Мақалада асфальтбетон қоспасын төсеуішпен тасымалдауға және таратуға арналған ішкі жүйе мысалында анық емес басқару жүйесінің құрылымы қарастырылады. Анық емес контроллердің синтезі орындалды. Басқару объектісінің имитациялық моделі және MATLAB & Simulink бағдарламалық ортасындағы анық емес кері байланысты басқару жүйесінің моделі әзірленді. Қоспаны беру және таратуды басқару жүйесінің анық емес контроллер моделі MATLAB & Simulink ортасында бағдарламаланатын логикалық контроллер үшін бағдарламалық кодты генерациялау арқылы жүзеге асырылады.
Кілтті сөздер: интеллектуалды басқару, анық емес контроллер, анық емес контроллер синтезі, PID контроллері, симуляциялық модель, фидер жылдамдығы, шнек, қырғышты фидерлер, асфальт төсегіш.
В статье рассматривается структура нечеткой системы управления на примере подсистемы транспортирования и распределения асфальтобетонной смеси укладчиком. Выполнен синтез нечеткого регулятора. Разработана имитационная модель объекта управления и модель нечеткой системы управления с обратной связью в программной среде MATLAB&Simulink. Модель нечеткого регулятора системы управления подачей и распределением смеси реализована через генерацию программного кода для программируемого логического контроллера в среде MATLAB&Simulink.
Ключевые слова: интеллектуальное управление, нечеткий регулятор, синтез нечеткого регулятора, ПИД-регулятор, имитационная модель, скорость движения питателя, шнек, скребковые питатели, асфальтоукладчик.
Қазіргі таңда еліміздің автомобильдендірілуі жол-көлік желісі үшін көптеген проблемалар туғыза отырып, жұмыс жүйесі қуатты жеделдетуге ие болды. Автомобиль жолдары құрылысын перспективалы дамыту үшін құрылыс техникасын бағыттау саласында тұрақты жетілдіру талап етіледі. Автомобиль жолдарын салу кезінде асфальт төсегіш машиналар маңызды рөлге ие. Олар автосамосвалдардан қоспаны қабылдау, оны төсеудің белгілі бір еніне бөлу, пішіндеу, тығыздау және асфальтбетон қоспасын тегістеу жұмыстарын орындайды. Жол құрылысының қазіргі жай-күйін талдаудан жол-құрылыс материалын асфальт төсегіш машиналармен оңтайлы пайдалану деңгейін арттыру үшін асфальт-бетон қоспасын қоректендіргіштермен автоматты реттеу жүйесін жетілдіру және оны жол төсемі бойымен шнек конвейерлерімен одан әрі біркелкі бөлу өзекті мәселе болып табылады. Асфальтбетон жабындарының мерзімінен бұрын бұзылуының негізгі себептерінің бірі асфальтбетон қоспасының температуралық сегрегациясы болып табылады, ол оны асфальтбетон зауытынан тасымалдау, қоспаны көлік құралынан асфальтбетон бункеріне қайта тиеу және оны жол киіміне салу кезінде туындайды. Қоспаның берілуі мен таралуын реттеуге шнек камерасындағы асфальтбетон қоспасының деңгейін бақылайтын датчиктерден алынған ақпарат негізінде реттегіш жүзеге асыратын қоректендіргіштердің қозғалыс жылдамдығын және шнектердің айналуын реттеу арқылы қол жеткізіледі.
Асфальт төсегіш жол құрылыс машинасы (сурет 1), жол салу кезінде асфальт төсеуге, сондай-ақ тротуарлар мен өндірістік алаңдарды асфальттауға арналған. Бұл күрделі машина жол төсемін төсеу процесінің маңызды қатысушысы болып табылады. Әдетте жүк машинасымен бірге жұмыс істей отырып, төсем асфальтбетон қоспасын жол төсемінің төменгі қабатына таратады және тығыздайды, осылайша асфальтбетон жабынының қабаттарын төсейді. Заманауи асфальт төсегіштер шнекті камераға асфальт-бетон қоспасын беру, жол төсемі бойымен қоспаны тарату және жол материалының қалыңдығы мен ені бойынша төсеу процестерін автоматты басқарумен жабдықталған.
Сурет 1. Асфальттөсегіштің технологиялық сызбасы
Асфальтбетон қоспасы 1 — төсеуіштің арнайы қабылдау бункеріне беріледі. Беру жинағыштың роликтерін итеру күшімен түсіру кезінде ауыстырылатын автосамосвалдың шанағынан жүзеге асырылады. Қабылдау бункерінен қоспа 2 — қырғыш қоректендіргіштерімен реттелетін түсіру саңылауы арқылы шнек камерасына үнемі беріледі, ол жерден шнектерді пайдалана отырып, 3 — жол төсемінің бетіне және төсемнің бүкіл ені бойынша біркелкі бөлінеді. Бункерден келетін қоспаның мөлшері әр түрлі биіктікте реттелетін бұрандалармен орнатылған клапанның жағдайымен реттеледі.
Қоспаның берілуі мен таралуын реттеуге шнек камерасындағы асфальтбетон қоспасының деңгейін бақылайтын датчиктерден алынған ақпарат негізінде реттегіш жүзеге асыратын қоректендіргіштердің қозғалыс жылдамдығын және шнектердің айналуын реттеу арқылы қол жеткізіледі. Қоректендіргіш конвейерлер барынша жоғары өнімділік кезінде ұзақ мерзімді пайдалануды қамтамасыз ету жағдайынан жобаланады. Бұрандаларға материалды мөлшерлеу тек бір-біріне тәуелсіз жұмыс істейтін жеткізу конвейерлерінің жылдамдығын өзгерту арқылы ғана емес, сонымен қатар 350 мм-ге дейін жүретін гидравликалық басқарылатын жеткізу клапандары арқылы жүзеге асырылады.
Қазіргі уақытта айқын емес жабындарды салудың жол тәжірибесінде асфальтбетон қоспаларын төсеудің үш технологиясы қолданылады:
— американдық технология (фирма BarberGreen) өнімділігі 1800 т / сағ дейін және төсеу қарқыны 5 км/смена төменгі қабатында және 10 км/смена жоғарғы қабатында ені 8...9 м;
— төменгі қабатта өнімділігі 600 т/сағ дейін және төсеу қарқыны 1,75 км/ сағ және жоғарғы қабатта 3,5 км/сағ, төсеу ені 8...9 м болатын американдық технология (Roodtec фирмасы);
— еуропалық технология, өнімділігі 240 т/сағ дейін және төсеу қарқыны төменгі қабатта 0,6 км/ауысымда және жоғарғы қабатта ені 8...9 м болатын 1,2 км/ауысымда.
Басқару жүйелерінде анық емес логиканы қолдану машина операторына жүктемені азайтуға мүмкіндік береді. Анық емес логика негізінде құрылған реттегіштер кейбір жағдайларда классикалық реттегіштермен салыстырғанда, әсіресе көп факторлы бұзылулар жағдайында: қоршаған ортаның сипаттамалары; асфальтбетон қоспасының сипаттамалары; жол негізінің сипаттамалары бойынша өтпелі процестердің жоғары сапа көрсеткіштерін қамтамасыз ете алады.
Автоматты реттеу (АТЖ) жүйелеріне реттеу процестерінің орнықтылығына ғана емес талаптар қойылады. Жүйенің жұмыс істеуі үшін автоматты реттеу процесі басқару процесінің белгілі бір сапа көрсеткіштерін қамтамасыз ету кезінде жүзеге асырылуы қажет.
PID реттегіші бар басқару жүйесінің моделінің схемасы Simulink бағдарламалау тілінде жазылады. Контроллердің PID параметрлерінің алынған мәндері бар сызықтық емес жүйенің сипаттамалары берілген мәндерге сәйкес келеді. Сондай-ақ, процестің апериодтық сипаты гидравликалық жүйелер үшін ең қолайлы екендігі маңызды. Гидравликалық соққылардың болмауы қамтамасыз етіледі.
