Быстродействующая нейросетевая система релейного управления позиционно-следящим пневмоприводом в условиях его существенной неопределенности

• Автор: Дьяченко, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Введение

Глава 1. Позиционноследящий пневматический привод способы

формализации и управления.

1.1. Введение

1.2. Ретроспектива возникновения современных нелинейных математических моделей пневмоприводов.

1.3. Обзор методов управления пневмоприводом

1.4. Нелинейная модель пневмопривода

1.4.1. Описание исследуемой пневматической системы

1.4.2. Силовая часть

1.4.3. Камеры пневматического цилиндра

1.4.4. Пневматический распределитель

1.4.5. Воздухоподводящие трубы
1.5. Обобщенное описание исследуемого пневмопривода.
1.6. Выводы по главе
Глава 2. Обзор классических и современных методов теории оптимального по быстродействию управления.
2.1. Постановка задачи оптимального по быстродействию управления
2.2. Аналитические решения в виде управляющей программы.
2.3. Аналитические решения в виде управления с обратной связью
2.4. Численные методы решения двухточечной задачи.
2.5. Задача синтеза оптимального закона для замкнутой системы управления
2.6. Графоаналитические методы построения поверхностей переключения
2.6.1. Метод фазового пространства
2.6.2. Построение фазовых траекторий с использованием принципа попятного движения Фельдбаума.
2.7. Методы аппроксимации поверхностей переключения.
2.8. Системы с переменной структурой и скользящие режимы
Глава 3. О возможности расширения теоремы об п интервалах и се использовании в качестве достаточного условия оптимальности
3.1. Условия распространения теоремы об пинтервалах на линейный класс объектов с комплексными корнями.
3.2. Распространение теоремы об п интервалах на класс нелинейных объектов
3.3. Область управляемости.
3.4. Позиционные и следящие задачи.
3.5. Достаточные условия оптимальности в задаче позиционирования
3.6. Достаточные условия оптимальности в задаче слежения.
3.7. Результирующая постановка задачи и условия ее эквивалентности задаче оптимального по быстродействию управления
Глава 4. Методы построения поверхностей переключения.
4.1. Общий принцип построения поверхностей переключения
4.1.1. Синтез поверхностей переключения в задаче позиционирования и слежения.
4.1.2. Формирование координат поверхности переключения
4.1.3. Способ определения достаточной размерности поверхности переключения.
4.2. Применение аппарата искусственных нейронных сетей для аппроксимации поверхности переключения
4.3. Синтез поверхности переключения с использованием модели объекта
4.3.1 Алгоритм поегроения поверхноеги переключения путем численного моделирования с использованием математического описания
4.3.2. Методика синтеза поверхности переключения посредством идентификации специализированной модели объекта.
4.4. Метод поиска оптимальных траекторий в выборке данных для синтеза поверхности переключения в задаче позиционирования
4.4.1. Проблемы аппроксимации поверхностей переключения с использованием экспериментальных данных
4.4.2. Применение триангуляции для восстановления недостающих участков поверхности переключения
4.5. Особенности нейросетевой реализации поверхностей переключения .
4.6. Выводы по главе.
Глава 5. Методика синтеза адаптивных квазиоигимальных по быстродействию САУ в условиях неопределенности.
5.1. Классификация поверхностей переключения.
5.2. Корректирование поверхности переключения вводные примеры
5.3. Принцип адаптации поверхности переключения
5.4. Процедура построения опорных точек
5.5. Синтез системы.
5.6. Вывода по главе
Глава 6. Исследование предложенных подходов к синтезу САУ на примерах управления математическими моделями и реальными объектами.
6.1. Численные эксперименты.
6.1.1. Сравнительное исследование предложенных методик на примерах управления линейными и нелинейными математическими моделями
6.1.2. Исследование адаптивной нейросетевой квазиоптимальной но быстродействию системы управления
6.1.3. Эксперименты с нелинейными моделями пневмоприводов
6.1.3.1. Особенности формирования поверхности переключения для управления пневмоприводом
6.1.3.2. Сравнительные эксперименты предложенной нейросетевой системы с существующими системами управления пневмоприводом
6.2. Эксперименты с физическими объектами.
6.2.1. Управление углом азимута установки i СЕ0.
6.2.2. Управление положением звена планарного манипулятора
6.2.3. Управление промышленным позиционноследящим пневмоприводом.
6.2.3.1. Описание системы.
6.2.3.2. Позиционное управление пневмоприводом
6.2.3.3. Следящее управление пневмоприводом.
6.2.3.4. Обобщение результатов
Заключение.
Приложение 1. Докаштельство достаточности теоремы об п интервалах для
частных случаев.
Приложение 2. Блоксхема алгоритма построения поверхности переключения
численными методами.
Список использованных источников


Одна из первых моделей, описывающих динамику пневмоцилиндра с двусторонним штоком, была предложена Ширером в году 2. В работе он исследовал линейную модель, описывающую малые отклонения штока относительно среднего положения. Им же была представлена математическая модель массового расхода воздуха, проходящего через отверстия пропорционального распределителя, и выполнена е экспериментальная проверка. Ширером модель выглядит устаревшей, многие исследователи заимствовали его подходы к синтезу модели. В статье 7 Лю и Бобров расширили исследование Ширера, и предложили линейную модель для произвольного положения штока. Ими было показано, что применение ПДрегулятора позволяет синтезировать систему методом назначения полюсов передаточной функции. Однако при исследовании на реальном объекте выяснилось, что, полученная система существенно отличается в сторону значительного, теоретически не обоснованного увеличения быстродействия. Несмотря на то, что с позиции удобства синтеза регулятора предпочтительным является использование линейной модели, для качественного управления невозможно полностью пренебречь нелинейностью пневматического цилиндра. Существенный вклад в развитие нелинейных моделей пневмоцилиндров внесли Ван и Сингх в 3, 0, 2, , Ричер и Хурмузлу в 4, 5, Каваками , и др. В работах 3, 0 проводились исследования процессов теплообмена, происходящих в цилиндре. Авторами был предложен ряд параметров для построения модели, описывающей данные процессы. В 4, 5, проведен анализ и исследование моделей, описывающих адиабатический и изотермический процесс. Результаты экспериментального сравнения моделей, подтвердили незначительное их различие , 5. Математическое моделирование воздушного потока, проходящего через схему каналов и отверстий иневморасиределителя, является непростой задачей. На сегодняшний день существует несколько основных весьма упрощенных моделей, хотя и имеющих некоторые общие характеристики, предложенных i i ii, , I Ii i i 6, Эспозито . Поскольку быстродействие иневморасиределителя, как правило, значительно превышает быстродействие пневмоцилиндра, в исследованиях распределитель описывают нелинейным безынерционным звеном. Подробное исследование нелинейной модели пропорционального пневмораспрсделителя можно найти в работе 9. В направлении фундаментальных исследований пневматических систем ориентированы следующие программные комплексы 3. Одним из главных препятствий внедрения в производство регулируемых позициониоследящих пневмоприводов, является сложность управления. Это обстоятельство создает предпосылки для исследований и внедрений нетрадиционных систем управления пневмоприводами. Тем не менее, в ряде случаев применение простых законов ПИДрегулироваиия дает удовлетворительные результаты 9, 1, 0. В 7 применялся ПИрегулятор в сочетании с двумя наблюдателями, обеспечивающими компенсацию нелинейной динамки сжатого воздуха и трения. В работе 4 была синтезирована система подчиненного регулирования, в которой внутренний контур давления имел ПИ регулятор, внешний контур положения ПД регулятор. При проектировании трехкоординатного манипулятора 0 были использованы пневмоцилиндры, для управления которыми применялись ПДрегуляторы. Исследования П и ПИДрегуляторов в пиевмосистсмах можно найти в 1, 0. Достаточно качественное управление пневмоприводом с помощью ПИДрегулятора может быть достигнуто при применении линеаризации обратной связью. Хотя, как правило, на практике нелинейные объекты третьего и выше порядков линеаризовать достаточно сложно, в работах 1, 2 производится вполне успешная линеаризация пневмопривода. Получение более высокого качества управления пневмоприводом, возможно с применением регуляторов на базе адаптивных подходов. Некоторые модификации ПИДрегулятора с алгоритмом самонастройки, использованные в различных пневматических системах в том числе в системах с изменяющимися параметрами, рассматриваются в работах 8, , 3, . Адаптивное управление пневмоприводами достаточно широко применяется в различных установках, таких как манипуляторы рука робота 4, 7, нежесткие манипуляторы 0, модель локтевого сустава 8.