DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-4-615-622


СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ГИДРОПРИВОДА С КОМПЕНСАТОРОМ ДАВЛЕНИЯ

Арановский С.В., Лосенков А.А., Вазкез К.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Арановский С.В., Лосенков А.А., Васкез К. Система слежения для промышленного гидропривода с компенсатором давления // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 4. С. 615–622.

Аннотация
Предмет статьи. Рассмотрена задача управления в режиме слежения за заданной траекторией для широко распространенного в тяжелых гидрофицированных машинах мобильного гидропривода с компенсатором давления. Метод. Задача управления решена методами релейного (скользящего) управления с компенсацией статической нелинейности и введением прямой связи по скорости задающего воздействия. Основные результаты. Предложена математическая модель гидропривода с учетом наличия компенсатора давления. Сформулирована классическая модель гидропривода с золотниковым гидрораспределителем, затем описаны назначение и принципы функционирования компенсатора давления в системах гидропривода, сформулирована расширенная математическая модель, отражающая влияние компенсатора давления на динамику системы. Показано, что предложенная модель имеет статическую входную нелинейность, и предложен метод ее компенсации, позволяющий ввести прямую связь по скорости задающего воздействия. Закон управления выбран в классе релейных (скользящих), для снижения возможных высокочастотных осцилляций (чаттеринга) использованы два подхода: оценка эквивалентного управления через фильтрацию релейного сигнала и интегрирование релейного сигнала. Экспериментальные исследования выполнены на макете крана-манипулятора, применяющегося в лесозаготовительной промышленности. Результаты экспериментов показывают применимость предложенного закона управления и высокую точность слежения на типовых траекториях. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение в задачах автоматизации тяжелых гидрофицированных машин в таких областях, как строительство, дорожное хозяйство, лесозаготовки.

Ключевые слова: гидравлический привод, компенсатор давления, нелинейная модель, компенсация статической нелинейности.

Благодарности. Авторы благодарят департамент прикладной физики и электроники Университета Умео, г. Умео, Швеция, за предоставленное для экспериментов оборудование. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01).

Список литературы
1. Morales D.O., Westerberg S., La Hera P.X., Mettin U., Freidovich L., Shiriaev A.S. Increasing the level of automation in the forestry logging process with crane trajectory planning and control. Journal of Field Robotics, 2014, vol. 31, no. 3, pp. 343–363. doi: 10.1002/rob.21496
2. Merritt H.E. Hydraulic Control Systems. John Wiley & Sons, 1967, 360 p.
3. Komsta J., van Oijen N., Antoszkiewicz P. Integral sliding mode compensator for load pressure control of die-cushion cylinder drive. Control Engineering Practice, 2013, vol. 21, no. 5, pp. 708–718. doi: 10.1016/j.conengprac.2011.12.006
4. DeBoer C.C., Yao B. Velocity control of hydraulic cylinders with only pressure feedback. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. NY, USA, 2001, vol. 2, pp. 1469–1477.
5. Garimella P., Yao B. Nonlinear adaptive robust observer for velocity estimation of hydraulic cylinders using pressure measurement only. Proc. International Mechanical Engineering Congress and Exposition, IMECE’02. New Orleans, USA, 2002, pp. 907–916. doi: 10.1115/IMECE2002-32077
6. Sohl G.A., Bobrow J.E. Experiments and simulations on the nonlinear control of a hydraulic servosystem. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 1999, vol. 7, no. 2, pp. 238–247. doi: 10.1109/87.748150
7. Guan C., Pan S. Adaptive sliding mode control of electro-hydraulic system with nonlinear unknown parameters. Control Engineering Practice, 2008, vol. 16, no. 11, pp. 1275–1284. doi: 10.1016/j.conengprac.2008.02.002
8. Bonchis A., Corke P.I., Rye D.C. Experimental evaluation of position control methods for hydraulic systems. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2002, vol. 10, no. 6, pp. 876–882. doi: 10.1109/TCST.2002.804128
9. Ferreira J.A., Almeida F.G., Quintas M.R., Estima De Oliveira J.P. Hybrid models for hardware-in-the-loop simulation of hydraulic systems Part 1: theory. Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers. Part I:
Journal of Systems and Control Engineering, 2004, vol. 218, no. 6, pp. 465–473. doi: 10.1243/0959651052010124
10. Pohl J., Sethson M., Krus P., Palmberg J.-O. Modelling and validation of a fast switching valve intended for combustion engine valve trains. Proceeding of the Institution of Mechanical Engineers. Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 2002, vol. 216, no. 2, pp. 105–116. doi: 10.1243/0959651021541462
11. Aranovsky S.V., Freidovich L.B., Nikiforova L.V., Losenkov A.A. Modelirovanie i identifikatsiya dinamiki zolotnikovogo gidroraspredelitelya Chast' I. Modelirovanie [Modeling and identification of dynamics of a
hydraulic actuator with a spool valve. Part I. Modeling]. Izvestiya vuzov. Priborostroenie, 2013, vol. 56, no. 4, pp. 52–56.
12. Aranovsky S.V., Freidovich L.B., Nikiforova L.V., Losenkov A.A. Modelirovanie i identifikatsiya dinamiki zolotnikovogo gidroraspredelitelya Chast' II. Identifikatsiya [Modeling and identification of dynamics of a hydraulic actuator with a spool valve. Part II: identification]. Izvestiya vuzov. Priborostroenie, 2013, vol. 56, no. 4, pp. 57–60.
13. Papadopoulos E., Mu B., Frenette R. On modeling, identification, and control of a heavy-duty electrohydraulic harvester manipulator. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2003, vol. 8, no. 2, pp. 178–187. doi: 10.1109/TMECH.2003.812820
14. Borovin G.K., Kostyuk A.V., Seet G., Iastrebov V.V. Modelirovanie gidravlicheskoi sistemy ekzoskeletona [Computer simulation of hydraulic system of exoskeleton]. Matematicheskoe Modelirovanie, 2006, vol. 18, no. 10, pp. 39–54
15. Bashta T.M., Rudnev S.S., Nekrasov B.B. Gidravlika, Gidromashiny i Gidroprivody: Uchebnik dlya Vuzov [Hydraulics, Hydraulic Machines and Hydraulic Drives: a Textbook for Universities]. 2nd ed. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1982, 424 p.
16. Losenkov A.A., Aranovskiy S.V. Sistema upravleniya gidroprivodom s kompensatsiei staticheskoi nelineinosti [Hydraulic drive control sistem with a static nonlinearity compensation]. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2013, no. 5 (87), pp. 77–81.
17. Borovin G.K., Kostyuk A.V., Platonov A.K. Matematicheskoe modelirovanie gidravlicheskoi sistemy upravleniya shagayushchei mashiny. Matematicheskie Mashiny i Sistemy, 2009, no. 4, pp. 127–138.
18. Aranovskiy S., Losenkov A., Vasquez C. Position Control of an Industrial Hydraulic System with a Pressure Compensator. Proc. 22nd Mediterranean Conference on Control and Automation. Palermo, Italy, 2014, pp. 1329–1334. doi: 10.1109/MED.2014.6961560
19. Utkin V.I. Skol'zyashchie Rezhimy i ikh Primeneniya v Sistemakh s Peremennoi Strukturoi [Sliding Modes and their Application in Variable Structure Systems]. Moscow, Nauka Publ., 1974, 272 p.
20. Shtessel Y., Edwards C., Fridman L., Levant A. Sliding Mode Control and Observation. Birkhäuser, 2014, 356 p.
 


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика