Kriket sisteminin geri adım atan uyarlanabilir dinamik kayma modu kontrolü
0 Önsöz
Kriket sistemi tipik bir çok değişkenli, az çalıştırılan doğrusal olmayan bir sistemdir. 1980'lerden beri kriket sistemi, sezgisel sonuçları ve yapının basitliği nedeniyle çeşitli kontrol algoritmalarının performansını doğrulamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Yurtiçi ve yurtdışında yoğun ilgi gördü. İstenilen yörüngeyi izleme sürecinde, kriket sisteminin kontrol koşulları birçok faktöre müdahale etmektedir. Dış dünyadaki çeşitli belirsiz karışıklıklar, kontrolü son derece karmaşık hale getirir ve ayrıca sistemin doğru modellemesinde birçok zorluk getirir ve ideal gereksinimleri sadece doğrusallaştırma yoluyla elde etmek zordur. Kriket sistemi kontrolörünün tasarımı gün geçtikçe önemli bir konu haline geliyor.Doğrusal olmama, güçlü bağlantı ve belirsizliğin sistem performansı üzerindeki etkisini bastırmak için bir dizi algoritma önerildi.Güçlü kontrol, kayan mod kontrolü ve uyarlanabilir kontrol hepsi dahil Bir dereceye kadar, sistemin tepki hızı ve kontrol doğruluğu iyileştirilir.
Kontrol teorisinde özel bir doğrusal olmayan kontrol stratejisi olarak kayan mod değişken yapı kontrolü, sistemin mevcut durumuna göre önceden belirlenmiş bir durum yörüngesine göre hareket etmesi için sistemi kontrol edebilir. Bu kayan mod tasarımı, sistem parametrelerine ve harici parazitlere karşı dayanıklıdır. Ve algoritma nispeten basit ve projede uygulanması kolay olduğundan, gerçek saha cihazlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, kayan mod değişken yapısının anahtarlama özellikleri, gerçek sistemlerde güçlü yüksek frekanslı takırtı sorunlarına neden olacaktır. Bu yüksek frekanslı çatırtı, sistemin kararlılığını yok edecek ve sistemin kontrol doğruluğunu etkileyecektir. Bu problemi çözmek için, literatür bulanık kayan mod kontrol yöntemine odaklanmaktadır.Üstel ulaşma yasasının parametrelerini ayarlamak için bulanık algoritma aracılığıyla, bir bulanık kayan mod kontrolörü tasarlanmıştır. Literatür, sistem parametrelerinin belirsizliğini birleştirir ve sistem sinyalini sınırlı tutmak için uyarlanabilir bir değişken yapı kontrol şeması kullanır. Literatürde kullanılan yaklaşan yasa kayan mod değişken yapı kontrol yöntemi ve literatürdeki sinir ağı kayan mod kontrolü, gevezelik olgusunu bir dereceye kadar engellemiştir. Bununla birlikte, yukarıdaki yöntemlerden hiçbiri, belirsiz faktörleri ve sistemin dış müdahalesini kapsamlı bir şekilde dikkate almaz.
Kriket sisteminin çok değişkenli ve belirsiz faktörlere duyarlı olması sorununu hedefleyen kontrolörün tasarlanması zordur ve zayıf bir sağlamlığa sahiptir Bu makale, bir inversiyon uyarlamalı dinamik yüzey kayma modu kontrol yöntemi önermektedir. Geriye adım atma sürecinde, sistemin Lyapunov global asimptotik kararlılığını, uyarlanabilir teknoloji ve dinamik kayma modu algoritması, harici girişim değeri kombinasyonu yoluyla karşılamasını sağlamak temelinde, tasarım kontrol değişkenlerinin her adımının karşılıklı kısıtlamalarının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesi Yeni bir anahtarlama işlevi tahmin edildi ve tasarlandı. Bu yöntem, modelleme hataları ve dış müdahale gibi belirsiz faktörlere karşı duyarsızdır ve iyi bir uyarlama yeteneğine ve sağlam bir performansa sahiptir.
