Розробка узагальненого лінійно-квадратичного нейрорегулятора системи „кран-вантаж”. Частина 1
DOI:
https://doi.org/10.32347/gbdmm.2024.104.0201Ключові слова:
вантажопідйомний кран, лінійно-квадратичний критерій, регулятор, штучна нейронна мережаАнотація
У першій частині статті проведено опис концепції дослідження та представлено результати, які у подальшому дозволяють виконати розробку лінійно-квадратичного нейрорегулятора руху динамічної системи „кран-вантаж”. Для цього було виконано постановку задачі оптимального керування. У ній використано математичну модель в якій функція керування розглядається як швидкість зміни рушійного зусилля. Це збільшує порядок системи на одиницю. Для окремих компонентів інтегрального критерію обрано вагові коефіцієнти та обґрунтовано величини початкових умов. Вихідну задачу синтезу лінійно-квадратичного регулятора зведено до рівняння Ріккаті. Для одного випадку було отримано розв’язок рівняння Ріккаті і проведено побудову графічних залежностей, які відповідають отриманому оптимальному керуванню. Аналіз графічних залежностей дав змогу встановити недоліки і переваги отриманого оптимального керування. Серед переваг встановлено плавність руху системи та забезпечення нульового значення рушійного зусилля на початку руху. Це дозволяє зменшити навантаженість динамічними зусиллями приводу механізму переміщення крана та його металоконструкції. Серед недоліків оптимального керування – значна швидкість наростання рушійного зусилля на початку руху, що може викликати складнощі при реалізації оптимального керування на практиці, а також перерегулювання швидкості руху крана.
Багатократне розв’язування рівняння Ріккаті дало змогу отримати масиви даних для тренування, валідації та тестування штучної нейронної мережі, яка розглядається як універсальний апроксиматор розв’язків рівняння Ріккаті. Описано процес нормалізації даних та формування навчальних пар.
Всі дані стосовно оптимальних значень коефіцієнтів регулятора отримані для мас вантажу, які змінювались у межах 60…25000 кг і довжин гнучкого підвісу, які змінювались у межах 1.2…12 м. Крім того, у межах -5…-30 змінювався показник степеня вагового коефіцієнта, який відповідає за важливість мінімізації швидкості зміни рушійного зусилля.
Посилання
Romasevych Y., Loveikin V., Bakay B. (2023). A Real-World Benchmark Problem for Global Optimization. Cybernetics and Information Technologies, Issue 3(3), 23–39.
Loveikin, V.S., Romasevich, Yu. A., Khoroshun, S.A., Shevchuck, A.G. (2018). Time-optimal control of a simple pendulum with a movable pivot. Part 1. International Ap-plied Mechanics, Vol. 54, No. 3, 358–365.
Yoshida Y. (2011). Feedback Control and Time-Optimal Control about Overhead Crane by Visual Servo and These Combination. In book Control – Intelligent Mechatronics, 103–118.
Yiming W., Ning S., He C., Jianyi Z., Yongchun F. (2018). Nonlinear time-optimal trajectory planning for varying rope-length overhead cranes. Assembly Automation, Vol. 35, no 5, 587-594.
Romasevych Y. Loveikin V. Ohiienko M., Shymko L., Łukawiecki K. (2021). Innovation management in agriculture. Agrotronics and design of optimal controllers based on new modifications of particle swarm optimization: Monograph, 122.
Abdulhamid I.B., Muhammad M., Khaleel A.I. (2019). Control of a Double Pendulum Crane System Using PSO-Tuned LQR. 2019 2nd International Conference of the IEEE Nigeria Computer Chapter (NigeriaComputConf). pp. 1-8.
Bandong S., Rizky C.K., Yul Y.N., Joelianto E. (2022). Optimal Gantry Crane PID Controller Based on LQR With Prescribed Degree of Stability by Means of GA, PSO, and SAC. Conference Paper, 1-6.
Prabaningtyas S., Mardlijah. (2022). Linear Quadratic Gaussian (LQG) for stability control of single payload overhead crane system. AIP Conference Proceedings 2641, 030004.
Mohammed A.M., Maguire M., Kyungki K. (2020). Simulated Annealing Algorithm Based Tuning of LQR Controller for Overhead Crane. 2020 IEEE 13th International Conference on Developments in eSystems Engineering (DeSE), 37-42.
Tung L.N., Hong Q.N., Minh D.D. (2021). Payload motion control for a varying length flexible gantry crane, Automatika. 62:3-4, 520-529.
Shichen S., Juhao S., Yu H.N., Ching-Wei C. (2024). Double-Pendulum Tower Crane Trolley Trajectory Planning: A Parameter Based Time-Polynomial Optimization. 41st International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC), 213-219.
Russ Tedrake. (2024). Linear Quadratic Regu-lators. Underactuated Robotics. Algorithms for Walking, Running, Swimming, Flying, and Manipulation. URL: https://underactuated.mit.edu/lqr.html
LQR-problem solutions.txt. URL: https://drive.google.com/file/d/1RfFinCWhDwn2m9W5MUsd25bsM0_jM0dX/view?usp=sharing
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Yuriy Romasevych, Kostiantyn Pochka, Dmytro Mishchuk
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Право авторства належить авторам статей. Невиключні права на першу публікацію матеріалів статті автори передають редакції журналу «Гірничі, будівельні, дорожні та меліоративні машини» на умовах угоди з авторами згідно ліцензії Creative Commons CC BY 4.0. При цьому авторри мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Запозичення матеріалів повністю або частково можливе з посиланням на вихідні дані журналу з обов'язковою вказівкою правовласника та імен авторів статей. При створенні на основі опублікованих у журналі статей нових матеріалів, цитуванні або перекладі фрагментів статей з метою їхнього цитування необхідно посилатися на першоджерела з дотриманням правил цитування.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з такими умовами:
- автори зберігають за собою авторські права на роботу та передають журналу право першої публікації разом із роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати цю роботу з обов'язковим зазначенням авторства цієї роботи та посиланням на оригінальну публікацію у цьому журналі.
- автори зберігають за собою право укладати окремі додаткові контрактні угоди на неексклюзивне розповсюдження версії роботи, опублікованої в цьому журналі (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.
- авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховищі або на їхньому персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даним журналом, оскільки це може призвести до продуктивного обговорення, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивися The Effect of Open Access).
Дозвіл на повторне використання визначається наступною користувальницькою ліцензією:
- Creative Commons Attribution (CC BY 4.0): дає можливість іншим поширювати і копіювати статтю, створювати уривки, реферати та інші виправлені версії, адаптації або похідні роботи зі статті (наприклад, переклад) для включення в колективну роботу (наприклад, монографію), для пошуку тексту або даних в статті, навіть в комерційних цілях, за умови, що вони вказують автора (ів), не змінюють статтю в такий спосіб, щоб завдати шкоди честі або репутації автора.
