С.В. Александров, А.Е. Васильев, А.Г. Леонтьев

Санкт-Петербургский государственный технический университет

Сложные электромеханотронные системы имеют иерархическую структуру управления, в которой обычно выделяют три уровня: стратегический, тактический и исполнительный. В современных электромеханотронных система х на стратегическом уровне часто применяются подсистемы управления с элементами искусственного интеллекта, а на нижележащих уровнях – нечеткие и нейроподсистемы.

В данной работе излагаются результаты исследования электромеханотронных систем с мягким управлением на тактическом уровне. Под мягким управлением подразумевается не только применение нечетких систем, но и не полностью определенное упра вление объектом. В качестве примера можно привести вариант построения системы управления объектом с двумя обобщенными координатами, при котором управляемой является только одна из его координат, либо иной параметр, функционально зависящий от обеих коорди нат.

Принцип управления заключается в реализации нечеткого замыкания системы, т.е. введения на тактическом уровне обратных связей по обобщенным координатам, а также введение нечеткого задания закона управления.

С точки зрения теоретической механики данный принцип заключается во введении в систему как голономных, так и неголономных связей, что приводит к изменению уравнений движения системы, т.е., по существу, этот метод реализует управление с обственным движением системы.

В связи с тем, что рассматриваемые системы являются не жестко управляемыми, задачей управления является не движение объекта по наперед заданной траектории, а выполнение объектом некоторых эволюций, приводящих к достижению определенной цели, например, установившемуся движению, обладающему определенными характеристиками; иными словами, целью является рефлекторное управление.

Для построения методики исследования авторами была разработана концепция программно-аппаратной среды проектирования подобных систем. Структура среды показана на рис. 1. Согласно данной концепции, для облегчения продвижения процесса про ектирования по этапам, весь процесс надлежит проводить в рамках одной системы, модифицирующей свою конфигурацию, что на рис. 1 показано введением виртуальных переключателей П1 и П2.

Разработка электромеханотронной системы состоит из ряда стадий:

- построение эталонной модели процесса движения;

- разработка и настройка модели нечеткого контроллера;

- отладка модели нечеткого контроллера с реальным объектом управления;

- программирование аппаратного нечеткого контроллера;

- отладка аппаратуры системы с применением модели объекта;

- заключительная отладка системы с использованием аппаратного нечеткого контроллера и реального объекта управления.

В лаборатории электромеханики и электромеханотроники кафедры Автоматики и Вычислительной техники С-ПбГТУ разработана одна из подсистем рассмотренной выше среды (см. рис. 2). В данной разработке исследуется возможность нечеткого управле ния электромеханотронным объектом, представляющим собой активный двухзвенный маятник.

Динамика объекта описывается уравнениями Лагранжа второго рода:

В разработанную среду интегрирована система моделирования динамических объектов Model Vision и пакет проектирования нечетких систем управления Fuzzy Tech.

В пакете Model Vision динамика системы описывается дифференциальными уравнениями в форме Коши, а также алгебраическими уравнениями. В данном случае это нелинейные уравнения вида:

где коэффициенты а и функции f зависят от параметров и координат системы.

Таблица 1.Фазы процесса.