Разработка нечеткого регулятора для демпфирования колебаний гибкоподвешенного груза в электромеханических системах крановых механизмов
Ключевые слова:
асинхронный электропривод, нечеткая логика, демпфирование колебаний, гибкоподвешенный груз, механизмы передвижения, крановые механизмы, прямое управление моментом
Аннотация
Статья посвящена исследованиям, направленным на обеспечение демпфирования колебаний, возникающих в механизмах передвижения кранов при перемещении груза на гибком подвесе. Разработан алгоритм создания универсального блока-регулятора на базе нечеткой логики, корректирующего сигнал задания на скорость электропривода. Приведена поэтапная разработка в среде MATLAB Simulink универсального нечеткого регулятора, использование которого позволит снизить нагрузку на аппаратные ресурсы процессора. Представлены результаты исследования использования предлагаемого универсального нечеткого регулятора в качестве блока гашения колебаний гибкоподвешенного груза. Применение регулятора позволило снизить амплитуду колебаний груза в период переходных процессов и свести ее к нулевому значению в установившемся режиме за счет введения корректирующего воздействия на сигнал, поступающий с задатчика интенсивности. Увеличение отклонения груза приводит к увеличению корректирующего сигнала, выдаваемого на выходе нечеткого регуляторе, при этом происходит притормаживание механизма перемещения, что приводит к уменьшению угла отклонения груза от вертикального положения.
Литература
1. Khashimov A., Tairov Y., Rampias I. Efficiency of an Energy-Saving System of Asynchronous Electric Drive for Metallurgical Enterprises. – International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), 2020, DOI: 10.1109/SPEEDAM48782.2020.9161975.
2. Velic T. et al. Efficiency Optimization of Electric Drives with Full Variable Switching Frequency and Optimal Modulation Methods. – 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA), 2021, DOI: 10.1109/ELMA52514.2021.9503056.
3. Синюкова Т.В., Мещеряков В.Н., Синюков А.В. Исследование систем управления для подъемно-транспортных механизмов. – Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2021, т. 23б, № 1, с. 167–181.
4. Matic P.R., Blanusa B.D., Vukosavic S.N. A Novel Direct Torque and Flux Control Algorithm for the Induction Motor Drive. – IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2003, vol. 2, рp. 965–970, DOI: 10.1109/IEMDC.2003.1210351.
5. Azer P., Bilgin B., Emadi A. Comprehensive Analysis and Optimized Control of Torque Ripple and Power Factor in a Three-Phase Mutually Coupled Switched Reluctance Motor with Sinusoidal Current Excitation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 2, pp. 7150–7164, DOI: 10.1109/TPEL.2020.3038741.
6. Аксаментов Д.Н. Исследование адаптивного закона управления мостовым краном на его макете. – Вестник Ивановского государственного энергетического университета, 2022, № 2, с. 47–57.
7. Корытов М.С., Щербаков В.С. Аналитические решения задачи гашения остаточных колебаний груза мостового крана. – Системы. Методы. Технологии, 2016, № 3 (31), с. 63–67.
8. Синюков А.В. и др. Использование аппарата на базе нечеткой логики для демпфирования колебаний гибкоподвешенного груза. – Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2024, т. 26, № 3, с. 33–49.
9. Корытов М.С., Щербаков В.С., Шершнева Е.О. Обоснование значений коэффициентов регуляторов гашения колебаний груза мостового крана. – Вестник СибАДИ, 2017, № 1 (53), с. 12–19.
10. Sorensen K. et al. A Multi-Operational-Mode Anti-Sway and Positioning Control for an Industrial Bridge Crane. – 17th World Congress the International Federation of Automatic Control, 2008, р. 881–888, DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.3834.
11. Сагдатуллин А.М. Оптимизация архитектуры нечетких автоматизированных систем на основе алгоритма наблюдателя состояния. – Математические методы в технологиях и технике, 2022, № 10, с. 81–84.
12. Белов М.П., Лань Н.В. Разработка нейросетевого наблюдателя для оценки координат системы управления электроприводом оптико-механического комплекса. – Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2021, № 3, с. 65–72.
13. Буянкин В.М. Элементы искусственного интеллекта в системах управления электроприводом с нечеткой логикой. – Тенденции развития науки и образования, 2020, № 60-2, с. 8–13.
14. Белов А.М., Белов М.П. Применение нейронных сетей в электроприводных системах насосных агрегатов. – Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям, 2022, т. 1, с. 91–94.
15. Yuxiang N.I.U., Hui L.I., Feiyang L.I.U. A Loss-aware Continuous Hopfield Neural Network (CHNN)-based Mapping Algorithm in Optical Network-on-Chip (ONoC). – 20th International Conference on Optical Communications and Networks (ICOCN), 2022, DOI: 10.1109/ICOCN55511.2022.9901288.
