ДОСЛІДЖЕННЯ ОПТИМІЗОВАНИХ ЗА ШВИДКОДІЄЮ РЕЛЕЙНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ПРИ ЗАСТОСУВАННІ РЕГУЛЯТОРІВ З ПЕТЛЯМИ ГІСТЕРЕЗИСУ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-8106.2(53)2025.342281Ключові слова:
релейна система керування, гістерезис, перехідний процес, метод N–i перемикань, оптимальність за швидкодієюАнотація
Актуальність роботи зумовлена потребою в адаптації результатів застосування методів теорії оптимального керування до сучасних можливостей технічної реалізації в якості алгоритмів керування реальними динамічними об’єктами. Серед них окремо стоїть метод N–i перемикань, який є альтернативним засобом оптимізації, оскільки не містить явного розв’язання варіаційної задачі. Йому притаманна простота математичного апарату, досягнута завдяки орієнтації на певний клас структур релейних систем керування електроприводами. Цей метод призначений для параметричного синтезу каскадно-підпорядкованих систем на основі розрахункової оптимальної за швидкодією траєкторії.
Метою цього дослідження є розробка структурного рішення для релейних регуляторів, яке дозволяє поєднати засоби обмеження частоти ковзних режимів з безперешкодною реалізацією алгоритмів керування, параметричний синтез яких має за мету оптимізацію систем за швидкодією в умовах обмеження проміжних координат.
Для досягнення цієї мети у роботі розв'язано наступні задачі: виявлено протиріччя між наявністю пульсацій струму, що виникають внаслідок обмеження частоти ковзних режимів, та необхідністю виконання одиничних перемикань регуляторів у точно розрахованих точках простору станів; здійснено дослідження перехідних процесів, що демонструє негативні наслідки цього протиріччя для динаміки позиційних електроприводів; запропоновано структурні модифікації релейних регуляторів, які дозволяють застосовувати релейні елементи з гістерезисними характеристиками лише за умов існування ковзних режимів, виконуючи одиничні перемикання за допомогою ідеальних реле; виконано математичне моделювання вдосконаленої системи керування на підтвердження ефективності запропонованого розв’язку проблеми.
Результатом роботи є структурні схеми математичних моделей релейних регуляторів, статичні характеристики яких є адаптивними до поточних режимів функціонування системи. Використання модифікованих регуляторів дозволяє реалізувати оптимальні за швидкодією алгоритми керування в умовах обмеження частоти ковзання без додаткових заходів параметричної оптимізації.
Посилання
Utkin, V., Poznyak, A., Orlov, Y., Polyakov, A. (2020). Road Map for Sliding Mode Control De-sign, Springer Nature, Switzerland. 127.
Voliansky R., Kuznetsov V., Pranolo A., Fatimah Y. A., Amri I. and Sinkevych O. (2020). "Slid-ing Mode Control for DC Generator with Uncertain Load," 2020 IEEE 15th International Confer-ence on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), Lviv-Slavske, Ukraine, 313-316.
Crowder, R. (2019). Electric Drives and Electromechanical Systems: Applications and Control. Butterworth-Heinemann. 307.
Derets, O.L., Sadovoy, O.V. (2021) Metod N–i peremykan u zadachakh optymizatsiyi za shvydkodiyeyu [N–i switching method in speed optimization tasks].Kamyanske: DSTU [in Ukrainian]. 252.
Voliansky R., Kuznetsov B., Bovdui I., Averyanova Yu., Ostroumov I., Sushchenko O. et al. (2024). "Variable-Structure Interval-Based Duffing Oscillator," 2024 IEEE 42nd International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine. 581-586.
Incremona G. P., Ferrara A. and Utkin V. I. (2022). "Sliding Mode Optimization in Robot Dy-namics With LPV Controller Design," in IEEE Control Systems Letters, vol. 6. 1760-1765.
Blondin, M. (2021). Controller Tuning Optimization Methods for Multi-Constraints and Nonlinear Systems. Springer. 101.
Voliansky R., Krasnoshapka A., Statsenko O., Volianska N., Sinkevych O. and Dwiyanto F. A. (2022). "The Symmetry Principle Usage to Design the Previously Disturbed Linear Control Sys-tems," 2022 IEEE 17th International Conference on Computer Sciences and Information Tech-nologies (CSIT), Lviv, Ukraine. 531-534.
Sushchenko O., Averyanova Y., Ostroumov I., Zaliskyi M., Solomentsev O. and Holubnychyi O. (2023). "Robust Structural-Parametric Synthesis of Stabilization Systems for Ground Moving Ve-hicle Equipment," 2023 IEEE 7th International Conference on Methods and Systems of Naviga-tion and Motion Control (MSNMC), Kyiv, Ukraine. 74-79.
Derets, O., Sadovoi, O., Derets, H. (2021). Performance Optimization Algorithm for Electric Drive Control Systems Based on Acceleration Constraint. Proceedings of the 20th IEEE Interna-tional Conference on Modern Electrical and Energy Systems MEES 2021, Ukraine. 1–4.
Utkin V., Poznyak A., Orlov Y., Polyakov A. Road Map for Sliding Mode Control Design. Springer Nature, Switzerland, 2020. 127 pp.
Voliansky R., Kuznetsov V., Pranolo A., Fatimah Y. A., Amri I. and Sinkevych O., "Sliding Mode Control for DC Generator with Uncertain Load," 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), Lviv-Slavske, Ukraine, 2020, pp. 313-316.
Crowder R. Electric Drives and Electromechanical Systems: Applications and Control. Butter-worth-Heinemann, 2019. 307 pp.
Дерець О. Л., Садовой О. В. Метод N–i перемикань у задачах оптимізації за швидкодією : монографія. Кам’янське : ДДТУ, 2021. 252 с.
Voliansky R., Kuznetsov B., Bovdui I., Averyanova Yu., Ostroumov I., Sushchenko O. et al., "Variable-Structure Interval-Based Duffing Oscillator," 2024 IEEE 42nd International Confer-ence on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, Ukraine, 2024, pp. 581-586.
Incremona G. P., Ferrara A. and Utkin V. I., "Sliding Mode Optimization in Robot Dynamics With LPV Controller Design," in IEEE Control Systems Letters, vol. 6, 2022, pp. 1760-1765.
Blondin M. Controller Tuning Optimization Methods for Multi-Constraints and Nonlinear Systems. Springer, 2021. 101 pp.
Voliansky R., Krasnoshapka A., Statsenko O., Volianska N., Sinkevych O. and Dwiyanto F. A., "The Symmetry Principle Usage to Design the Previously Disturbed Linear Control Sys-tems," 2022 IEEE 17th International Conference on Computer Sciences and Information Technol-ogies (CSIT), Lviv, Ukraine, 2022, pp. 531-534.
Sushchenko O., Averyanova Y., Ostroumov I., Zaliskyi M., Solomentsev O. and Holubnychyi O., "Robust Structural-Parametric Synthesis of Stabilization Systems for Ground Moving Vehicle Equipment," 2023 IEEE 7th International Conference on Methods and Systems of Navigation and Motion Control (MSNMC), Kyiv, Ukraine, 2023, pp. 74-79.
Derets O., Sadovoi O., Derets H. Performance Optimization Algorithm for Electric Drive Control Systems Based on Acceleration Constraint. Proceedings of the 20th IEEE International Confer-ence on Modern Electrical and Energy Systems MEES 2021, 2021, Ukraine. P.1–4.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
a. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
b. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
c. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