Kriket sisteminin ana yapısı iki DC motor, bir top plakası, bir top, bir kamera ve bir endüstriyel bilgisayardan oluşmaktadır. Endüstriyel bilgisayardaki kontrol panosu, topun sırasıyla x ekseni yönünde ve y ekseni yönünde kalkmasını kontrol etmek için iki DC motoru tahrik eder Topun diskteki konumu, bilyeli diskin hareketi ile ayarlanabilir, böylece istenen yörünge takibi gerçekleştirilir. Top diskinin üzerindeki kamera, topun konum bilgisini gerçek zamanlı olarak toplamak için görüntü görüş sistemi ile birleşir. Konum bilgilerini karşılaştırarak, yörünge takibini tamamlamak için topun konumu zamanında ayarlanabilir.
Bunların arasında, dinamik mekanizma parçası, mekanik hatalar ve kontrol performansı nedeniyle, kriket sisteminin doğru izleme ve parazit önleme performansı için yüksek gereksinimleri olan birçok karmaşık parazit durumuna sahiptir. Kriket sisteminin dinamik mekanizmasının kontrol performansını etkili bir şekilde iyileştirip iyileştiremeyeceği, kriket sisteminin genel kontrol performansı üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Dinamik modelleme ve analizi kolaylaştırmak için, kriket sisteminin dinamik mekanizmasına ilişkin aşağıdaki varsayımları göz önünde bulundurarak:
(1) Her durumda, top ve plaka temas halindedir;
(2) Tahta alanı ve dönüş açısı sınırlamasına bakılmaksızın;
(3) Top, tahta üzerinde kaymaz veya dikey merkez ekseni etrafında dönmez;
(4) Kart, x ekseni ve y ekseni yönlerinde destek noktası etrafında simetriktir.
Kriket sistemi koordinat sisteminin kurulması Şekil 1'de gösterilmektedir. Referans dokümanlar, dinamik analiz için Lagrangian mekanik yöntemine dayanan yukarıdaki varsayımlarla birleştirildiğinde, kriket sistemi dinamikleri durum denkleminin oluşturulması aşağıdaki gibidir:
X ekseni ve y ekseni arasındaki birleştirme teriminin yeterince küçük olduğu varsayıldığında, kriket sistemi x ekseni ve y ekseni yönlerinde iki özdeş alt sisteme ayrılabilir. Sistemin kuplajını ve belirsizliğini d olarak ayarlayın, denklem (2) 'den x ekseni alt sisteminin durum denklemi:
Her parametrenin anlamı Tablo 1'de gösterilmektedir.
2 Geriye doğru uyarlanabilir dinamik kayan mod kontrolör tasarımı
Kayma modu değişken yapı kontrol yöntemi, doğrusal olmayan sistemlerin işlenmesi ve kontrolünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak geleneksel kayan mod değişken yapı kontrolü, kaçınılmaz olarak gevezelik problemine sahiptir. Gevezeliği ortadan kaldırmak için etkili bir yöntem olarak, dinamik kayma modu kontrolü, mobil robotlar, paralel robotlar ve manipülatörler gibi doğrusal olmayan sistemlere uygulanır. Daha sonra, | di (t, x) | D (D, parazitin üst sınırıdır) tasarlamak için dinamik kayma modu kontrol teorisine dayanan ve uyarlanabilir teknoloji ile birlikte ters çevirme yöntemini kullanın.