АБС тасымалдау процесінің АБЖ функционалдық схемасы (2 суретте) көрсетілген.
Сурет 2. АБЖ функционалдық схемасы
Uз-қоректендіргіштің берілген жылдамдығына сәйкес келетін кернеу; e-қателік сигналы (e= Uз-Uф); u-басқарушы сигнал; ω — гидромотордың айналу жиілігі; vф-қоректендіргіштің нақты жылдамдығы; Uф-нақты қоректендіргішке сәйкес келетін сигнал
Анық емес реттеуішті жобалау үшін процестің динамикасы, оның мінез-құлқына қойылатын талаптар туралы білім негізінде тұжырымдалған объектіні басқарудың лингвистикалық ережелері әзірленді. Мамдани алгоритмімен анық емес логикалық шығыс жүйесі енгізілді. Бұл жүйе үшін анық емес шығыс жүйесінің алгоритмі MATLAB жүйесінің Fuzzy Logic Toolbox пакетінде жасалған.
Rule Editor редакторы кіріс және шығыс айнымалыларының сипаттамаларына негізделген графикалық интерфейсті қолданады. Rule Editor жалпы кіріс және шығыс айнымалысының бір параметрін таңдап, оларға тінтуірді басу арқылы ережелерді көп күш жұмсамай құруға мүмкіндік береді. Қарастырып отырған жүйемізді тиімді әрі қарапайым қолданысқа ыңғайлы ету үшін, ереже құрастырып аламыз. Ереже мына түрде болады: IF [сыртқы температура] AND/OR [реттегіш], THEN [қоспа температурасы].
MATLAB & Simulink бағдарламалық ортасында жүзеге асырылатын анық емес реттегіші бар төсем қоспасын тарату процесінің өздігінен жүретін имитациялық моделі жасалды (3 суретте)
Сурет 3. Анық емес реттегіші бар қоспаның таралу жылдамдығын реттеу жүйесінің моделі
Инженерлік және ғылыми мәселе қазіргі уақытта жауап беру ортасының күрделілігіне байланысты асфальтбетон қоспасын асфальт төсегішпен беру мен таратудың жұмыс процесін автоматты түрде реттеу болып табылатын интеллектуалды АБЖ жоқтығында. Интеллектуалды компоненттер мен дәстүрлі технологиялардың комбинациясы жүйенің тиімділігін арттырады, бұл басқарудың оңтайлы нәтижелеріне әкеледі. Осылайша, асфальтбетон қоспасын асфальтбетонмен тасымалдау және таратудың ішкі жүйесі мысалында техникалық жүйенің құрылымы зерттеледі. Зерттелген техникалық шешімнің артықшылығы қоспаның бүкіл көлемі бойынша температураны бақылауды қамтамасыз ететін бұрандалы шнек ішіндегі температура датчигінің есебінен асфальтбетон қоспасын араластыру салдарынан асфальтбетонды автоматты басқару жүйесінің тиімділігін арттыру болып табылады, бұл асфальтбетон жабынының қызмет ету мерзімінің ұлғаюына әкеледі.
Әдебиет:
- Diakonov, V. P. Matlab 6.5 SP1/7/7 SP1/7 SP2 + Simulink 5/6. Tools of artificial intelligence and bioinformatics/ V. P. Diakonov, V. V. Kruglov. — Moscow: SOLON-PRESS, 2006. — 456 p.
- Pospelov, D. A. Fuzzy sets in control models and artificial intelligence / D. A. Pospelov. — Moscow: Nauka, Phys. mat. lit., 1986. — 312 p.
- Круглов В. И., Дли М. И., Голунов Р. Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. — М.: Изд. Физ.мат.лит., 2002. — 312 с
- Штовба, С. Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB/ С. Д. Штовба. — Москва: Телеком, 2007. — 288 с.
