Synthesis of a Robust Controller with Predictors for an Electric Drive. Part 1
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-8-65-77Keywords:
adjustable electric drive, subordinate control, digital controllers, automatic control systems, automatic control theoryAbstract
The main requirements for electric drives that are used in CNC metal cutting machines, industrial robots, astronomical telescopes, and other high–precision control objects are the ability to operate in a wide range of speeds with minimal acceleration and deceleration time without overshoots in transient modes. The well-known corrective links in the form of PI and PID controllers used in existing subordinate control systems for controlled electric drives do not always ensure the required control quality. The article considers the mathematical model of a new self-adjusting control system with improved dynamic characteristics. The system includes a controller for the control object, a reference model, and a control object itself. An original procedure for synthesizing controllers based on predictors is proposed. A new method and program for measuring the electric drive speed using a standard incremental encoder have been developed. In the course of mathematically simulating the new electric drive control system, its robustness was tested. A speed control range of not less than 107 has been obtained on the model. The electric drive has a high response speed, high control accuracy without overshoots, and high rigidity to external disturbing load. Owing to the wide robustness of the electric drive, its parameters can be changed by 3 to 10 times in comparison with their design values without compromising the control quality.
References
1. Чикуров Н.Г. Регуляторы на основе предикаторов для подчиненного управления регулируемыми и следящими электроприводами. – Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 2024, т. 67, № 1, с. 46–60.
2. Чикуров Н.Г. Цифровые регуляторы на основе предикаторов для подчиненного управления регулируемыми электроприводами. Ч. 1. – Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2025, т. 68, № 3, с. 39–47.
3. Томасов В.С. и др. Многоуровневые инверторы напряжения в прецизионном сервоприводе. – Силовая электроника, 2019, № 2, с. 42–48.
4. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982, 392 с.
5. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. М.: Изд-во МЭИ, 2015, 373 с.
6. Самосейко В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом. СПб.: Элмор, 2007, 464 с.
7. Боровиков М.А. Расчет быстродействующих систем электропривода и автоматики. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1980, 394 с.
8. Smith O.J.M. Close Control of Loops with Deadtime. – Chemistry Engineering Progress, 1957, vol. 53, No. 5, pp. 217–219.
9. Солодовников В.В, Филимонов А.Б. Упреждающее управление линейными стационарными объектами с запаздываниями. – Автоматика и телемеханика, 1982, № 11, с. 57–60.
10. Смит О.Дж.М. Автоматическое регулирование. М.: Физматгиз, 1962, 848 с.
11. Lashkevich M. et al. Calibration of Incremental Position Encoder for the Precise Measurement of Low Speeds. – IEEE Sensors Journal, 2024, vol. 24, No. 1, pp. 573–583, DOI: 10.1109/JSEN.2023.3334355.
12. Anuchin A., Dianov A., Briz F. Synchronous Constant Elapsed Time Speed Estimation Using Incremental Encoders. – IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2024, vol. 24, No. 4, pp 1893–1901, DOI: 10.1109/TMECH.2019.2928950.
13. Faccio M. et al. An Embedded System for Position and Speed Measurement Adopting Incremental Encoders. – IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, DOI: 10.1109/IAS.2004.1348564.
14. Чикуров Н.Г. Построение математических моделей динамических систем на основе метода электроаналогий. Старый Оскол: ТНТ, 2014, 300 с.
15. Бреки А.Д. Триботехнические характеристики материалов пар трения и смазочных сред в условиях самопроизвольных изменений состояний фрикционного контакта: автореферат дис. ... доктора техн. наук. СПб., 2021, 43 с.
16. Неменко А.В. Определение потерь в опорах вращающихся деталей. Севастополь: Изд-во СевГУ, 2022, 36 с.
17. Козырев В.В. Анализ и синтез роликовинтовых передач как исполнительных механизмов электромеханических приводов: автореферат дис. ... доктора техн. наук. Владимир, 1996, 33 с.
18. Козырев В.В. Конструкции роликовинтовых передач и методика их проектирования. Владимир: Изд-во Владимирского государственного университета, 2004, 100 с.
19. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб.: Профессия, 2003, 752 с.
20. Пат. RU 2848947 С1. Самонастраивающаяся робастная система управления с предикаторами / Н.Г. Чикуров, 2025.
#
1. Chikurov N.G. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Pribo-rostrenie – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Instrument Engineering), 2024, vol. 67, No. 1, pp. 46–60.
