Electromechanical servo system with anisotropic regulator

Abstract

Розроблено метод багатокритеріального синтезу нелінійних багатомасових електромеханічних слідкуючих систем із параметричною невизначеністю на основі комбінованого робастного стохастичного анізотропійного управління для підвищення точності таких систем. Метод заснований на виборі вектора мети робастного управління шляхом вирішення відповідної задачі багатокритеріального нелінійного програмування, в якій компонентами вектора цільової функції є прямі показники якості, такі як час першого узгодження, час регулювання, перерегулювання перехідних процесів, дисперсія помилки слідкування або стабілізації при відпрацюванні випадкових задаючих, або компенсації випадкових збурюючих впливів і т.д. Причому, ці вимоги пред’являються при роботі системи в різних режимах і в умовах зміни параметрів, а можливо і структури її об’єкта управління. Обчислення компонент вектора цільової функції і обмежень має алгоритмічний характер і пов’язане з синтезом анізотропних регуляторів і моделюванням синтезованої нелінійної системи для різних режимів роботи системи, при різних вхідних сигналах і для різних значень параметрів об’єкта управління. Компонентами вектора невідомих параметрів є шукані вагові матриці, за допомогою яких формується вектор мети робастного управління. Синтез анізотропійних регуляторів зводиться до вирішення системи чотирьох пов’язаних рівнянь Риккати для мінімізації анізотропійної норми вектора мети стохастичного робастного управління. Рішення завдання багатокритеріального нелінійного програмування засноване на алгоритмах оптимізації роєм часток. Наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень нелінійної робастної двох масової електромеханічної слідкуючої системи з синтезованими анізотропійними регуляторами. Показано, що застосування син 1,5–2 рази, зменшити час регулювання в 5 разів та знизити чутливість системи до зміни параметрів об'єкта управління порівняно із існуючою системою з типовими регуляторами.

A method of multiobjective synthesis for nonlinear multi-mass electromechanical servo systems with uncertain plant parameters based on feed-forward robust stochastic anisotropic control to improve the accuracy of such systems is developed. The method is based on the choice of the robust control target vector by solving the corresponding problem of multiobjective nonlinear programming in which the components of the target function vectors are direct quality indicators that are specified to the system in various modes of its operation. The calculation of the target function vector componentrs and the constraints is algorithmic and is related to the synthesis of anisotropic robust regulators and to the modelling of a synthesized nonlinear system for different operating modes of the system, with different input signals and for various values of the plant parameters. The components of the unknown vector are the required weight matrices which form the target vector of robust control. The synthesis of anisotropic regulators is reduced to the solution of a system of four related Riccati equations. The solution to the problem of multiobjective nonlinear programming is based on particle swarm optimization algorithms. The results of theoretical and experimental research into the effectiveness of a two-mass nonlinear robust electromechanical servo system with synthesized anisotropic robust regulators are presented. The comparison of the dynamic characteristics of the synthesized electromechanical servo system showed that the application of synthesized anisotropic robust regulators improves the parameters of accuracy and reduces the sensitivity of the system to changes in the plant parameters compared to the existing system.