимущества микропроцессорной реализации управляющего устройства, как повышение надежности и его экономическую эффективность, во-первых, благодаря легко подстраиваемой программе для любого объекта управления, во-вторых, наличие ШИП в модуле вывода избавляет систему от дополнительного усилителя мощности в
.
Приложение
m-файл вычисления частоты среза и коэффициента передачи ПИ-ре^лятора Gcp=1.309; Toy=91.8; Koy=0.37; syms Wcp
[Wcp]=solve(atan(0.6*Toy*Wcp)-atan(Toy*Wcp)+(pi/2)-Gcp) % Wcp=0.0136; Kreg=Toy *Wcp /Koy*sqrt((ToyA2*WcpA2+1)/(0.36*ToyA2*WcpA2+1)) % Kreg=4.3199.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Смирнов Н.И., Сабанин В.Р., Репин А.И. Структурная реалнзацня и оптимальная настройка многопараметрического ПИДД2 регулятора с реальным дифференцированием // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2007. - № 11. - С. 34-39.
2. . . -
// . . - 2010. - 7 (108).
- С. 216-219.
3. . ., . .
// -
вестия ЮФУ. Технические науки. - 2011. - № 3 (116). - С. 93-100.
4. . . -
ным запаздыванием // Известия ТРТУ. - 2006. - № 5 (60). - C. 83-88.
5. Пьявченко ТА., Карась В.М. Расчет параметров настройки регуляторов для сложных объектов с транспортным запаздыванием // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2010.
- №1 (102). - С. 41-47.
6. . ., . .
топке парогенератора // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2009. - № 2 (91).
- С. 148-154.
7. http://www.RLDA.ru (дата обращения 03.12.11).
8. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. - 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор Я.Е. Ромм.
Пьявченко Тамила Алексеевна - Технологический институт федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге; e-mail: [email protected]; 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44; тел.: +79185139107; кафедра систем автоматического управления; профессор.
Pyavchenko Tamila Alexeevna - Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Autonomy Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”; e-mail: [email protected]; 44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia; phone: +79185139107; the department of automatic control systems; professor.
УДК 681.58:621.865.8
ИЛ. Шаповалов ПРИМЕНЕНИЕ ГРУПП МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ В СЛОЖНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ ЗАДАЧАХ
Рассматривается возможность использования групп транспортных роботов при постройке понтонных мостов. Ставится задача сборки моста из отдельных секций с помощью группы автономных мобильных роботов. Обсуждаются наиболее популярные методы проектирования систем группового управления роботами. Предлагается реализация взаимодействия роботов группы с помощью виртуальных агентов и потенциальных полей. Приводится динамическая модель системы управления движением. На основе приведенной модели строится алгоритм управления перемещением отдельных секций по заданным траекториям. Приводятся результаты численного моделирования, подтверждающие работоспособность предложенного метода управления перемещением.
Группа роботов; понтонный мост; строй; перемещение; взаимодействие.
I.O. Shapovalov MOBILE ROBOT GROUP USING IN COMPLEX TRANSPORT PROBLEMS
The possibility of transport robot group using in pontoon bridge building is considered in this paper. Problem of separate section assembling into bridge by the autonomous mobile robot group is stated. Popular methods of group robot control system designing are discussed. Robot collaboration realization through virtual agents and potential fields is suggested. Dynamics of relocation control system are given. Control algorithm of separate sections motion along given paths is designed on the base of given dynamics. Results of modeling approving efficiency of suggested method are given.
The robot group; the pontoon bridge; formation; relocation; collaboration.
В последнее время в научной литературе огромное внимание уделяется изучению проблем группового управления роботами. Это связано с тем, что группы роботов обладают значительными преимуществами по сравнению с одиночными .
,
управления интеллектуальными роботами. В таких системах роботы рассматриваются как автономные агенты, самостоятельно, без внешних управляющих воздействий решающие поставленные перед ними задачи путем взаимодействия друг с другом и окружающей средой.
Одной из проблем, при разрешении которой могут быть реализованы пре, , -. -стоянная потребность в создании гибких и дешевых мостовых конструкций, предназначенным для временного использования как в гражданских, так и в военных
.
- ,
технических средств и их координации. Решение этой задачей еще более усложняется при необходимости ее решения в экстремальных условиях с жесткими вре-