#
1. Khashimov A., Tairov Y., Rampias I. Efficiency of an Energy-Saving System of Asynchronous Electric Drive for Metallurgical Enterprises. – International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), 2020, DOI: 10.1109/SPEEDAM48782.2020.9161975.
2. Velic T. et al. Efficiency Optimization of Electric Drives with Full Variable Switching Frequency and Optimal Modulation Methods. – 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA), 2021, DOI: 10.1109/ELMA52514.2021.9503056.
3. Sinyukova T.V., Meshcheryakov V.N., Sinyukov A.V. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Energy Problems), 2021, vol. 23b, No. 1, pp. 167–181.
4. Matic P.R., Blanusa B.D., Vukosavic S.N. A Novel Direct Torque and Flux Control Algorithm for the Induction Motor Drive. – IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2003, vol. 2, rp. 965–970, DOI: 10.1109/IEMDC.2003.1210351.
5. Azer P., Bilgin B., Emadi A. Comprehensive Analysis and Optimized Control of Torque Ripple and Power Factor in a Three-Phase Mutually Coupled Switched Reluctance Motor with Sinusoidal Current Excitation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 2, pp. 7150–7164, DOI: 10.1109/TPEL.2020.3038741.
6. Aksamentov D.N. Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University), 2022, No. 2, pp. 47–57.
7. Korytov M.S., Shcherbakov V.S. Sistemy. Metody. Tehnologii – in Russ. (Systems. Methods. Technologies), 2016, No. 3 (31), pp. 63–67.
8. Sinyukov A.V. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Energy Problems), 2024, vol. 26, No. 3, pp. 33–49.
9. Korytov M.S., Shcherbakov V.S., Shershneva E.O. Vestnik SibADI – in Russ. (Vestnik SibADI), 2017, No. 1 (53), pp. 12–19.
10. Sorensen K. et al. A Multi-Operational-Mode Anti-Sway and Positioning Control for an Industrial Bridge Crane. – 17th World Congress the International Federation of Automatic Control, 2008, r. 881–888, DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.3834.
11. Sagdatullin A.M. Matematicheskie metody v tehnologiyah i tehnike – in Russ. (Mathematical Methods in Technology and Engi-neering), 2022, No. 10, pp. 81–84.
12. Belov M.P., Lan’ N.V. Izvestiya SPbGETU «LETI» – in Russ. (Izvestiya SPbETU «LETI»), 2021, No. 3, pp. 65–72.
13. Buyankin V.M. Tendentsii razvitiya nauki i obrazovaniya – in Russ. (Trends in the Development of Science and Education), 2020, No. 60-2, pp. 8–13.
14. Belov A.M., Belov M.P. Mezhdunarodnaya konferentsiya po myagkim vychisleniyam i izmereniyam – in Russ. (International Conference on Soft Computing and Measurement), 2022, vol. 1, pp. 91–94.
15. Yuxiang N.I.U., Hui L.I., Feiyang L.I.U. A Loss-aware Continuous Hopfield Neural Network (CHNN)-based Mapping Algorithm in Optical Network-on-Chip (ONoC). – 20th International Conference on Optical Communications and Networks (ICOCN), 2022, DOI: 10.1109/ICOCN55511.2022.9901288
2. Velic T. et al. Efficiency Optimization of Electric Drives with Full Variable Switching Frequency and Optimal Modulation Methods. – 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA), 2021, DOI: 10.1109/ELMA52514.2021.9503056.
3. Синюкова Т.В., Мещеряков В.Н., Синюков А.В. Исследование систем управления для подъемно-транспортных механизмов. – Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2021, т. 23б, № 1, с. 167–181.
4. Matic P.R., Blanusa B.D., Vukosavic S.N. A Novel Direct Torque and Flux Control Algorithm for the Induction Motor Drive. – IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2003, vol. 2, рp. 965–970, DOI: 10.1109/IEMDC.2003.1210351.
5. Azer P., Bilgin B., Emadi A. Comprehensive Analysis and Optimized Control of Torque Ripple and Power Factor in a Three-Phase Mutually Coupled Switched Reluctance Motor with Sinusoidal Current Excitation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 2, pp. 7150–7164, DOI: 10.1109/TPEL.2020.3038741.
6. Аксаментов Д.Н. Исследование адаптивного закона управления мостовым краном на его макете. – Вестник Ивановского государственного энергетического университета, 2022, № 2, с. 47–57.
7. Корытов М.С., Щербаков В.С. Аналитические решения задачи гашения остаточных колебаний груза мостового крана. – Системы. Методы. Технологии, 2016, № 3 (31), с. 63–67.
8. Синюков А.В. и др. Использование аппарата на базе нечеткой логики для демпфирования колебаний гибкоподвешенного груза. – Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2024, т. 26, № 3, с. 33–49.
9. Корытов М.С., Щербаков В.С., Шершнева Е.О. Обоснование значений коэффициентов регуляторов гашения колебаний груза мостового крана. – Вестник СибАДИ, 2017, № 1 (53), с. 12–19.
