Робастное управление ходовой тележкой однобалочного мостового крана при действии несогласованных возмущений и при неполных измерениях
- Авторы: Антипов А.С.1, Ткачева О.С.1
-
Учреждения:
- ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
- Выпуск: № 105 (2023)
- Страницы: 41-64
- Раздел: Анализ и синтез систем управления
- URL: https://journal-vniispk.ru/1819-2440/article/view/364073
- DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2023.105.3
- ID: 364073
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Рассматривается проблема управления электромеханической системой – ходовой тележкой однобалочного мостового крана (механическая подсистема) с учетом редуцированной динамики двигателя постоянного тока (электрическая подсистема). Объект функционирует в условиях недостатка управлений, действия параметрических и внешних возмущений, неполных измерений. При этом возмущения, действующие на механическую подсистему, являются несогласованными. Для безопасного переноса груза в указанных условиях предложен ряд решений. Сформирована эталонная траектория тележки с интегралом от угловой координаты. Наличие интегральной части приводит к демпфированию колебаний груза. Показано, что эта часть также позволяет подавить несогласованные ветровые возмущения. Для отслеживания сформированной траектории разработана процедура блочного синтеза сигмовидных фиктивных управлений в механической подсистеме и истинного разрывного управления в электрической подсистеме. Гладкие и ограниченные сигмовидные функции обеспечивают подавление несогласованных возмущений. Эти функции реализуемы в исполнительном устройстве и не приводят к его сильному износу, который происходит при формировании разрывных фиктивных управлений. Для информационной поддержки закона управления разработан динамический дифференциатор с сигмовидным корректирующим воздействием, предоставляющим оценку скорости по измерению ошибки слежения с любой заданной точностью. Предложенное решение позволит отказаться от датчика скорости тележки и избежать всплесков оценочных сигналов. Представлены результаты численного моделирования замкнутых систем с разрывными и сигмовидными фиктивными управлениями. Они продемонстрировали эффективность разработанного подхода.
Об авторах
Алексей Семенович Антипов
ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Email: scholess18@mail.ru
Москва
Ольга Сергеевна Ткачева
ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Email: tkolga17@gmail.com
Москва
Список литературы
АНТИПОВ А.C., КРАСНОВА C.А. Система стабилиза-ции положения тележки крана с использованием сигмо-идальной функции // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2019. – Т. 20, №10. – С. 609–614. КАБАНОВ С.А., НИКУЛИН Е.Н., ЯКУШЕВ Б.Э., ЯКУ-ШЕВА Д.Б. Оптимальное управление перемещением гру-за мостовым краном // Приборостроение. – 2011. – №5. – С. 56–65. КОКУНЬКО Ю.Г., КРАСНОВА С.А. Два подхода к син-тезу инвариантной системы слежения для беспилотно-го летательного аппарата // Управление большими си-стемами. – 2020. – №85. – C.113–142. КРАСНОВА С.А., УТКИН В.А., УТКИН А.В. Блочный подход к анализу и синтезу инвариантных нелинейных систем слежения // Автоматика и телемеханика. – 2017. – №12. – С. 26–53. КРУГЛОВ С.П., КОВЫРШИН С.В., АКСАМЕНТОВ Д.Н. Адаптивное управление двухмаятниковым подвесом мо-стового крана // Мехатроника, автоматизация, управле-ние. – 2022. – Т. 23, №9. – С. 451–461. ALGHANIM K., MOHAMMED A., ANDANI M. An input shaping control scheme with application on overhead cranes // Int. Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation. – 2019. – Vol. 20, Iss. 5. – P. 561–573. ANTIPOV A.S., KRASNOVA S.A. Using of Sigmoid Func-tions in the Control System of the Overhead Crane // Proc. of the 16th Int. Conf. on Stability and Oscillations of Nonlinear Control Systems (Pyatnitskiy's Conference). – Moscow: IEEE, 2022. – P. 1–4 ANTIPOV A.S., KRASNOVA S.A., PIVNEVA S.V. Trajec-tory Planning of Crane Trolley for Smooth Payload Trans-portation // Proc. of the 15th Int. Conf. Management of Large-Scale System Development (MLSD). – Moscow: IEEE, 2022. – P. 1–5. CAO X., WANG Z., ZHANG X. Precise Locating Control for a Polar Crane Based on Sliding Mode Active Disturb-ance Rejection Control and Quadratic Programming Algo-rithm // Machines. – 2021. – Vol. 9, No. 2. – P. 1–21. CRISTOFARO A., DE LUCA A. Reduced-Order Observer Design for Robot Manipulators // IEEE Control Systems Let-ters. –2022. – Vol. 7. – P. 520–525. HUAN X. et al. Sliding Mode Observation and Control for Overhead Cranes with Varying Rope Length // China Auto-mation Congress (CAC–2021). – 2021. – P. 4578–4583. JAFARI J., GHAZAL M., NAZEMIZADEH M. A LQR Opti-mal Method to Control the Position of an Overhead Crane // Int. Journal of Robotics and Automation. – 2014. – Vol.3, No. 4. – P. 252–258. JOLEVSKI D., BEGO O. Model predictive control of gan-try/bridge crane with anti-sway algorithm // Journal of Me-chanical Science and Technology. – 2015. – Vol. 29. – P. 827–834. LA V.D., NGUYEN K.T. Combination of input shaping and radial spring-damper to reduce tridirectional vibration of crane payload // Mechanical Systems and Signal Pro-cessing. – 2019. – Vol. 116. – P. 310–321. MA B., FANG Y., ZHANG X. Adaptive Tracking Control for an Overhead Crane System // Proc. of the 17th IFAC World Congress. Seoul, July, 2008. – 2008. – P. 12194–12199. MOHAMED K.T., ABDEL-RAZAK M.H., HARAZ E.H., ATA A.A. Fine tuning of a PID controller with inlet deriva-tive filter using Pareto solution for gantry crane systems // AEJ - Alexandria Engineering Journal. – 2021. – Vol. 61, No. 9. – P. 6659–6673. SHEHU M.A., AI-JUN LI, TIAN H. Modified Higher-Order Sliding Mode Observer-Based Super-Twisting Controller for Perturbed Overhead Cranes // Chinese Automation Con-gress (CAC–2019), Hangzhou, China. – 2019. – P. 255–260. SHI L., CUI S., LI X., ZHANG Y. Sliding Mode Control of Overhead Crane Based on High Gain Observer // IEEE 5th Advanced Information Management, Communicates, Elec-tronic and Automation Control Conference (IMCEC–2022), Chongqing, China. – 2022. – P. 1–4. XU R., ZHOU M. Sliding mode control with sigmoid func-tion for the motion tracking control of the piezo-actuated stages // Electron. Lett. – 2017. – Vol. 53, No. 2. – P. 75–77. XI Z., HESKETH T. Discrete time integral sliding mode con-trol for overhead crane with uncertainties // IET Control Theory & Applications. – 2010. – Vol. 4, Iss. 10. – P. 2071–2081. ZHANG M., MA X., SONG R., RONG X., TIAN G., TIAN X., LI Y. Adaptive Proportional-Derivative Sliding Mode Control Law With improved Transient Performance for Underactuated Overhead Crane Systems // IEEE CAA J. Autom. Sin. – 2018. – Vol. 5, No. 3. – P. 683–690.
Дополнительные файлы
