Реализация комбинированного управления в системе слежения для однозвенного манипулятора с неопределенным входом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Объектом управления является однозвенный манипулятор с гибким шарниром, функционирующий в условиях параметрической неопределенности и воздействия внешних неконтролируемых возмущений. Динамика токового контура не учитывается. В качестве управления рассматривается ток якоря двигателя постоянного тока, который может быть пересчитан в крутящий момент, приложенный к валу редуктора. Ставится задача синтеза динамической обратной связи, обеспечивающей заданные изменения углового положения манипулятора в следующих нетипичных предположениях: 1) измерениям доступно только текущее отклонение положения манипулятора от заданного сигнала (ошибка слежения); 2) множитель перед управлением точно не известен. Первый фактор предписывает переход к блочной форме «вход – выход» относительно ошибки слежения для решения задачи наблюдения и синтеза динамической обратной связи на основе смешанных переменных (комбинаций переменных состояния, внешних воздействий и их производных). К основным полученным научным результатам относится, во-первых, метод проектирования наблюдателя смешанных переменных минимально возможной размерности с кусочно-линейной коррекцией на основе измерений ошибки слежения. Для упрощения настройки параметров наблюдателя в одном алгоритме одновременно используются и принципы построения наблюдателя состояния, и дифференциатора внешних сигналов. Второй основной результат – метод формирования комбинированного управления с компенсацией согласованных возмущений в условиях неопределенного множителя перед управлением. Приведены результаты численного моделирования, которые демонстрируют робастность замкнутой системы и гарантированную стабилизацию ошибки слежения с заданной точностью при изменении внешних возмущений, задающих воздействий и неопределенных параметров в допустимых диапазонах.

Об авторах

Дмитрий Валентинович Краснов

ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Email: dim93kr@mail.ru
Москва

Алексей Семенович Антипов

ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Email: scholess18@mail.ru
Москва

Список литературы

  1. АХОБАДЗЕ А.Г., КРАСНОВА С.А. Решение задачи слежения в условиях неопределенности на основе сов-местной блочно-канонической формы управляемости и наблюдаемости // Управление большими системами. – 2009. – Вып. 24. – С. 34–80.
  2. БУСУРИН В.И., ШТЕК С.Г., КОРОБКОВ В.В., ЖЕГ-ЛОВ М.А., КОРОБКОВ К.А. Исследование компенсаци-онного преобразователя ускорения с дифференциальным оп0тическим считыванием // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2021. – №3. – C. 29–38.
  3. КОКУНЬКО Ю.Г., КРАСНОВА С.А., УТКИН В.А. Кас-кадный синтез дифференциаторов с кусочно-линейными корректирующими воздействиями // Автоматика и те-лемеханика. – 2021. – №7. – С. 37–68.
  4. КРАСНОВ Д.В. Синтез наблюдателя пониженного по-рядка для полноприводной электромеханической систе-мы // Управление большими системами. – 2022. – Вып. 96. – С. 31–48.
  5. КРАСНОВ Д.В., АНТИПОВ А.С. Синтез двухконтурного наблюдателя в задаче управления однозвенным манипу-лятором в условиях неопределенности // Проблемы управления. – 2021. – №4. – С. 27–39.
  6. КРАСНОВА С.А. Оценивание внешних возмущений на основе виртуальных динамических моделей // Управле-ние большими системами. – 2018. – Вып. 76. – С. 6–25.
  7. INDRI M., BELLISSIMO M., PESCE S., PERNA V. A Ro-bust H∞ Application for Motor-Link Control Systems of In-dustrial Manipulators // Applied Sciences. – 2022. – Vol. 12. – P. 1–22.
  8. KHALIL H.K., PRALY L. High-Gain Observers in Nonline-ar Feedback Control // Int. Journal of Robust and Nonlinear Control. – 2014. – Vol. 24, No. 6. – P. 993–1015.
  9. LI H., HUI Y., WANG Q., WANG H., WANG L. Design of Anti-Swing PID Controller for Bridge Crane Based on PSO and SA Algorithm // Electronics. – 2022. – Vol. 11, No. 19. – P. 1–21.
  10. LE-TIEN L., ALBU-SCHÄFFER A. Robust Adaptive Track-ing Control Based on State Feedback Controller With Inte-grator Terms for Elastic Joint Robots With Uncertain Pa-rameters // IEEE Trans. on Control Systems Technology. – 2018. – Vol. 26, No. 6. – P. 2259–2267.
  11. LING S., WANG H., LIU P.X. Adaptive fuzzy tracking con-trol of flexible-joint robots based on command filtering // IEEE Trans. on Industrial Electronics. – 2019. – Vol. 67, No. 5. – P. 4046–4055.
  12. MILIĆ V., KASAĆ J., LUKAS M. Min–Max Optimal Con-trol of Robot Manipulators Affected by Sensor Faults // Sen-sors. – 2023. – Vol. 23. – P. 1–28.
  13. 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 // Alexandria Engineering Journal. – 2021. – Vol. 61, No. 9. – P. 6659–6673.
  14. MUSTAFA M.M., HAMARASH I., CRANE C.D. Dedicated Nonlinear Control of Robot Manipulators in the Presence of External Vibration and Uncertain Payload // Robotics. – 2020. – Vol. 9, No. 2. – P. 1–16.
  15. NGUYEN D.G., TRAN D.T., AHN K.K. Disturbance Ob-server-Based Chattering-Attenuated Terminal Sliding Mode Control for Nonlinear Systems Subject to Matched and Mis-matched Disturbances // Applied Sciences. – 2021. –Vol. 11. – P. 1–23.
  16. SPONG M. Modeling and control of elastic joint robots // ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Con-trol. – 1987. – Vol. 109. – P. 310–319.
  17. TEMKIN I., DERYABIN S., KONOV I., KIM M. Possible Architecture and Some Neuro-Fuzzy Algorithms of an Intel-ligent Control System for Open Pit Mines Transport Facili-ties // Frontiers in Artificial Intelligence and Applications. – 2019. – Vol. 320. – P. 412–420.
  18. ULLAH H., MALIK F.M., RAZA A., MAZHAR N., KHAN R., SAEED A., AHMAD I. Robust Output Feedback Control of Single-Link Flexible-Joint Robot Manipulator with Matched Disturbances Using High Gain Observer // Sensors. – 2021. – Vol. 21. – P. 1–22.
  19. WANG H., ZHANG Z., TANG X., ZHAO Z., YAN Y. Con-tinuous output feedback sliding mode control for underactu-ated flexible-joint robot // Journal of the Franklin Institute. – 2022. – Vol. 359. – P. 7847–7865.
  20. ZHANG Q., MU M., WANG X. A Modified Robotic Manipu-lator Controller Based on Bernstein-Kantorovich-Stancu Operator // Micromachines. – 2023. – Vol. 14, No. 1. – P. 1–21.

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).