Аннотации статей журнала "Мехатроника, автоматизация, управление" № 9. Том 19. 2018

УДК 007.5; 62-52
DOI: 10.17587/mau.19.563-578

А. Б. Филимонов, д-р техн. наук, проф., filimon_ab@mail.ru, МИРЭА — Российский технологический университет, г. Москва, Н. Б. Филимонов, д-р техн. наук, проф., nbfilimonov@mail.ru, МГУ им. М. В. Ломоносова; ИПУ им. В. А. Трапезникова РАН, г. Москва

Ситуационный подход в задачах автоматизации управления техническими объектами

Ситуационный подход, возникший первоначально в менеджменте в 60-е годы XX века, в настоящее время не получил должного развития и распространения в задачах управления техническими объектами. Истинные возможности ситуационного подхода в теоретической автоматике раскрываются при переосмыслении ключевых понятий "ситуация", "ситуационная модель" и "ситуационное управление" для класса сложных технических систем.
В статье обсуждается ретроспектива становления ситуационного подхода, вопросы применения ситуационной методологии в задачах автоматического управления и автоматизации эргатических систем управления.
Развиваемая авторами концепция ситуационного управления позволяет органично объединять методы логического и непрерывного динамического управления и может рассматриваться как одно из направлений развития теории логико-динамических систем. Это убедительно иллюстрируется применением ситуационной методологии в системах многорежимного регулирования — цель регулирования декомпозируется на локальные цели, которым отвечают определенные ситуации и режимы регулирования, а сами процессы регулирования реализуются посредством двухуровневой иерархической архитектуры системы: нижний уровень составляет банк субрегуляторов, отрабатывающих локальные цели, а на верхнем уровне осуществляется контроль текущих ситуаций и реализуется логический процесс переключения режимов.
Ситуационный подход может служить одной из фундаментальных основ пока еще не сложившейся теории управления сложными техническими объектами. Предлагаемая концепция ситуационно-целевого управления для данного класса объектов в отличие от классической двухступенчатой схемы "ситуация — действие" базируется на четырехступенчатой схеме "ситуация — цель — стратегия управления — действие", которая органично сочетается с многоцелевым принципом управления сложными системами, основанным на разбиении главной цели на промежуточные локальные цели применительно к отдельным ситуациям. В итоге процесс управления реализуется совместно тремя функциями: мониторинга ситуаций, генерации локальных целей и формирования стратегии управления, выходом которых являются соответственно диагноз текущей ситуации, новая локальная цель управления в случае изменения ситуации и стратегия управления, направленная на достижение новой цели.
Ключевые слова: управление техническими объектами, ситуационный подход, ситуационно-целевое управление, ситуационные модели, многорежимное регулирование

С. 563–578

Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 16-08-00313

Содержание

УДК 681.513
DOI: 10.17587/mau.19.579-586

Б. В. Сухинин, д-р техн. наук, проф., eeo@uic.tula.ru, В. В. Сурков, д-р техн. наук, доц., vvs150747@mail.ru, Тульский государственный университет

К вопросу о методах АКОР и АКАР в задачах синтеза нелинейных систем управления

Предлагается продолжить сравнение известных методов аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР) и аналитического конструирования агрегированных регуляторов (АКАР), обсуждаемых в статье [1]. Приводится их сравнение с методом АКОР по критерию точности регулирования (АКОРТ). Метод АКОРТ идейно близок к методу АКАР, поскольку основан на том же физическом принципе сжатия фазового пространства по мере приближения изображающей точки к началу координат и также использует притягивающие многообразия (функции переключения). Показано, что метод АКОРТ обладает значительными достоинствами, связанными с простой процедурой аналитического конструирования нелинейных законов оптимального управления: АКОРТ осуществляется строго математически непосредственно по уравнениям объекта, причем не требуется решения каких-либо дифференциальных уравнений или искусственного введения в рассмотрение каких-либо функций преобразования в виде агрегированных макропеременных. Наиболее сложной математической процедурой является дифференцирование переменных и подстановка уравнений объекта управления. Главное отличие метода АКОРТ в теоретическом плане от всех известных методов состоит в том, что этот метод дает абсолютно точное решение и гарантирует нулевую ошибку регулирования при двукратной инвариантности как к не измеряемым случайным воздействиям (помехам), в том числе и к полезной помехе (момент нагрузки), так и к отклонениям параметров объекта управления от номинальных значений (нестабильность параметров), при этом все коэффициенты ошибок (по положению, скорости, ускорению, рывку и т. д.) также равны нулю.
Ключевые слова: нелинейные системы, теория оптимального по точности управления, метод АКОР, синтез управления, точность

