O sterowaniu nieliniowymi obiektami dynamicznymi MIMO w przełączalnej strukturze liniowych regulatorów modalnych

• Autorzy: Bańka S. , Dworak P. , Brasel M.

Warianty tytułu

EN

On control of nonlinear dynamic MIMO plants using a switchable structure of linear modal controllers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawia się wieloregulatorową, przełączalną strukturę układu sterowania nieliniowymi obiektami dynamicznymi MIMO na przykładzie sterowania położeniem statku wiertniczego z wykorzystaniem nieliniowego modelu wolnozmiennych ruchów statku nad punktem wiercenia w trzech stopniach swobody ruchu (3DOF). W proponowanej strukturze układu wykorzystuje się zestaw liniowych regulatorów modalnych współpracujących z dodatkowym układem sterowania w pętli otwartej, odsprzęgniętym statycznie lub dynamicznie. Syntezy układu dokonuje się poprzez linearyzację przyjętego opisu obiektu sterowania w nominalnych "punktach pracy", zależnych od zadawanego kąta kursowego statku i wartości prądu morskiego. Prezentowane wyniki badań dotyczą trzech odmian przełączalnej struktury układu: (i) klasycznej, z regulatorami modalnymi przełączanymi w momencie zmiany wartości sygnałów odniesienia gdy powodują one zmianę "punktu pracy" układu oraz nieklasycznej, w której regulatory modalne są przełączane dopiero po zadziałaniu pomocniczego układu sterowania, odsprzęgniętego (ii) statycznie lub (iii) dynamicznie. Działanie zaproponowanych odmian układów sterowania zilustrowano przykładami symulacji z nieliniowym modelem ruchów statku wiertniczego WIMPEY SEALAB w środowisku MATLAB/Simulink.

EN

In the paper a multicontroller-based switchable control system structure is proposed to control nonlinear MIMO plants. The considered structure contains a set of linear feedback controllers operating together with an additional, decoupled loop of the control system. The nonlinear model of low-frequency (LF) motions of a drilling vessel in three degrees of freedom (3DOF) on the sea surface is used as a MIMO plant to be controlled. The system synthesis is carried out by linearisation of the adopted nonlinear plant model at its nominal "working points" that depend on the preset ship yaw angle and the see current velocity. The investigation results presented concern three types of switched structures: (i) the classic one with a set of (stable) modal controllers switched at the moment of changing the reference signals with subsequent changes of the system "working point", and the non-classic structure in which modal controllers are switched after running an auxiliary decoupled control loop either statically (ii) or dynamically (iii). Performance of the proposed control systems is illustrated by examples of simulation results carried out in MATLAB/Simulink using the nonlinear model of motions of the WIMPEY SEALAB drilling vessel.

Słowa kluczowe

PL

wielowymiarowe układy sterowania MIMO; układy nieliniowe; sterowanie modalne; odsprzęganie statyczne; odsprzęganie dynamiczne

EN

multivariable control systems; nonlinear plants; modal control; static decoupling; dynamic decoupling

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 5
• Strony: 385--391
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Bańka S.

autor

Dworak P.

autor

Brasel M.

• Katedra Automatyki Przemysłowej i Robotyki, Wydział Elektryczny, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, ul. Sikorskiego 37, 70-313 Szczecin,

Bibliografia

• [1] Gierusz W.: Synteza wielowymiarowych układów sterowania precyzyjnego ruchem statku z wykorzystaniem wybranych metod projektowania układów odpornych. Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2005.
• [2] Aström K., Wittenmark B.: Adaptive control. Addison Weseley, 1995.
• [3] Tatjewski P.: Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych. Monografie KAiR PAN, Tom 5, EXIT, Warszawa 2002.
• [4] Busłowicz M.: Odporna stabilność układów dynamicznych liniowych stacjonarnych z opóźnieniami. Monografie KAiR PAN, Tom 1, Dział Wydawnictw i Poligrafii Politechniki Białostockiej, Białystok 2000.
• [5] Zwierzewicz Z.: Nonlinear adaptive tracking-control synthesis for general linearly parametrized systems. In Automation and Robotics Sciyo Book, Chapter 22, May 2008.
• [6] Fabri S., Kadrikamanathan V.: Functional adaptive control. An intelligent systems approach. Springer-Verlag, Berlin 2001.
• [7] Tzirkel-Hancock E., Fallside F.: Stable control of nonlinear systems using neural networks. Int. J. of Robust and Nonlinear Control, vol. 2, 1992, s. 63-86.
• [8] Jordan A., Kaczorek T., Myszkowski P.: Linearyzacja nieliniowych równań różniczkowych. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 2007.
• [9] Brasel M.: Adaptacyjne sterowanie nieliniowym modelem statku wiertniczego w układzie ze strojonym regulatorem optymalnym LQ. Praca dyplomowa magisterska. Wydział Elektryczny ZUT w Szczecinie, Szczecin 2009.
• [10] Vidyasagar M.: Control system synthesis. A factorization approach. MIT Press, Cambrigde-Massachusetts 1985.
• [11] Wise D. A., W. English J.: Tank and wind tunnel tests for a drill-ship with dynamic position control. Offshore Technology Conference, No OTC 2345, Dallas Texas 1975.
• [12] Dworak P.: Dynamiczne odsprzęganie wielowymiarowych obiektów o jednakowej i niejednakowej liczbie wejść i wyjść w ujęciu wielomianowym, Praca doktorska, Politechnika Szczecińska, Wydział Elektryczny, Szczecin 2005.
• [13] Bańka S.: Sterowanie wielowymiarowymi układami dynamicznymi. Ujęcie wielomianowe. Monografie KAiR PAN, Tom 11, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 2007.
• [14] Bańka S., Latawiec K.: On steady state terror free regulation of right invertible LTI MIMO plants. 14th Int. Conf. on Methods and Models in Automation and Robotics, 18-21 August 2009, Międzyzdroje, CD, Paper #152.
• [15] Bańka S., Dworak P.: Dynamiczne i statyczne odsprzęganie układów sterowania manualnego na przykładzie modelu statku wiertniczego. Praca zbiorowa „Sterowanie i automatyzacja: Aktualne problemy i ich rozwiązania”. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2008, s. 36-45.