2. Chikurov N.G. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Elektro-mekhanika – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Electromechanics), 2025, vol. 68, No. 3, pp. 39–47.
3. Tomasov V.S. et al. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Electronics), 2019, No. 2, pp. 42–48.
4. Basharin A.V., Novikov V.A., Sokolovskiy G.G. Upravlenie elek-troprivodami (Control of Electric Drives). L.: Energoizdat, 1982, 392 p.
5. Anuchin A.S. Sistemy upravleniya elektroprivodov (Electric Drive Control Systems). M.: Izd-vo MEI, 2015, 373 p.
6. Samoseyko V.F. Teoreticheskie osnovy upravleniya elektroprivo-dom (Theoretical Foundations of Electric Drive Control). SPb.: Elmor, 2007, 464 p.
7. Borovikov M.A. Raschet bystrodeystvuyushchih sistem elektro-privoda i avtomatiki (Calculation of High-Speed Electric Drive and Automation Systems). Saratov: Izd-vo Saratovskogo universiteta, 1980, 394 p.
8. Smith O.J.M. Close Control of Loops with Deadtime. – Chemistry Engineering Progress, 1957, vol. 53, No. 5, pp. 217–219.
9. Solodovnikov V.V, Filimonov A.B. Avtomatika i telemekhanika – in Russ. (Automation and Telemechanics), 1982, No. 11, pp. 57–60.
10. Smit O.Dzh.M. Avtomaticheskoe regulirovanie (Automatic Control). M.: Fizmatgiz, 1962, 848 p.
11. Lashkevich M. et al. Calibration of Incremental Position Encoder for the Precise Measurement of Low Speeds. – IEEE Sensors Journal, 2024, vol. 24, No. 1, pp. 573–583, DOI: 10.1109/JSEN.2023.3334355.
12. Anuchin A., Dianov A., Briz F. Synchronous Constant Elapsed Time Speed Estimation Using Incremental Encoders. – IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2024, vol. 24, No. 4, pp 1893–1901, DOI: 10.1109/TMECH.2019.2928950.
13. Faccio M. et al. An Embedded System for Position and Speed Measurement Adopting Incremental Encoders. – IEEE Industry Applications Conference, 39th IAS Annual Meeting, 2004, DOI: 10.1109/IAS.2004.1348564.
14. Chikurov N.G. Postroenie matematicheskih modeley dinami-cheskih sistem na osnove metoda elektroanalogiy (Construction of Mathematical Models of Dynamic Systems Based on the Electroanalogy Method). Staryy Oskol: TNT, 2014, 300 p.
15. BREKI A.D. Tribotekhnicheskie harakteristiki materialov par treniya i smazochnyh sred v usloviyah samoproizvol’nyh izmeneniy sostoyaniy friktsionnogo kontakta: avtoreferat dis. ... doktora tekhn. nauk (Tribotechnical Characteristics of Materials of Friction Pairs and Lubricating Media Under Conditions of Spontaneous Changes in Frictional Contact Conditions: Abstract ... Dr. Sci. (Eng.)). SPb., 2021, 43 p.
16. Nemenko A.V. Opredelenie poter’ v oporah vrashchayushchih-sya detaley (Determination of Losses in the Bearings of Rotating Parts). Sevastopol’: Izd-vo SevGU, 2022, 36 p.
17. Kozyrev V.V. Analiz i sintez rolikovintovyh peredach kak ispolnitel’nyh mekhanizmov elektromekhanicheskih privodov: avtore-ferat dis. ... doktora tekhn. nauk (Analysis and Synthesis of Roller Screw Gears as Actuators of Electromechanical Drives: Abstract ... Dr. Sci. (Eng.)). Vladimir, 1996, 33 p.
18. Kozyrev V.V. Konstruktsii rolikovintovyh peredach i metodika ih proektirovaniya (Roller Screw Gear Designs and Their Design Methodology). Vladimir: Izd-vo Vladimirskogo gosudarstvennogo universiteta, 2004, 100 p.
19. Besekerskiy V.A., Popov E.P. Teoriya sistem avtomaticheskogo upravleniya. (Theory of Automatic Control Systems). SPb.: Izd-vo «Professiya», 2003, 752 p.
20. Pat. RU 2848947 S1. Samonastraivayushchayasya robastnaya sistema upravleniya s predikatorami (Self-Adjusting Robust Control System with Predictors) / N.G. Chikurov, 2025
