Реализация комбинированного управления в системе слежения для однозвенного манипулятора с неопределенным входом

Автор(ы): Краснов Д.В., Антипов А.С.

Выпуск: 107

Рубрика: Анализ и синтез систем управления

Год: 2024

Библиография: Краснов Д.В., Антипов А.С. Реализация комбинированного управления в системе слежения для однозвенного манипулятора с неопределенным входом // Управление большими системами. Выпуск 107. М.: ИПУ РАН, 2024. С.43-65. DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2024.107.3

Дата опубликования: 31.01.2024

Ключевые слова: однозвенный манипулятор с гибким шарниром, слежение, внешние возмущения, неопределенный вход, комбинированное управление, наблюдатель смешанных переменных

Аннотация: Объектом управления является однозвенный манипулятор с гибким шарниром, функционирующий в условиях параметрической неопределенности и воздействия внешних неконтролируемых возмущений. Динамика токового контура не учитывается. В качестве управления рассматривается ток якоря двигателя постоянного тока, который может быть пересчитан в крутящий момент, приложенный к валу редуктора. Ставится задача синтеза динамической обратной связи, обеспечивающей заданные изменения углового положения манипулятора в следующих нетипичных предположениях: 1) измерениям доступно только текущее отклонение положения манипулятора от заданного сигнала (ошибка слежения); 2) множитель перед управлением точно не известен. Первый фактор предписывает переход к блочной форме «вход – выход» относительно ошибки слежения для решения задачи наблюдения и синтеза динамической обратной связи на основе смешанных переменных (комбинаций переменных состояния, внешних воздействий и их производных). К основным полученным научным результатам относится, во-первых, метод проектирования наблюдателя смешанных переменных минимально возможной размерности с кусочно-линейной коррекцией на основе измерений ошибки слежения. Для упрощения настройки параметров наблюдателя в одном алгоритме одновременно используются и принципы построения наблюдателя состояния, и дифференциатора внешних сигналов. Второй основной результат – метод формирования комбинированного управления с компенсацией согласованных возмущений в условиях неопределенного множителя перед управлением. Приведены результаты численного моделирования, которые демонстрируют робастность замкнутой системы и гарантированную стабилизацию ошибки слежения с заданной точностью при изменении внешних возмущений, задающих воздействий и неопределенных параметров в допустимых диапазонах.

Author(s): Krasnov D., Antipov A.

Article title: Implementation of combined control in the tracking system of a single-link manipulator with an uncertain input

Issue: 107

Year: 2024

Keywords: single-link manipulator with flexible joint, tracking, external disturbances, uncertain input, combined control, mixed variable observer

Abstract: As a control plant, we consider a single-link manipulator with a flexible joint that functions under parametric uncertainty and external uncontrollable disturbances. The dynamic of the current loop is not introduced. The armature current of the DC motor is considered as the control, which can be converted into torque applied to the gearbox shaft. We pose the problem of synthesizing dynamic feedback that provides specified changes in the angular position of the manipulator under the following atypical assumptions: 1) only the current deviation of the manipulator position from the reference signal (tracking error) is available for measurements; 2) the multiplier before the control (input matrix) is not known exactly. The first factor motivates the use the transformation to the block form of input-output with respect to the tracking error for solving the problem of observation and synthesis of dynamic feedback based on mixed variables (combinations of state variables, external influences and their derivatives). The main contributions include, firstly, a method for designing a mixed variable observer of minimum possible order with piecewise linear corrective actions. This observer recovers mixed variables from tracking error measurements. To simplify its tuning, both the principles of construction of the state observer and the differentiator of external signals are simultaneously used in one algorithm. The second main contribution is a method for the formation of combined control with compensation of matched disturbances under conditions of uncertain multiplier before control. The numerical simulation results are presented. They demonstrate the robustness of the closed-loop system and guaranteed stabilization of the tracking error with a given accuracy when external disturbances, reference actions, and uncertain parameters change within acceptable ranges.