С. 579–586

Содержание

УДК 681.511.4
DOI: 10.17587/mau.19.587-594

С. В. Феофилов, д-р техн. наук, доц., svfeofilov@mail.ru, А. В. Козырь, аспирант, Kozyr_A_V@mail.ru,
Тульский государственный университет, г. Тула

Анализ периодических движений в цифровых автоколебательных системах управления

Статья посвящена исследованию релейных систем с цифровым управлением. Автоколебания в таких системах являются рабочим режимом. Дискретизация по времени оказывает существенное влияние на параметры периодических колебаний. В работе предлагается точный метод анализа периодических режимов в цифровых автоколебательных системах управления с двухпозиционным релейным элементом. Предлагаемый подход распространяет метод фазового годографа на класс систем, работающих в дискретном времени. Представлен метод получения фазового годографа для случая автоколебательных систем с дискретизацией по времени и линейным объектом управления. В работе предлагается численно-аналитическая процедура построения семейства фазовых годографов дискретной релейной системы как в частотной области, так и во временной.
Данный подход позволяет выделить все возможные симметричные периодические движения в рассматриваемых системах. Частотный подход основан на выделении непрерывного линейного объекта и дискретной управляющей части. Выходной сигнал с цифровой части в периодическом режиме можно разложить в дискретный ряд Фурье. Это позволяет с учетом линейности объекта управления получить аналитические зависимости для выходного сигнала непрерывной части. Дискретизация системы управления приводит к некоторому запаздыванию переключения реле в периодическом режиме по сравнению с непрерывным случаем. На основе разработанного в статье метода можно определить все симметричные периодические колебания в релейных системах с дискретизацией по времени. По аналогии с данным методом предлагается подход к получению семейства фазовых годографов для таких систем во временной области. Подход основан на рассмотрении объекта управления в пространстве состояний. Фазовый годограф определяется с помощью решения матричного уравнения. Обсуждаются вопросы оценки устойчивости и области притяжения предельных циклов. Дается оценка влияния дискретизации на периодические процессы при неустойчивом объекте управления. Показано, что в таком случае в системе возникают микрохаотические колебания. На примере упрощенной модели пневматического привода приводятся результаты анализа влияния дискретизации на параметры периодических режимов работы системы.
Ключевые слова: автоколебания, релейное управление, дискретные системы, предельный цикл, метод фазового годографа, релейно-импульсные системы

С. 587–594

Статья подготовлена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-08-01141).

Содержание

УДК 621.311.23:629.12
DOI: 10.17587/mau.19.595-600

Ю. Н. Хижняков, д-р техн. наук, проф., luda@at.pstu.ru, А. А. Южаков, д-р техн. наук, проф., uz@at.pstu.ru, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Д. А. Сулимова, dsulimova@list.ru, АО "ОДК-СТАР", г. Пермь

Модификация многорежимного управления воздушным реактивным двигателем

В настоящее время широкое применение находит концепция многорежимного управления сложными регулируемыми объектами, ключевым понятием которой является анализатор динамических ситуаций. В статье предлагается замена данного анализатора регулятором состояний на примере управления воздушным реактивным двигателем. Состояние воздушного реактивного двигателя характеризуется следующими переменными: частота вращения свободной турбины (вентилятор или компрессор низкого давления), частота вращения компрессора высокого давления, давление и температура горения газа за камерой сгорания и т. д., которые являются проекциями вектора состояния, где рабочая точка в текущий момент времени перемещается по статической характеристике. Все переменные зависят от расхода топлива, его качества и синхронно изменяются в текущий момент времени. В настоящее время все перечисленные параметры воздушного реактивного двигателя регулируются отдельно, что является недостатком. Предлагается заменить линейные регуляторы перечисленных параметров одним регулятором состояния, который управляет дозатором воздушного реактивного двигателя. Задача адаптивного нечеткого регулятора состояний — изменять расход топлива дозатором в целях управления параметрами для реализации различных режимов работы воздушного реактивного двигателя с применением нейронечеткой технологии. Разработанная модель регулятора состояний отвечает требованиям системы реального времени, а также снижает аппаратурные затраты на построение системы управления за счет исключения селектора.
Ключевые слова: воздушно-реактивный двигатель, датчики, дозатор, адаптивный нечеткий регулятор состояния, селектор

С. 595–600

Содержание

УДК 629.05
DOI: 10.17587/mau.19.601-607

А. С. Девятисильный, д-р техн. наук, проф., devyatis@iacp.dvo.ru, А. В. Шурыгин, мл. науч. сотр., artem.shurygin@bunjlabs.com, Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН

Модели бортовой реконструкции параметров морского течения как навигационного фактора по данным ГЛОНАСС

Предлагается методология исследования поверхностных морских течений, рассматриваемых в качестве природных явлений, мониторинг которых актуален в контексте обеспечения безопасности и целенаправленности разнообразной деятельности человека на море. Особенность этой методологии, отличающая ее от других, состоит в том, что она отождествляет течение с переносным движением управляемого морского объекта, рассматривает его в качестве изменяющегося во времени и географическом пространстве навигационного фактора, требующего бортовой оперативной оценки текущего состояния. Представлены математические модели обратных траекторных задач вида "состояние — измерение", целью и главной составляющей решений которых является оценка вектора скорости морского течения, следующая за реконструкцией вектора абсолютной (относительно твердой Земли) скорости движения объекта по данным его позиционирования ГЛОНАСС; эти модели ассоциированы с моделью задачи оценки производных непрерывной функции времени по ее темпорально измеряемым значениям, имеющей жорданову форму матрицы с индексом нильпотентности, совпадающим с размерностью системы линейных дифференциальных уравнений состояния, что обусловливает дискретизацию задачи по времени без методологических погрешностей и реализацию вычислительных алгоритмов динамического обращения. Приведены результаты вычислительных экспериментов.
Ключевые слова: навигация, морские течения, кинематические параметры, относительное движение, переносное движение, морской объект, скорость, ускорение, обратная задача, алгоритм динамического обращения, ГЛОНАСС

С. 601–607

Содержание

DOI: 10.17587/mau.19.608-611

V. G. Gradetsky, M. M. Knyazkov, E. A. Semenov, A. N. Sukhanov, V. G. Chashchukhin,
Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 119526, Russian Federation, e-mail: gradet@ipmnet.ru, www.ipmnet.ru

Particularities of Wall Climbing Robot Motion on Underwater Environments

Accepted on June 05, 2018

The paper presents peculiarities of some components of wall climbing robots intended for motion along underwater surfaces and performs underwater technologies. Recommendations for design of vacuum contact devices equipped with "gas-water" ejector are analysed. The information data preparation for modelling and simulation the vacuum contact devices are needed to find required parameters. The obtained hydromechanical characteristics permit to prepare wall climbing robot for realization some underwater technologies.
Vacuum contact devices are intended for produce gripping functions with underwater horizontal or sloping surfaces over which underwater wall climbing robots are moving.
In motion process one platform can move when other platform is connected with surfaces by means vacuum contact devices. Another words, when external group of vacuum contact devices is fixed to the surface, internal one can move with the platform, and so on.
Underwater wall climbing robots consists of internal and external platforms equipped with vacuum contact devices placed on the end of every leg. Sensory system includes a video camera that is used for robot navigation and orientation, proximity sensors for fixation final positions of pneumatic drives and pressure-vacuum sensors intended for measure forces inside of vacuum contact devices.
Technological equipment is installed on the upper platform. Suggested experimental robot prototype has control system that permit to organize automatic or supervision control with participation of man-operator.
The drive design provides both the continuous low velocity mode to fulfill technological operations by the robot, and the discrete high velocity mode. The discrete high velocity mode is convenient for the transportation of technological equipment to working area.
This paper includes following sections: prescribed tasks for underwater wall climbing robot technologies, main peculiarities of the robot, vacuum contact devices study and conclusion.
Keywords: underwater environment, wall climbing robot, vacuum contact devices, gas water ejector, recommendations for design

P. 608–611

This study was supported by the Russian Foundation for Basic Research Grant 18-08-00357.

