Робастное управление ходовой тележкой однобалочного мостового крана при действии несогласованных возмущений и при неполных измерениях

Автор(ы): Антипов А.С., Ткачева О. С.

Выпуск: 105

Рубрика: Анализ и синтез систем управления

Год: 2023

Библиография: Антипов А.С., Ткачева О. С. Робастное управление ходовой тележкой однобалочного мостового крана при действии несогласованных возмущений и при неполных измерениях // Управление большими системами. Выпуск 105. М.: ИПУ РАН, 2023. С.41-64. DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2023.105.3

Дата опубликования: 30.09.2023

Ключевые слова: ходовая тележка мостового крана, несогласованные возмущения, параметрическая неопределенность, робастное управление, сигмовидная функция, динамический дифференциатор

Аннотация: Рассматривается проблема управления электромеханической системой – ходовой тележкой однобалочного мостового крана (механическая подсистема) с учетом редуцированной динамики двигателя постоянного тока (электрическая подсистема). Объект функционирует в условиях недостатка управлений, действия параметрических и внешних возмущений, неполных измерений. При этом возмущения, действующие на механическую подсистему, являются несогласованными. Для безопасного переноса груза в указанных условиях предложен ряд решений. Сформирована эталонная траектория тележки с интегралом от угловой координаты. Наличие интегральной части приводит к демпфированию колебаний груза. Показано, что эта часть также позволяет подавить несогласованные ветровые возмущения. Для отслеживания сформированной траектории разработана процедура блочного синтеза сигмовидных фиктивных управлений в механической подсистеме и истинного разрывного управления в электрической подсистеме. Гладкие и ограниченные сигмовидные функции обеспечивают подавление несогласованных возмущений. Эти функции реализуемы в исполнительном устройстве и не приводят к его сильному износу, который происходит при формировании разрывных фиктивных управлений. Для информационной поддержки закона управления разработан динамический дифференциатор с сигмовидным корректирующим воздействием, предоставляющим оценку скорости по измерению ошибки слежения с любой заданной точностью. Предложенное решение позволит отказаться от датчика скорости тележки и избежать всплесков оценочных сигналов. Представлены результаты численного моделирования замкнутых систем с разрывными и сигмовидными фиктивными управлениями. Они продемонстрировали эффективность разработанного подхода.

Author(s): Antipov A., Tkacheva O.

Article title: Robust control of the trolley of a single girder overhead crane under the action of unmatched perturbations and incomplete measurement

Issue: 105

Year: 2023

Keywords: overhead crane’s trolley, unmatched perturbations, parametric uncertainty, robust control, sigmoid function, dynamic differentiator

Abstract: We considered the problem of controlling an electromechanical system, which is a single-girder overhead crane trolley (mechanical subsystem) with the reduced dynamics of a DC motor (electrical subsystem). The plant operates under conditions of lack of controls, the action of parametric and external perturbations, and incomplete measurements. In this case, the perturbations acting on the mechanical subsystem are unmatched. For safe transfer of payload in these conditions, a number of solutions have been proposed. A reference trolley trajectory with an integral of the angular coordinate has been formed. The presence of the integral part leads to the damping of payload oscillations. It is shown that this part also makes it possible to suppress unmatched wind perturbations. To track the generated trajectory, a procedure for block synthesis of sigmoid fictitious controls in the mechanical subsystem and true discontinuous control in the electrical subsystem has been developed. Smooth and bounded sigmoid functions provide suppression of unmatched perturbations. These functions are implemented in the actuator and do not lead to its strong wear, which occurs during the formation of discontinuous fictitious controls. For information support of the control law, a dynamic differentiator with a sigmoid corrective action has been developed, which provides an estimate of the speed by measuring the tracking error with any given accuracy. The proposed solution will make it possible to abandon the trolley speed sensor and avoid jumps in evaluation signals. The results of numerical simulation of closed-loop systems with discontinuous and sigmoid fictitious controls are presented. They demonstrated the effectiveness of the developed approach.