10. Sorensen K. et al. A Multi-Operational-Mode Anti-Sway and Positioning Control for an Industrial Bridge Crane. – 17th World Congress the International Federation of Automatic Control, 2008, р. 881–888, DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.3834.
11. Сагдатуллин А.М. Оптимизация архитектуры нечетких автоматизированных систем на основе алгоритма наблюдателя состояния. – Математические методы в технологиях и технике, 2022, № 10, с. 81–84.
12. Белов М.П., Лань Н.В. Разработка нейросетевого наблюдателя для оценки координат системы управления электроприводом оптико-механического комплекса. – Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2021, № 3, с. 65–72.
13. Буянкин В.М. Элементы искусственного интеллекта в системах управления электроприводом с нечеткой логикой. – Тенденции развития науки и образования, 2020, № 60-2, с. 8–13.
14. Белов А.М., Белов М.П. Применение нейронных сетей в электроприводных системах насосных агрегатов. – Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям, 2022, т. 1, с. 91–94.
15. Yuxiang N.I.U., Hui L.I., Feiyang L.I.U. A Loss-aware Continuous Hopfield Neural Network (CHNN)-based Mapping Algorithm in Optical Network-on-Chip (ONoC). – 20th International Conference on Optical Communications and Networks (ICOCN), 2022, DOI: 10.1109/ICOCN55511.2022.9901288.
#
1. Khashimov A., Tairov Y., Rampias I. Efficiency of an Energy-Saving System of Asynchronous Electric Drive for Metallurgical Enterprises. – International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), 2020, DOI: 10.1109/SPEEDAM48782.2020.9161975.
2. Velic T. et al. Efficiency Optimization of Electric Drives with Full Variable Switching Frequency and Optimal Modulation Methods. – 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems (ELMA), 2021, DOI: 10.1109/ELMA52514.2021.9503056.
3. Sinyukova T.V., Meshcheryakov V.N., Sinyukov A.V. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Energy Problems), 2021, vol. 23b, No. 1, pp. 167–181.
4. Matic P.R., Blanusa B.D., Vukosavic S.N. A Novel Direct Torque and Flux Control Algorithm for the Induction Motor Drive. – IEEE International Electric Machines and Drives Conference, 2003, vol. 2, rp. 965–970, DOI: 10.1109/IEMDC.2003.1210351.
5. Azer P., Bilgin B., Emadi A. Comprehensive Analysis and Optimized Control of Torque Ripple and Power Factor in a Three-Phase Mutually Coupled Switched Reluctance Motor with Sinusoidal Current Excitation. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, vol. 36, No. 2, pp. 7150–7164, DOI: 10.1109/TPEL.2020.3038741.
6. Aksamentov D.N. Vestnik Ivanovskogo gosudarstvennogo energeticheskogo universiteta – in Russ. (Bulletin of the Ivanovo State Power Engineering University), 2022, No. 2, pp. 47–57.
7. Korytov M.S., Shcherbakov V.S. Sistemy. Metody. Tehnologii – in Russ. (Systems. Methods. Technologies), 2016, No. 3 (31), pp. 63–67.
8. Sinyukov A.V. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Problemy energetiki – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Energy Problems), 2024, vol. 26, No. 3, pp. 33–49.
9. Korytov M.S., Shcherbakov V.S., Shershneva E.O. Vestnik SibADI – in Russ. (Vestnik SibADI), 2017, No. 1 (53), pp. 12–19.
10. Sorensen K. et al. A Multi-Operational-Mode Anti-Sway and Positioning Control for an Industrial Bridge Crane. – 17th World Congress the International Federation of Automatic Control, 2008, r. 881–888, DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.3834.
11. Sagdatullin A.M. Matematicheskie metody v tehnologiyah i tehnike – in Russ. (Mathematical Methods in Technology and Engi-neering), 2022, No. 10, pp. 81–84.
12. Belov M.P., Lan’ N.V. Izvestiya SPbGETU «LETI» – in Russ. (Izvestiya SPbETU «LETI»), 2021, No. 3, pp. 65–72.
13. Buyankin V.M. Tendentsii razvitiya nauki i obrazovaniya – in Russ. (Trends in the Development of Science and Education), 2020, No. 60-2, pp. 8–13.
14. Belov A.M., Belov M.P. Mezhdunarodnaya konferentsiya po myagkim vychisleniyam i izmereniyam – in Russ. (International Conference on Soft Computing and Measurement), 2022, vol. 1, pp. 91–94.
15. Yuxiang N.I.U., Hui L.I., Feiyang L.I.U. A Loss-aware Continuous Hopfield Neural Network (CHNN)-based Mapping Algorithm in Optical Network-on-Chip (ONoC). – 20th International Conference on Optical Communications and Networks (ICOCN), 2022, DOI: 10.1109/ICOCN55511.2022.9901288
