Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №30 (134) декабрь 2016 г.

Дата публикации: 01.01.2017

Статья просмотрена: 38 раз

Библиографическое описание:

Прокопьев А. П., Емельянов Р. Т., Колотвин С. И. Исследование модели системы управления режимами уплотнения асфальтоукладчика // Молодой ученый. — 2016. — №30. — С. 91-94. — URL https://moluch.ru/archive/134/37569/ (дата обращения: 25.04.2018).



The paper explored of the problem of designing a control model of the control system of the process of compaction by paver. Developed a simulation model of the control system in MATLAB&Simulink. Performed computer modeling of the control system. A comparative analysis of the transition process.

Keywords: paver, work on, compaction of asphalt mix, fuzzy logic, PI controller

Задачи строительства качественных дорог всегда актуальны, так как от этого зависит множество значимых народно-хозяйственных проблем. Центральная машина дорожно-строительного комплекта асфальтоукладчик обеспечивает укладку, профилирование и предварительное уплотнение слоя асфальтобетонной смеси.

Качество черного покрытия определяется коэффициентом уплотнения асфальтобетонной смеси, зависящим от неоднородности толщины укладываемой смеси и жесткости конструкции уплотняющего оборудования. В процессе уплотнения необходимо обеспечивать управление оборудованием по степени уплотнения смеси. На современных асфальтоукладчиках в качестве такого оборудования применяют техническую систему «брус — плита» [1].

Уплотняющая способность асфальтоукладчиков позволяют обеспечить максимальный коэффициент уплотнения, но ручное управление этим процессом является неэффективным, из-за отсутствия приборов текущего контроля степени уплотнения и большой физической нагрузки на машиниста-оператора при управлении асфальтоукладчиком.

Развитие теории синтеза систем управления дорожно-строительными машинами является актуальной задачей. Разработка имитационной модели системы управления объектом является эффективным инструментом совершенствования САУ технологическими процессами. Использование программной среды MATLAB&Simulink повышает эффективность компьютерного моделирования. Применение нечеткой системы автоматического управления (САУ) процессом позволит решить существующие проблемы за счет использования алгоритмов в соответствии со знаниями опытного эксперта.

Нечеткие системы позволяют повысить качество регулирования и обеспечивают более высокую устойчивость к воздействию возмущающих факторов по сравнению с традиционными САУ.

Целью работы является разработка модели системы управления процессом уплотнения смеси асфальтоукладчиком на основе цифрового и нечеткого регулятора.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

– разработка имитационной модели процесса уплотнения асфальто-укладчиком;

– синтез цифровой регулятора [2, 3] рабочим органом асфальтоукладчика;

– построение нечеткого регулятора в среде Simulink;

– моделирование и анализ процесса цифрового и нечеткого управления объектом.

Цель управления объектом заключается в быстром изменении параметров в зависимости от времени, вида и величины возмущающих воздействий и действительного значения регулируемого параметра. Регулируемым парамером является частота трамбования (частота вращения эксцентрикового вала).

Объектом управления является система «гидравлический привод — трамбующий брус — уплотняемая среда». Модель объекта управления разработана средствами Simulink.

В качестве основной входной переменной регулятора рассматривается отклонение частоты вращения от заданного значения, а в качестве управляющего воздействия — изменение расхода рабочей жидкости, подаваемого на гидромотор привода эксцентрикового вала трамбующего бруса рабочего органа укладчика.

Разработаны лингвистические правила управления объектом, сформулирован-ных на основе знаний о динамике процесса, требованиях к его поведению и выражающих технологическую логику профессиональных действий машиниста оператора.

Нечеткая модель содержит следующие блоки:

фаззификатор, преобразующий вектор режимных параметров X в вектор нечетких множеств , необходимых для выполнения нечеткого логического вывода;

нечеткую базу знаний,содержащая информацию о зависимости показателей качества Y = f(X) в виде лингвистических правил типа «ЕСЛИ — ТО»;

машину нечеткого логического вывода, которая на основе правил базы знаний определяет значение выходной переменной в виде нечеткого множества , соответствующего нечетким значениям входных переменных ;

дефаззификатор, преобразующий выходное нечеткое множество в четкое число Y.

В пакете Fuzzy Logic Toolbox реализованы нечеткие модели двух типов — Мамдани и Сугэно, различающихся форматом базы знаний и процедурой дефаззификации [4].

Реализована система нечеткого логического вывода с алгоритмом Мамдани.

