Использование аппарата на базе нечеткой логики для демпфирования колебаний гибкоподвешенного груза

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в необходимости усовершенствования действующих систем управления промышленными механизмами с минимальными вложениями на реконструкцию, а также в востребованности надежных систем управления, использование которых позволяет повысить срок эксплуатации устройства в целом.

ЦЕЛЬ. Разработать простую и одновременно эффективную систему управления промышленным объектом, позволяющую демпфировать колебания гибкоподвешенного груза. На мостовых кранах одним из механизмов для перемещения груза по территории цеха является механизм тележки. Тележка мостового крана служит для перемещения груза вдоль пролета моста, при этом перемещаемый груз может иметь как жесткий, так и гибкий подвес. Использование гибкого подвеса приводит к появлению колебаний в виде раскачивания перемещаемого груза. Данные колебания являются негативным явлением, оказывающим отрицательное воздействие на механическую конструкцию крана и на электрическую систему управления электроприводом тележки. На рассматриваемом механизме установлен асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, на основании проведенных исследований для управления им выбрана векторная система, в которую, для подавления колебаний груза предложено внедрение регулятора, функционирующего на базе нечёткой логики. Предлагаемый нечеткий регулятор производит корректировку скорости двигателя в зависимости от угла отклонения гибкоподвешенного груза, его уникальность заключается в простоте реализации и минимальном количестве сигналов управления. Регуляторы данного типа хорошо зарекомендовали себя, так как обладают высоким быстродействием, хорошим откликом в динамике, позволяют оптимизировать систему управления при косвенном определении параметров.

МЕТОДЫ. В ходе исследования, для решения обозначенных задач, была использована методика математического моделирования. Исследование системы управления проводилось в среде моделирования MATLAB в подсистеме Simulink.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье отражена значимость темы исследования, рассмотрены имеющиеся методы гашения колебаний гибкоподвешенного груза. Для исследования была разработана система, содержащая подсистему, в функции которой входит отслеживание динамики перемещения тележки и груза. В данной статье предложен контроллер управления, работающий на базе правил нечеткой логики. Регулятор прост в реализации, имеет один сигнал управления, при этом нечёткая логика позволяет гибко настроить систему управления, что дает возможность получить требуемые характеристики управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Моделирование процесса работы тележки в среде MATLAB Simulink происходило с изменением массы груза и длины подвеса, анализ всех вариантов моделирования привел к выводу, предлагаемый контроллер на базе нечеткой логики позволяет погасить колебания груза при различных исходных параметрах.

1. Синюкова Т.В., Синюков А.В., Грачева Е.И, Kolcun M.. Нейросетевые технологии в системах управления механизмами перемещения грузов Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022 г. Т. 24. № 2. С. 107-118.

2. Sinyukova T.V., Sentsov E.V., Sinyukov A.V.. Neural Network Speed Observers // 2019 1st International Conference on Control Systems, Mathematical Modelling, Automation and Energy Efficiency, SUMMA 2019, 320-324.

3. Meshcheryakov V., Sinyukova T., Sinyukov A., Vladimirov O.. Analysis of the effectiveness of using the block for limiting the vibrations of the load on the mechanism of movement of the bogie with various control systems // E3S Web of Conferences. Sustainable Energy Systems: Innovative Perspectives (SES-2020). 2020, SaintPetersburg, Russia, 220, 01059, October 29-30.

4. Klepikov V.B., Bieliaiev O.S. Neuroregulator with a Simplified Structure for Electric Drive with Frictional Load // 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). 2022. 22186939.

5. Matic P.R., Blanusa B.D., Vukosavic S.N.. A novel direct torque and flux control algorithm for the induction motor drive // IEEE Electric machines and drive conference: proceedings of the International conference. 2003, Madison. Vol. 2, 965-970.

6. Tytiuk V.K., Baranovskaya M.L., Chorny O.P., Burdilnaya E.V., Kuznetsov V.V., Bogatyriov K.N. Online-Identificatin of Electromagnetic Parameters of dn Induction Motor // Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations. 2020. Т. 63. № 5, 423-440.

7. Chorna O., Chornyi O., Tytiuk V. Identification of Changes in the Parameters of Induction Motors during Monitoring by Measuring the Induction of a Magnetic Field on the Stator Surface // Proceedings of the International Conference on Modern Electrical and Energy Systems, MEES 2019. 2020, 150-153.

8. Мещеряков В.Н, Сибирцев Д.С., Валтчев С., Грачева Е.И. Система управления частотным асинхронным синхронизированным электроприводом // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 3. С. 116-126.

9. Федяева Г.А., Сморудова Т.В., Кочевинов Д.В., Конохов Д.В. Частотно-токовая система релейно-векторного управления асинхронным электроприводом механизма передвижения мостового крана // Вестник Брянского государственного технического университета. 2015. № 4 (48). С. 91.

10. Романова Е.И., Заярный С.Л. Математические модели кранового механизма // Наука, техника, образование. 2019. №2 (24), С. 44-49.

11. Климаш В.С., Сколовский М.А. Повышение энергетической эффективности комплекса подъемных кранов // Электротехнические комплексы и системы. 2020. № 1 (46). С. 34-40.

12. Антипов А.С. Краснова С.А. Методы демпфирования колебаний груза и робастного управления ходовой тележкой мостового крана с учетом динамики электропривода // Мехатроника, автоматизация, управление. 2023. Т. 24 № 8. С 412-420.

13. Шимкович Д.Г. Динамические нагрузки при колебаниях груза на канате // Лесной вестник. 2012. № 4. С. 141-146.

14. Кабаков А.М., Орлов А.Н. Пути уменьшения раскачивания груза грузоподъемных машин // Вестник СевГТУ. Механика, энергетика, экология. 2000. Вып. 25. С. 141 -144.

15. 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.

16. Мещеряков В.Н., Колмыков В.В., Мигунов Д.В. Реализация устройства демпфирования колебаний груза, перемещаемого мостовыми кранами на базе частотного преобразователя SINAMICS S120 // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2016. № 3. С. 48-54.

17. Круглов С.П., Аксаментов Д.Н. Адаптивное управление мостовым краном по скорости перемещения тележки // Доклады ТУСУР. – 2022. Т. 25, № 1. С. 86-92.

18. Zhang, M., Ma, X., Rong, X., et al. Adaptive Tracking Control for Double-Pendulum Overhead Cranes Subject to Tracking Error Limitation, Parametric Uncertainties and External Disturbances // Mechanical Systems and Signal Processing. 2016. Vol. 76-77. P. 15-32.

19. Круглов С. П., Аксаментов Д. Н.. Способ адаптивного управления мостовым краном с прямым отслеживанием перемещения груза // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020, Т. 21, № 12, С. 682-688.

20. Пэт. RU 85890 U1 Российская Федерация, МПК B66C 13/06. Устройство для автоматического гашения маятниковых колебаний груза, перемещаемого тележкой мостового крана, Щедринов А. В.; заявитель: Щедринов А. В., Сериков С. А., Колмыков В. В., Коврижкин А. А. № 2009112243/22; заявка от 02.04.2009; опубл. 20.08.2009, Бул. № 23. 2 с.

21. Пэт. RU 2744647 C1 Российская Федерация, МПК B66C 13/18. Способ адаптивного управления мостовым краном, Круглов С.П., Ковыршин С.В., Аксаментов Д.Н.; заявитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС). № 2020124779; заявка № 16.07.2020; опубл. 12.03.2021, Бул. № 8. 16 с.