Adım 1 Komut sinyali sürekli bir fonksiyon x1 olsun, denklemin (4) ilk denklemi ile birlikte, sistem hata yüzeyini e1 = x1-x1d olarak tanımlayın. Önceden seçilmiş Lyapunov işlevi zamandan türetilir:
X2'yi denklemin (5) sanal kontrol değişkeni olarak almak ve c1 sabitini pozitif bir gerçek sayı olarak ayarlamak, tasarım geri besleme kontrol yasası:
3 Deneysel simülasyon ve analiz
3.1 Deneysel simülasyon
Bu yazıda algoritma tarafından tasarlanan dinamik kayma modlu kontrolörün kontrol doğruluğunu ve çalışma zamanı performansını doğrulamak için yörünge izleme modelleri, kriket sisteminin x ekseni ve y ekseni için tasarlanmıştır. Deneysel simülasyon ortamı MATLAB 2015a, CPU Intel Core i5, bellek DDR34 GB ve deneysel platform parametreleri Tablo 2'de gösterilmektedir.
Deneyde kullanılan beklenen yörünge izleme modeli denklem (24) 'de gösterilmektedir.Modelin başlangıç noktası (0, 0), genlik 0,1 m ve sırasıyla x ekseni ve y ekseni üzerinde sinüs ve kosinüs eğrisi takibi yapılmaktadır.
Bozulma durumunda ve rahatsızlık olmadan önerilen algoritmanın izleme performansını göz önünde bulundurun. Aynı bozulma koşulları altında, bu makaledeki yöntemle deneysel bir karşılaştırma olarak x ekseni, y ekseni ve dairesel yörüngenin istenen yörüngesini izlemek için dinamik kayma modu kullanılır. Simülasyon sonucu veri karşılaştırması Tablo 3'te gösterilmektedir.
3.2 Simülasyon sonuçlarının analizi
Şekil 2 (a) ve Şekil 2 (b) 'deki simülasyon sonuçlarından, dinamik kayma modunun bozulma altında belirli bir derecede sağlamlık gösterdiği görülebilir. Bu makaledeki algoritma ile karşılaştırıldığında, bu makaledeki algoritma, üst sınır tahminine müdahale etmek için uyarlanabilir bir ayarlama stratejisi ekledikten sonra izleme doğruluğu ve hızı açısından daha iyi kontrol performansına sahiptir. Şekil 3 (a) ve Şekil 3 (b) 'den görülebileceği gibi, rahatsız edilmemiş durumda, hem dinamik kayma modu hem de bu makaledeki yöntem istenen yörüngenin etkili bir şekilde izlenmesini sağlar Bu makaledeki yöntem hızlıdır ve iyi izleme doğruluğuna sahiptir. Etkili tanıtım. Şekil 4'te, farklı girişim durumları için, dairesel yörüngeyi izlemek için iki algoritma kullanılmıştır.Doğruluk karşılaştırması, bu makaledeki yöntemin, sistem dış dünya tarafından engellendiğinde girişim etkisini etkili bir şekilde azaltabileceğini göstermektedir.Dinamik kayma modu ile karşılaştırıldığında , Geliştirilmiş kontrol doğruluğu ve hızı.
4. Sonuç
Kriket sistemini nesne olarak ele alan bu makale, belirsiz müdahale altında kriket sisteminin yörünge izleme doğruluğu için bir inversiyon uyarlamalı dinamik kayan mod kontrol yöntemi önermektedir. Bu yöntem, girişim sınırını tahmin etmek için uyarlanabilir kayan mod kontrol algoritması kullanır ve geleneksel kayma modunun gıcırdama problemini etkili bir şekilde çözen yeni bir anahtarlama işlevi tasarlarken, sistemin yanıt hızını artırırken, harici parazitin etkisini azaltır ve büyük ölçüde geliştirir. Sistemin kendi parametre pertürbasyonuna karşı kırılgan olmaması sağlanır ve sistemin Lyapunov anlamında asimptotik kararlılığı garanti edilir. Dinamik kayma modu yöntemi ile simülasyon karşılaştırması, yöntemin etkinliğini gösterir. Bir sonraki adım, sürü istihbarat algoritmasıyla birlikte kontrol faktörünü ayarlamak ve iki eksen arasındaki bağlantı hatasını daha fazla incelemektir.