Формально алгоритм Мамдани хорошо изучен и рассмотрен в работах [4–9].

Исходная информация для определения параметров нечеткого регулятора получена в результате моделирования системы с непрерывным регулятором: диапазон изменения входных и выходных переменных (для диапазона изменения соответствующих функций принадлежности).

Настройка нечеткого регулятора может осуществляться:

1) измененяя в модели параметры непрерывного регулятора. Эти изменения отслеживаются сразу по поведению выходных переменных объекта управления;

2) изменяя диапазоны функций принадлежности, число этих функций, правила.

Использование дифференцирующего регулятора. В некоторых случаях можно используя блок-ограничение после численного дифференцирования.

Разработана имитационная модель технологического процесса уплотнения смеси укладчиком. На рис. 1 представлена схема имитационной модели системы управления рабочим органом асфальтоукладчика с нечетким ПИ-регулятором, реализованная в программной среде MATLAB&Simulink.

Рис. 2. Имитационная модель системы управления рабочим органом асфальтоукладчика с цифровым и нечетким ПИ-регулятором на языке MATLAB&Simulink

На рис. 2 приведены результаты компьютерного моделирования модели системы управления объектом с цифровым и нечетким ПИ-регулятором. Красным цветом показано изменение угловой скорости на валу гидравлического двигателя во времени при цифровом регулировании, синим цветом — при нечетком регулировании.

Рис. 2. Изменение угловой скорости гидромотора во времени при цифровом и нечетком регулировании

Моделирование необходимо для определения динамических характеристик и характера динамических процессов.

По результатам моделирования можно отметить, что перерегулирование не наблюдается ни в одной из систем автоматического управления. Время переходного процесса значительно меньше 1 c. Лучший результат по времени переходного процесса показывает система управления на основе нечеткой логики.

Сравнительный анализ систем управления с цифровым и нечетким регуляторами показал, что система с нечетким регулятором предпочтительнее остальных. Для процессов, имеющих повышенную сложность, неопределенность, рекомендуется использование систем управления с интеллектуальными регуляторами.

Литература:

  1. Справочник по асфальтоукладчикам Vogele. Советы и указания по укладке асфальтобетона асфальтоукладчиками [Электронный ресурс] // Virtgen Group. Режим доступа: http://www.b-construction.ru/assets/files/new-508_spravochnik_Vogele.pdf.
  2. Говоруха Е. В., Прокопьев А. П., Иванчура В. И. Разработка модели системы управления уплотняющим рабочим органом асфальтоукладчика // Неделя науки СПбПУ: материалы научного форума с международным участием. Институт металлургии, машиностроения и транспорта СПбПУ. Часть 1. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2015. — 344 с.
  3. Иванчура В. И., Прокопьев А. П., Говоруха Е. В. Имитационная модель цифровой адаптивной системы управления рабочим органом асфальтоукладчика // Свид. о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016611754 от 10.02.2016 г.
  4. Солдатов В. В., Гончаров А. В. Идентификация нелинейных систем с использованием нечеткого логического вывода // Вестник ФГОУ ВПО «Московский государств. агроинженерный ун-т им. В. П. Горячкина». Выпуск № 3, 2008. С. 76–80.
  5. Mamdani E. H. Application of fuzzy logic to approximate reasoning using linguistic Systems // Fuzzy Sets and Systems. 1977. vol. 26. pp. 1182–1191.
  6. Леоненков А. В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. СПб.: БХВ Петербурr, 2005. 736 с.
  7. Борисов В. В., Круглов В. В., Федулов А. С. Нечеткие модели и сети. М.: Горячая линия — Телеком, 2007. 284 с.
  8. Штовба С. Д. Проектирование нечетких систем средствами Matlab. 2007. 288 с.
  9. Гостев В. И. Проектирование нечетких регуляторов для систем автоматического управления. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 416 с.
Основные термины (генерируются автоматически): модели системы управления, нечеткого логического вывода, рабочим органом асфальтоукладчика, управления объектом, нечеткого регулятора, управления рабочим органом, системы управления рабочим, уплотнения смеси, системы управления объектом, автоматического управления, систем управления, систем автоматического управления, нечеткого управления объектом, имитационной модели системы, fuzzy logic, построение нечеткого регулятора, параметров нечеткого регулятора, процесса уплотнения, управления режимами уплотнения, control system.

Ключевые слова

ПИ-регулятор, рабочий орган, нечеткая логика, асфальтоукладчик, уплотнение асфальтобетонной смеси

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос