Skip navigation
Please use this identifier to cite or link to this item: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/376
Title: Субоптимальне нелінійне керування електроприводом системи стабілізації зусилля різання при металообробці
Authors: Торопов, Антон Валерійович
НТУУ "КПІ"
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Механіко-машинобудівний інститут
Issue Date: 2009
Description: Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – Автоматизація процесів керування. – Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, Київ, 2009. Дисертація присвячена питанням розробки та дослідження нелінійних субоптимальних алгоритмів керування електроприводом системи стабілізації зусилля різання при металообробці, а також створенню на їхній основі систем керування, що забезпечують високу продуктивність обладнання та якість обробки деталей. Розроблена уточнена математична модель контуру стабілізації зусилля різання з врахуванням інерційності процесу різання, наявності зазорів та пружності у механічній передачі, зазору у направляючих, пружності супорта, обмеження на керування, а також зовнішніх збурень коливального характеру. Вирішена задача аналітичного конструювання нелінійного субоптимального регулятора контуру стабілізації зусилля різання методом динамічного програмування без врахування зовнішніх збурень. Синтезован нелінійний субоптимальний закон керування з урахуванням зовнішніх збурень методом Айзекса – Беллмана з використанням концепції методу „занурення” при ігровій постановці задачі. Реалізована експериментальна система стабілізації зусилля різання на основі РСІ – плат, за допомогою якої виконано тестування отриманого нелінійного субоптимального закону керування.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – Автоматизация процессов управления. – Национальный технический универститет Украины «Киевский политехнический институт, Киев, 2009. Диссертация посвящена вопросам разработки и исследования нелинейных субоптимальных комбинированных алгоритмов управления электроприводом системы стабилизации усилия резания при металлообработке, а также созданию на их основе систем управления, обеспечивающих высокую производительность оборудования и качество обработки деталей. Рассмотрены особенности построения систем управления электроприводами подачи металлорежущих станков, выполнен анализ существующих систем стабилизации силовых параметров и обоснована целесообразность применения метода динамического программирования при реализации процедуры синтеза субоптимальногонелинейного комбинированного регулятора. Разработана уточненная математическая модель контура стабилизации усилия резания с электроприводом подачи переменного тока с учетом инерционности процесса резания, наличия зазоров и упругости в механической передаче, зазора в направляющих, упругости суппорта, ограничения на управление, а также внешних возмущений колебательного характера. При этом полученна математическая модель возмущений колебательного характера, имеющих место при обработке деталей на токарных станках, полученная с помощью методики С.Джонсона. Поскольку наличие нелинейностей в математической модели управляемого объекта делает процедуру синтеза нелинейного оптимального управления крайне сложной в вычислительном отношении, особенно для систем высокого порядка, был произведен анализ целесообразности использования процедуры аналитического конструирования субоптимального регулятора при помощи аппарата Беллмана – Ляпунова с использованием концепции метода «погружения» или «инвариантного вложения». Также, осуществлен анализ управляемости и наблюдаемости исследуемого объекта, а также выбран критерий оптимальности в виде минимума квадратичного функционалу качества, соответсвующего минимуму динамической ошибки регулирования, а также минимуму энергетических затрат на управление. В работе решена задача аналитического конструирования нелинейного субоптимального регулятора системы стабилизации усилия резания методом динамического программирования с использованием концепции метода «инвариантного вложения», позволившей, в значительной степени, снять проблему «проклятия размерности». При использовании этого метода, сложная исходная задача синтеза нелинейного регулятора распалась на ряд более простых линейных задач оптимального управления. В работе произведен обзор существующих методов построения оптимальных регуляторов с учетом возмущающих воздействий колебательного характера, в результате которого было установлено, что, вследствие детерминированности возмущающих воздействий при обработке деталей, целесообразно осуществлять процедуру синтеза регулятора, инвариантного к возмущениям определенного класса. Также в работе синтезирован нелинейный субоптимальный закон управления электроприводом подачи контура стабилизации усилия резания методом Айзекса – Беллмана с использованием концепции метода «погружения» при игровой постановке задачи. Осуществлено исследование динамических характеристик системы стабилизации усилия резания при наличии внешних возмущений волнового характера методом цифрового моделирования при использовании различных регуляторов, применяемых в металлообработке, а также синтезированного нелинейного регулятора. Реализована экспериментальная система стабилизации усилия резания на основе PCI – плат, встраиваемых в компьютер, для тестирования алгоритмов управления процессом металлообработки, которая позволяет проводить экспериментальное исследование законов управления различной сложности. Закон нелинейного управления, а также «наблюдателей» неизмеряемых переменных состояния был реализован с помощью программного обеспечения LAbView. На исследовательском стенде на базе токарно-агрегатного комплекса ТАК-101007 было осуществлено экспериментальное тестирование и сравнительный анализ стандартного П-закона, линейно-квадратичного законов регулирования, а также синтезированного нелинейного субоптимального закона управления управления электроприводом подачи.
Thesis for a candidate degree of technical sciences of speciality 05.13.07 – Automation of control processes. – National technical university of Ukraine “Kyiv polytechnic institute”, Kyiv, 2009. The thesis is dedicated to development and investigation of nonlinear suboptimal control algorithms of cutting force stabilization system electrodrive under metal processing and control system creation on the basis of it, which provide high equipment productivity and quality of detail processing. Refined mathematic model of cutting force stabilization loop taking into account cutting process lag, existing of clearances and elasticity at mechanical transmission, clearance at slideways, support elasticity, restriction under control and oscillatory external disturbances is developed. The problem of analytical design of nonlinear suboptimal regulator of control system stabilization by dynamic programming method without considering of external disturbances is decided. Nonlinear suboptimal control law of cutting force stabilization loop electrodrive is synthesized by dynamic programming method using conception of «immersion» method under game problem. Experimental system of cutting force stabilization system on the basis of PCI – cards, which allows the experimental investigation of the synthesized nonlinear suboptimal control law.
URI: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/376
Appears in Collections:Автореферати

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Toropov_aref.rtf
  Restricted Access
15.43 MBRTFView/Open
Show full item record


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.