СИНТЕЗ ДВОМАСОВОЇ СИСТЕМИ ПІДПОРЯДКОВАНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ПОВОРОТОМ РОБОЧОЇ ПЛАТФОРМИ ПОЖЕЖНОГО АВТОПІДІЙМАЧА НА ОСНОВІ ДРОБОВИХ РЕГУЛЯТОРІВ
Анотація
Конструкція стріли підіймального механізму пожежного автопідіймача не є абсолютно жорсткою, у результаті чого виникають пружні коливання робочої платформи. Ці коливання негативно впливають на роботу системи автоматичного керування переміщенням робочої платформи, а отже, ускладнюють роботу рятувальників. Для безпечного й ефективного виконання рятувальних операцій і гасіння пожеж на висоті система автоматичного керування поворотом робочої платформи повинна демпфувати пружні коливання, забезпечувати високу швидкодію, плавність розгону й гальмування двигуна, статичну й динамічну точності відтворення заданих траєкторій, відсутність перерегулювання в перехідних режимах тощо. У статті пропонується синтезувати позиційну систему, підпорядковану регулюванню поворотом робочої платформи з урахуванням пружних властивостей стріли. Синтез системи здійснюється модернізованим методом узагальненого характеристичного полінома шляхом застосування певної бажаної форми дробового порядку, яка дасть змогу забезпечити простоту виразу, необхідні динамічні і статичні характеристики переміщення робочої платформи за умови дії на неї керуючих і збурюючих впливів. Це дасть змогу зробити працю рятувальників більш безпечною та ефективною. Для дослідження використано комплексний метод, який включає теоретичну механіку й теорію автоматичного керування, а саме синтез систем автоматичного керування. Для дослідження ефективності запропонованої системи підпорядкованого регулювання застосовано цифрове моделювання в пакеті Simulink програмного середовища MATLAB. Для здійснення синтезу системи підпорядкованого регулювання необхідно мати математичну модель об’єкта керування. Оскільки стріла пожежного автопідіймача не є абсолютно жорсткою, то її можна представити двомасовою системою, складеною на основі рівняння Лагранжа. У роботі представлено триконтурну двомасову систему підпорядкованого керування поворотом робочої платформи. На основі модернізованого методу синтезу узагальненого характеристичного полінома здійснено структурно-параметричний синтез цієї системи підпорядкованого керування. Для цього синтезовано регулятори кутової швидкості двигуна, робочої платформи й положення на основі запропонованої бажаної дробової форми. У пакеті Simulink програмного середовища MATLAB на цифровій моделі досліджено синтезовану триконтурну двомасову систему підпорядкованого керування поворотом робочої платформи. Отже, розширено застосування модернізованого методу синтезу узагальненого характеристичного полінома для позиційної триконтурної двомасової системи підпорядкованого керування поворотом робочої платформи шляхом застосування заданої компактної бажаної форми дробового порядку, яка забезпечує широкий спектр заданих динамічних характеристик. Це дало змогу здійснити структурно-параметричний синтез цієї системи, у результаті чого синтезовано регулятори кутової швидкості двигуна, робочої платформи й положення для всієї триконтурної системи підпорядкованого регулювання на основі запропонованої бажаної дробової форми. Як наслідок, перехідний процес вихідної координати положення із синтезованим регулятором положення забезпечив час наростання t0.95 = 4,273 c без перегулювання, а цілочисельна складна система автоматичного керування положення забезпечувала час наростання t0.95 = 4,423 c відповідно. Отже, з новим регулятором отримано виграш у швидкодії приблизно 5%.
Завантаження
Посилання
2. Fu Liang Wang, Zhi Gang Lv, Jing Qi Xiong, Ying Long Jing. Robust input shaping for anti-sway control of aerial working platform of folding arm mode. International Conference on Electric Information and Control Engineering. Wuhan, 15–17 April 2011. P. 3563–3566. doi:10.1109/ICEICE.2011.5778239.
3. Синтез системи автоматичного керування поворотом люльки пожежного автопідіймача з урахуванням пружних властивостей стріли / А. П. Кушнір, В.М. Оксентюк, І.П. Кравець, М. В. Войцех. Пожежна безпека. 2016. № 29. С. 93–99.