Содержание

УДК 681.5, 004.5
DOI: 10.17587/mau.19.612-617

М. В. Бобырь, д-р техн. наук, проф., fregat_mn@rambler.ru,
А. А. Дородных, аспирант, А. С. Якушев, аспирант, Юго-Западный государственный университет, г. Курск

Устройство и программная модель управления пневматическим мехатронным комплексом

Рассматривается пневматический мехатронный комплекс (ПМК), управление которым осуществляется с помощью интерактивной сенсорной панели человеком-оператором. Представлена пневмоэлектрическая схема соединения компонентов мехатронного комплекса. Пневматический мехатронный комплекс состоит из электрических, электронных, пневматических, пневмоэлектрических компонентов и программного обеспечения. Построена функциональная карта технологического процесса фиксации парящего объекта, перемещения и складирования в лоток хранения, которая включает 13 шагов. Для управления ПМК используется программируемый логический контроллер (ПЛК) Siemens S7-1200 и сенсорная панель Siemens HMI KTP 400 Basic. Взаимосвязь компонентов ПМК осуществляется за счет построения промышленной сети связи. Реализуется промышленная сеть с помощью интерфейса Ethernet. Ethernet-коммутатор Siemens Scalance XB05 объединяет в общую сеть ПЛК, сенсорную панель и персональный компьютер. Для каждого устройства задается IP-адрес и маска подсети. Для реализации этапов технологического процесса разработан экспериментальный вид экрана оператора. На сенсорной панели отображаются кнопки для того, чтобы человек-оператор мог управлять ПМК в ручном режиме. Программное управление ПМК реализовано в среде Tiaportal v.14 с использованием языка программирования LAD (Ladder Diagram). В статье показаны и описаны части программного кода, которые реализуют: движение вверх/вниз по бесштоковому цилиндру каретки со схватом; втягивание и выдвижение цилиндра со схватом; открытие и закрытие схвата; подачу и отключение воздуха в сопло; выдвижение цилиндра подачи объектов в зону действия струи воздуха. Проведен эксперимент с выявлением времени выполнения операций технологического процесса фиксации парящего объекта, перемещения и складирования его в лоток хранения. Фиксация времени выполнения происходила отдельно для каждого этапа и для полного цикла от стартового положения до возврата объекта в лоток хранения. Сумма времени выполнения отдельных операций составила примерно 17 с. Полный цикл человек-оператор может выполнить за 22 с.

Ключевые слова: программируемый логический контроллер (ПЛК), интерактивная сенсорная панель, пневматический мехатронный комплекс (ПМК), фиксация парящего объекта, функциональная карта

С. 612-617

Содержание

УДК 681.532.55
DOI: 10.17587/mau.19.618-624

Т. С. Буканова, канд. техн. наук, доц., BukanovaTS@volgatech.net, М. Т. Алиев, канд. техн. наук, доц., AlievMT@volgatech.net, Поволжский государственный технологический университет, г. Йошкар-Ола

Экспериментальное исследование электропривода на основе двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением

Статья посвящена развитию теоретических представлений элементов и систем управления. Практическая реализация современных систем автоматического управления на базе единых модулей требует использования альтернативных конструкций функционирования механических узлов, в частности в двухроторном исполнении. Это позволит реализовать адаптивное поведение машины в технологическом процессе, перемещение рабочих органов по сложным контурам с различной скоростью, высокой надежностью и безопасностью. Совокупность математического и экспериментального исследования является одним из перспективных и наиболее распространенных методов изучения объектов исследования, позволяет изучить его функционирование, научиться эффективно управлять объектом.
Целью работы является экспериментальное исследование электропривода двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением путем натурного эксперимента и получение его переходных характеристик.
Для проведения натурного эксперимента разработана и изготовлена экспериментальная установка электропривода на основе двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением, которая содержит механическую нагрузку, управляемую электрическую нагрузку, блок управления электрической нагрузкой, терминальную компьютерную управляющую систему. Экспериментальное исследование электропривода заключалось в регистрации частот вращения роторов двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением в различных режимах работы при изменении входных нагрузок: механической и электрической. В ходе проведения эксперимента получены данные, отражающие переходные процессы электропривода по частотам вращения роторов, а также суммарную частоту вращения роторов. Проведена статистическая обработка данных полученных результатов и последующий сравнительный анализ результатов полученных ранее имитационных экспериментов и натурных данных установившихся значений частот вращения роторов в различных режимах работы электропривода.
Анализ представленных данных моделирования показывает качественное и количественное (в пределах 10 %) соответствие имитационного эксперимента натурному. Это означает, что разработанная математическая модель двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением адекватна, отражает реальные физические процессы, протекающие в разработанной электрической машине и позволяет исследовать параметры и получать характеристики электропривода на ее основе в различных режимах работы.
Ключевые слова: дифференциальное управление, электропривод, двухроторная электрическая машина, экспериментальное исследование

С. 618–624

Содержание

Наверх