ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАЯТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ ВЯЗКОГО ТРЕНИЯ

Язык статьи - hусский

Ссылка для цитирования: Алышев А.С., Мельников В.Г., Мельников Г.И. Идентификация момента инерции маятниковой системы в условиях вязкого трения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 5. С. 928–935. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-5-928-935

Аннотация

Предлагается метод идентификации осевого момента инерции тела на маятниковой системе на реверсивно-симметричных вращательных движениях на примере маятника Шмидта с вязким трением в подшипниках. Используемое тестирующее движение системы состоит из свободного замедленного замеряемого вращательного движения на угловом интервале и обратного ускоренного симметричного управляемого движения на том же угловом интервале. Маятник состоит из стержня с закрепленным на конце маломощным управляемым электродвигателем постоянного тока с маховиком, ось вращения которого параллельна оси вращения маятника. Углы поворота и угловая скорость измеряются энкодерами. Используется энергетический метод и управление, заключающееся в изменении режима работы электродвигателя при помощи маховика. Получена расчетная формула для момента инерции тестирующего тела и математическая модель системы с робастным законом управления электродвигателем. Симметричность двух движений обеспечивается неравномерным управляемым вращением маховика. В результате исключается влияние диссипативных факторов на измерение. Проведенное моделирование динамики маятниковой системы подтверждает высокую точность метода. Результаты могут быть использованы для идентификации инерционных параметров сложных механических систем в условиях действия сопротивления среды, диссипативных и других сил.

Ключевые слова: Предлагается метод идентификации осевого момента инерции тела на маятниковой системе на реверсивно-симметричных вращательных движениях на примере маятника Шмидта с вязким трением в подшипниках. Используемое тестирующее движение системы состоит из свободного замедленного замеряемого вращательного движения на угловом интервале и обратного ускоренного симметричного управляемого движения на том же угловом интервале. Маятник состоит из стержня с закрепленным на конце маломощным управляемым электродвигателем постоянного тока с маховиком, ось вращения которого параллельна оси вращения маятника. Углы поворота и угловая скорость измеряются энкодерами. Используется энергетический метод и управление, заключающееся в изменении режима работы электродвигателя при помощи маховика. Получена расчетная формула для момента инерции тестирующего тела и математическая модель системы с робастным законом управления электродвигателем. Симметричность двух движений обеспечивается неравномерным управляемым вращением маховика. В результате исключается влияние диссипативных факторов на измерение. Проведенное моделирование динамики маятниковой системы подтверждает высокую точность метода. Результаты могут быть использованы для идентификации инерционных параметров сложных механических систем в условиях действия сопротивления среды, диссипативных и других сил.

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 16-08-00997.