Referanslar
RASTIN MA, MOOSAVIAN SA A, TALEBZADEH E, ve diğerleri Bulanık teoriyi kullanarak bir top ve plaka sisteminin yörünge izleme ve engellerden kaçınma. Bulanık Sistemler. IEEE, 2013: 1-5.
Wang Hongrui, Tian Yantao, Sui Zhen, ve diğerleri Kriket sisteminin doğrusal olmayan uyarlamalı kontrolü Journal of System Simulation, 2010, 22 (5): 1251-1256.
KNUPLEZ A, CHOWDHURY A, SVECKO R. Bilye ve plaka sistemi için modelleme ve kontrol tasarımı 2003 IEEE Uluslararası Endüstriyel Teknoloji Konferansı, IEEE, 2003, 2: 1064-1067.
BORRELLI F. Lineer ve hibrit sistemlerin kısıtlı optimal kontrolü Springer Berlin Heidelberg, 2003.
Liu Kaizhou, Dong Zaili, Sun Maoxiang. Çok yönlü mobil robotlar sınıfı için belirsiz karışıklık matematiksel modeli Robot, 2003 (5): 399-403.
Xu Weimin, Xu Pan. Belirsiz Rahatsızlık Altında Çift Kaldırma Köprülü Vinç ve Çift Dağıtıcının Sağlam Uyarlamalı Kayar Mod Senkronize Koordineli Kontrolü Kontrol ve Karar, 2016 (7): 1192-1198.
Li Linlin, Zhao Guangheng, Zhao Changan Belirsiz Doğrusal Olmayan Sistemlerin Sağlam Kontrolü Araştırması Açta Astronautics, 2003 (4): 331-336.
EDWARDS C, COLET E F, FRIDMAN L. Değişken yapı ve kayan mod kontrolünde gelişmeler Springer Verlag, 2006.
Liu Chuhui Uyarlanabilir kontrolün uygulama araştırmasının bir incelemesi Modüler takım tezgahı ve otomatik işleme teknolojisi, 2007 (1): 1-4.
BARTOSZEWICZ A, PATTON R J. Kayma modu kontrolü International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, 2007, 21 (8-9): 635-637.
UTKIN V I. Kayma modu kontrolü IET Digital Library, 2004.
Wang Yong. Yarı kayan mod gevezeliğini zayıflatmak için etkili yöntemler Çin Otomasyon Topluluğu Kontrol Teorisi Profesyonel Komitesi 23. Çin Kontrol Konferansı Bildirileri (Cilt 1) Çin Otomasyon Topluluğu Kontrol Teorisi Profesyonel Komitesi, 2004: 5.
Wei Lixin, Tian Xuejing, Wang Hongrui, vb. Uyarlanabilir bulanık kontrole dayalı X-Y platformu kayan mod kontrolü Electric Drive, 2009, 45 (11): 56-59.
Han Jingyuan, Tian Yantao, Kong Yingxiu ve diğerleri Kriket sisteminin uyarlamalı ayırma kayan mod kontrolü Jilin Üniversitesi Dergisi (Mühendislik ve Teknoloji Sürümü), 2014 (3): 718-725.
Zhu Jian, Zhang Changfan, Cui Maozhen, vd. Kaydırma modu kontrol yöntemi ve iyileştirilmiş yaklaşma oranına dayalı uygulama. Hunan University of Technology Dergisi, 2012, 26 (2): 60-63.
Zhang Changfan, He Jing.Akıllı Kontrol Teorisi ve Kayan Mod Değişken Yapısı Uygulaması Üzerine Araştırma Changsha: Hunan Üniversitesi, 2001.
Han Jingyuan, Tian Yantao, Kong Yingxiu, ve diğerleri Kriket sisteminin dolaylı bulanık uyarlamalı kontrolü Control and Decision, 2015, 30 (2): 303-310.
yazar bilgileri:
Hao Wei, Zhang Hongli
(Elektrik Mühendisliği Okulu, Sincan Üniversitesi, Urumqi 830047, Sincan)
