Исследование характеристик линейной системы управления гибким объектом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Решается задача управления гибким объектом. Рассмотрены вопросы построения математической модели неоднородного гибкого звена на основе уравнения Эйлера – Бернулли. В качестве расчётной схемы была выбрана простейшая модель, которая может описывать колебания однозвенного манипулятора, транспортировки закреплённого в некоторой точке груза, лопасти вертолёта. Представлен универсальный алгоритм определения параметров упругой системы и составления ее математической модели. Предложен метод аналитического определения собственных форм колебаний неоднородной конструкции. Модель колебаний строится методом начальных параметров с дискретизацией распределения масс и изгибной жесткости. Уравнения динамики системы получаются с помощью интегрирования уравнения Эйлера – Бернулли. Полученная математическая модель с достаточно высокой точностью описывает динамику объектов, для которых характерно постоянное или ступенчатое распределение массы и жёсткости по длине. Система управления, обеспечивающая высокое быстродействие при минимальных колебаниях, разработана с использованием методов аналитического конструирования оптимальных регуляторов и модального управления на основе решения системы линейных матричных неравенств (LMI). Показано, что формулирование задачи управления в виде LMI позволяет учитывать ограничение управляющего воздействия. Результаты подтверждены компьютерным моделированием.

Об авторах

Сергей Владимирович Ромадов

ФГБОУ ВО Тульский государственный университет

Email: romadovsergey5@gmail.com
Тула

Андрей Владимирович Козырь

ФГБОУ ВО Тульский государственный университет

Email: Kozyr_A_V@mail.ru
Тула

Андрей Геннадьевич Ефромеев

ФГБОУ ВО Тульский государственный университет

Email: age.sau@mail.ru
Тула

Список литературы

  1. АВРАМЕНКО А.А. Метод Рэлея – Ритца и метод начальных параметров в задаче расчета динамических характеристик составных упругих конструкций балоч-ного типа // Вестник Самарского университета. Серия естествознания. – 2019. – №1. – С. 44–56.
  2. ОГОРОДНИКОВ Ю.И. Синтез наблюдателей состояния для линейных моделей упругих конструкций // Современ-ные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2016. – №4. – С. 25–36.
  3. ХАЗАНОВ Х.С. Механические колебания систем с рас-пределенными параметрами: учеб. Пособие. – Самара, Изд-во СГАУ, 2002. – 80 с.
  4. ABDULLAHI M.A., ZAHARUDDIN M., MUS-TAPHA M. Vibration control comparison of a single link flexible manipulator between fuzzy logic control and pole placement control // Int. Journal of Scientific & Technol-ogy Research. – 2013. – No. 2. – P. 236–241.
  5. EL-ZOBAIDI H., CHAUDHURI B., PAL B.C. et al. LMI approach to normalised H∞ loop-shaping design of pow-er system damping controllers // IET Proc. on Generation Transmission and Distribution. – 2005. – No. 6(152). – P. 952–960.
  6. HICKNER M., FASEL U., NAIR A.G. et al. Data-driven unsteady aeroelastic modeling for control // ARC. – 2022. – Vol. 61, No. 2. – P. 123–146.
  7. MARTINS R.J., ZAHARUDDIN M., OSMAN TOKHI M. Approaches for dynamic modelling of flexible manipula-tor systems // IEE Proc. Control Theory and Applications. – 2003. – No. 4(150). – P. 401–411.
  8. RAHIMI H.N., NAZEMIZADEH M. Dynamic analysis and intelligent control techniques for flexible manipula-tors: A review // Advanced Robotics. – 2014. – No. 28(2). – P. 63–76.
  9. SCHERER C., WEILAND S. Linear Matrix Inequalities in Control. – Germany, University of Stuttgart, 2015. – 293 p.
  10. SHI P., LIU F., GU Y. et al. The Development of a Flight Test Platform to Study the Body Freedom Flutter of BWB Flying Wings // Aerospace. – 2021. – No. 8. – P. 390–408.
  11. WARMINSKI J., KLODA L., LATALSKI J. et al. Nonlin-ear vibrations and time delay control of an extensible slowly rotating beam // Nonlinear dynamics. – 2021. – No. 103(8). – P. 3255–3281.
  12. WERNER H. Controller design using linear matrix ine-qualities // Control systems, robotics, and automation. – 2009. – Vol. IX. – P. 168–201.
  13. YINAN W., XIAOWEI ZH., RAFAEL P. et al. Aeroelastic Simulation of High Aspect Ratio Wings with Intermittent Leading-Edge Separation // AIAA JOURNAL. – 2021. – 32 p.
  14. ZHANG C., ZHOU Z., ZHU X. et al. A Comprehensive Framework for Coupled Nonlinear Aeroelasticity and Flight Dynamics of Highly Flexible Aircrafts // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10, No. 3. – P. 949–966.
  15. ZHANG Y., LI B., CUI P. et al. Numerical simulation of support interference characteristics on a low-aspect ratio flying-wing model // J. Phys. Conf. Ser. – 2020. – 8 p.
  16. ZHAO W., GUPTA A., MIGLANI J. et al. Finite Element Model Updating of Composite Flying-wing Aircraft using Global/Local Optimization // Proc. of the AIAA Scitech-2019 Forum, 2019.
  17. ZHAO X., ZHANG S., LIU Z. et al. Vibration control for flexible manipulators with event triggering mechanism and actuator failures // IEEE Trans. on Cybernetics. – 2021. – P. 7591–7601.
  18. ZHAO Z., HE X., AHN C.K. Boundary disturbance ob-serv-er-based control of a vibrating single-link flexible manipulator // IEEE Trans. on Systems, Man, and Cyber-netics: Systems. – 2021. – No. 51(4). – P. 2382–2390.
  19. ZHAO Z., LIU Z. Finite-time convergence disturbance re-jection control for a flexible Timoshenko manipula-tor // IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. – 2021. – No. 8(1). – P. 157–168.
  20. ZHILING T. Modeling and control of flexible link robots. – Singapore, National University of Singapore, 2004. – 153 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).