SYNERGIC SYSTEM OF FUZZY CONTROL FOR SUSPENDED LOAD
Authors: Подвальный С.Л. , Калтырина А.А. , Васильев Е.М. 
Published: August 2022

Рассматривается задача перемещения подвешенного груза без колебаний. На основе уравнений Лагранжа для обобщённых координат получена математическая модель системы “каретка-груз”, продемонстрированы существенная нелинейность модели и нестационарность её параметров. Сделан вывод о целесообразности решения поставленной задачи на основе синергетических принципов многоальтернативного управления, которые бы позволили формировать управление с максимальным использованием траекторий собственного движения объекта. С этой целью проведён анализ физического содержания процесса перемещения груза и установлено, что для реализации плоскопараллельного перемещения системы начало движения необходимо осуществлять в несколько этапов: приложить первоначальное силовое воздействие на каретку для трогания её с места, затем снять воздействие и обеспечить свободное движение груза и снова сообщить каретке ускорение с целью выравнивания её скорости со скоростью груза с последующим переходом к движению без раскачиваний. Для останова груза без колебаний достаточно создать симметричную последовательность команд с обратным знаком. Указанное управление предложено построить на основе нечётких процедур принятия решений, хорошо зарекомендовавших себя в условиях нестационарности параметров объекта. Сформировано множество входных и выходных лингвистических переменных регулятора и определён перечень нечётких величин, необходимых для реализации синергетического управления. Предложено разделить функции каналов обратной связи по угловому положению груза и его угловой скорости, определив для первого из них основную задачу компенсации колебаний, а для второго - функцию переключения режимов разгона и торможения. Полученный алгоритм нечёткого управления по своей простоте и физическому содержанию оказался близким к неформальным приёмам разгона и торможения грузов под управлением оператора-человека. Отмечено сходство этого алгоритма с оптимальным управлением, синтезируемым на основе принципа максимума по критерию быстродействия. Представлены результаты проверки работоспособности системы на имитационной модели и подтверждена эффективность предложенных алгоритмов управления
The article considers the problem of moving a suspended load without swinging. On the basis of the Lagrange equations for generalized coordinates, we obtained a mathematical model of the carriage-load system, demonstrated the significant nonlinearity of the model and the nonstationarity of its parameters. We made the conclusion about the expediency of solving the problem on the basis of a synergistic approach, which will allow the formation of control with the maximum use of the object's own movement. For this purpose, we carried out an analysis of the physical content of the process of moving the load and found that in order to implement the plane-parallel movement of the system, the start of movement must be carried out in several stages: apply an initial force effect on the carriage to move it from its place, then remove the effect and ensure the free movement of the load, and again give the carriage an acceleration in order to equalize its speed with the speed of the load, followed by a transition to motion without swaying. To stop the load without swinging, it is enough to create a symmetrical sequence of commands with the opposite sign. We proposed to build the specified control on the basis of fuzzy decision-making procedures that have proven themselves well in the conditions of non-stationary parameters of the object. We formed a set of input and output linguistic variables of the regulator and determined a list of fuzzy values necessary for the implementation of synergistic control. We proposed to divide the functions of feedback channels according to the angular position of the load and its angular velocity, defining for the first of them the main function of oscillation compensation, and for the second - the function of switching acceleration and deceleration modes. The resulting fuzzy control algorithm in its simplicity and physical content turned out to be close to informal methods of acceleration and deceleration of loads under the control of a human operator. We noted the similarity of this algorithm with the optimal control synthesized on the basis of the maximum principle with respect to the performance criterion. We checked the operability of the proposed system on a simulation model, and confirmed its effectiveness