Список литературы

1. Jamisola R.S., Dadios E.P. Identifying moments of inertia parameters for rigid-body manipulators // Proc. 13th Int. Conf. on Mechatronics Technology. Cebu City, Philippines, 2009.
2. Almeida R.A.B., Urgueira A.P.V., Maia N.M.M. Identification of rigid body properties from vibration measurements // Journal of Sound and Vibration. 2007. V. 299. N 4-5. P. 884–899. doi: 10.1016/j.jsv.2006.07.043
3. Pandit S.M., Hu Z., Yao Y. Experimental technique for accurate determination of rigid body characteristics // Proc. 10th Int. Modal Analysis Conference, IMAC. P. 307–311.
4. Арановский С.В., Александрова С.А., Ловлин С.Ю. Метод идентификации электромеханической системы при переменном моменте трения // Информационно- управляющие системы. 2012. № 1 (56). С. 8–11.
5. Almeida R.A.B., Urgueira A.P.V., Maia N.M.M. Evaluation of the performance of three different methods used in the identification of rigid body properties // Shock and Vibration. 2008. V. 15. N 3–4. P. 467–479.
6. Hou Z.-C., Lu Y.-N., Lao Y.-X., Liu D. A new trifilar pendulum approach to identify all inertia parameters of a rigid body or assembly // Mechanism and Machine Theory. 2009. V. 44. N 6. P. 1270–1280. doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2008.07.004
7. Barreto J., Munoz L. Inertia parameter identification using a Stewart platform // Proc. 41st Int. Symposium on Robotics. Munich, Germany, 2010. V. 2. P. 765–772.
8. Malekjafarian A., Ashory M.R., Khatibi M.M., Saberlatibari M. Rigid body stiffness matrix for identification of inertia properties from output-only data // European Journal of Mechanics, A/Solids. 2016. V. 59. P. 85–94. doi: 10.1016/j.euromechsol.2016.03.009
9. Bobtsov A.A., Kolyubin S.A., Pyrkin A.A. Stabilization of reaction wheel pendulum on movable support with on-line identification of unknown parameters // Proc. 4th Int. Conf. Physics and Control. Catania, Italy, 2009.
10. Gobbi M., Mastinu G., Previati G. A method for measuring the inertia properties of rigid bodies // Mechanical Systems and Signal Processing. 2011. V. 25. N 1. P. 305–318. doi: 10.1016/j.ymssp.2010.09.004
11. Garcia-Alarcon O., Puga-Guzman S., Moreno-Valenzuela J. On parameter identification of the Furuta pendulum // Procedia Engineering. 2012. V. 35. P. 1–8. doi: 10.1016/j.proeng.2012.04.167
12. Мельников В.Г. Энергетический метод параметрической идентификации тензоров инерции тел // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2010. №1. С. 59–63.
13. Мельников В.Г., Кравчук Р.Ю., Мельников Г.И., Шаховал С.Н. Идентификация тензора инерции тела на реверсивно-симметричных прецессиях в ограниченном угловом интервале // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 1(77). С. 153–154.
14. Мельников В.Г. Идентификация компонент тензора инерции и координат центра масс тела на реверсивно-симметричных прецессиях // Вестник СПбГУ. Сер.1. Математика, механика и астрономия. 2010. № 3. С. 97–104.
15. Melnikov G.I., Dudarenko N.A., Melnikov V.G., Alyshev A.S. Parametric identification of inertial parameters // Applied Mathematical Sciences. 2015. V. 9. N 136. P. 6757–6765. doi: 10.12988/ams.2015.59584
16. Melnikov V.G. A new method for inertia tensor and center of gravity identification // Nonlinear Analysis, Theory, Methods and Applications. 2005. V. 63. N 5-7. P. e1377–e1382. doi: 10.1016/j.na.2005.02.001
17. Melnikov V.G. Inertia tensors and centres of masses identification at semiprogram precession motions // Proc. IEEE Int. Conf. on Control Applications. Dubrovnik, Croatia, 2012. P. 494–497. doi: 10.1109/CCA.2012.6402471
18. Dudarenko N.A., Melnikov V.G., Melnikov G.I. A method for inertia tensors and centres of masses identification on symmetric precessions // International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops. St. Petersburg, Russia, 2015. V. 1. P. 596–601. doi: 10.1109/ICUMT.2014.7002168
19. Block D.J., Astrom K.J., Spong M.W. The Reaction Wheel Pendulum. San Rafael, Morgan & Claypool Publ., 2007.
20. Колюбин С.А., Пыркин A.A. Адаптивное гибридное управление маятником Шмидта на нестационарном основании с компенсацией трения // XIII конференция молодых ученых "Навигация и управление движением". Санкт-Петербург, 2011.
21. Андриевский Б.Р. Стабилизация перевернутого маятника с инерционным маховиком в качестве движителя / В сб. Управление в физико-технических системах. Под ред. A.Л. Фрадкова. СПб.: Наука, 2004. С. 52–71.
22. Иванов С.Е. Определение установившихся режимов работы виброзащитной системы с двумя степенями свободы // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2010. № 4 (68). С. 44–46.
23. Косяков Е.А., Тихонов А.А. О резонансах, порожденных моментом лоренцевых сил, в колебаниях спутника // Материалы III международной конференции Устойчивость и процессы управления. СПб., 2015. С. 129–130.
24. Никифоров В.О. Адаптивное и робастное управление с компенсацией возмущений. СПб.: Наука, 2003. 282 с.
25. Цыкунов А.М. Робастное управление нелинейным объектом по выходу // Проблемы управления. 2010. №5. С. 15–21.
26. Фуртат И.Б., Тупичин Е.А. Упрощенный алгоритм бэкстеппинга для управления нелинейными системами // Известия вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58. № 3. С. 173–178. doi: 10.17586/0021-3454-2015-58-3-173-178
27. Цыкунов А.М. Робастное управление с компенсацией возмущений. М.: Физматлит, 2012. 300 c.