4. Jinquan Guo, Hongwen He, Chao Sun. Analysis of the Performance of Aerial Work Platform Working Device Based on Virtual Prototype and Finite Element Method. Energy Procedia. 2016. Vol. 104. P. 568–573. doi:10.1016/j.egypro.2016.12.096.
5. Ludi Zhang, Yushan Li. Synchronous Control of Double Hydraulic Cylinders of Scissors Aerial Work Platform Based on Fuzzy PID. 5th International Conference on Electromechanical Control Technology and Transportation (ICECTT). Nanchang, 15–17 May 2020. P. 349–354. doi:10.1109/ICECTT50890.2020.00084.
6. Yong Yang. Fuzzy-PI Damping Control for Hydraulic Crane Tip. Fifth International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery. Jinan, 18–20 October 2008. Vol. 5. P. 75–79. doi:10.1109/fskd14455.2008.
7. Yong Yang, An Luo, Karl-Erik Rydberg. PI control based on fuzzy set-point weighting tracking for hydraulic crane boom system. Journal of Control Theory and Applications. 2006. Vol. 4. Iss: 4. P. 327–330. doi:10.1007/s11768-006-5302-1.
8. Lozynskyy A., Chaban A., Perzynski T., Szafraniec A., Kasha L. Application of Fractional-Order Calculus to Improve the Mathematical Model of a Two-Mass System with a Long Shaft. MDPI, Energies. 2021. № 14 (7). Р. 1854. https://doi.org/10.3390/en14071854.
9. Erenturk K. Fractional-Order PIλDμ and Active Disturbance Rejection Control of Nonlinear Two-Mass Drive System. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2013. Vol. 60. Iss. 9. P. 3806–3813. doi:10.1109/TIE.2012.2207660.
10. Hüseyin Oktay Erkol. Optimal PIλDμ controller design for two wheeled inverted pendulum. IEEE Access. 2018. Vol. 6. P. 75709–75717. doi:10.1109/ACCESS.2018.2883504.
11. Qiang Gao, Jilin Chen, Li Wang, Shiqing Xu, Yuanlong Hou. Multiobjective optimization design of a fractional order PID controller for a gun control system. Scientific World Journal. 2013. Vol. 2013 (1). Р. 907256. https://doi.org/10.1155/2013/907256.
12. Koksal Е. Fractional-order PIλDμ and active disturbance rejection control of nonlinear two-mass drive system. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2013. Vol. 60. Iss. 9. P. 3806–3813. doi: 10.1109/TIE.2012.2207660.
13. Ioana Paducel, Calin Ovidiu Safirescu, Eva-H. Dulf. Fractional Order Controller Design for Wind Turbines. MDPI, Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Iss. 17. Р. 8400. doi: 10.3390/app12178400.
14. Kopchak B., Marushchak Ya., Kushnir A. Devising a procedure for the synthesis of electromechanical systems with cascade-enabled fractional-order controllers and their study. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies: Information technology. Industry control systems. 2019. Vol. 5. № 2 (101). P. 65–71. doi: 10.15587/1729-4061.2019.177320.
15. Chen Xinbo, Yin Minglu, Wu Liuhua, Lang Jianzhong. Development of a motor-driven powertrain for hydraulic lift system of aerial work platform. International Conference on Electric Information and Control Engineering. Wuhan, 15–17 April 2011. P. 3205–3208. doi: 10.1109/ICEICE.2011.5777713.
16. Марущак Я. Ю., Кушнір А. П., Оксентюк В. М. Вентильний електропривод механізму повороту платформи пожежного автопідйомника. Пожежна безпека. 2014. № 24. С. 103–110. URL: https://journal.ldubgd.edu.ua/index.php/PB/article/view/479.
17. Kopchak В. Synthesis of automatic control systems by a particle swarm optimization method using Butterworth fractional standard forms. 16th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). Lviv, 02–05 Septemder 2015. Р. 78–80. doi: 10.1109/CPEE.2015.7333342.
Авторські права CC-BY
