Интеллектуальные системы управления процессом уплотнения

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Библиографические ссылки

1. Wilson E. A Practical Switching Loss Model for Buck Voltage Regulators / Zhiliang, Z., Yan-Fei, L., Pa-resh C. S. // IEEE Trans. Power Electron. 2009.Vol. 24. No. 3. P. 700-713.

2. Rodr'iguez, M. An Insight into the Switching Process of Power MOSFETs: An Improved Analytical Losses

Model / Rodr'iguez, A., Fern'andez, P. M., Gonz'alez, D. L., Sebasti'an, J. Z. // IEEE Trans. Power Electron. 2010.Vol. 25. No. 6. P. 1626-1640.

© Каржаев А. С., Мацук Н. В., 2013

УДК 669.713.7

О. Г. Клевцова Научные руководители - В. И. Иванчура, А. П. Прокопьев Сибирский федеральный университет, Красноярск

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УПЛОТНЕНИЯ

В настоящее время, специалисты, причастные к сооружению дорожных объектов, пришли к выводу, что уплотнение является ключевой технологической операцией по своей значимости и влиянию на эффективность вкладываемых средств, качество, надежность и долговечность всего дорожного сооружения.

Повышение эффективности управления дорожными катками является основной и постоянной задачей при их конструировании и эксплуатации. Постоянно повышается производительность, увеличивается срок эксплуатации, наращивается надежность. Вместе с этим во многом детерминированными остаются методы и алгоритмы управления этими машинами. В первую очередь на это влияние оказывают кинематические характеристики и конструктивные особенности, от которых, в свою очередь, зависят методы и алгоритмы управления. Традиционно и технологически складывалось так, что в управлении и во взаимодействии машины со средой участвует оператор (либо его виртуальное присутствие, выраженное в виде алгоритмов контроля и управления) и все управление зависит от его мастерства и от эффективности выполняемых алгоритмов системой управления. Некоторые функции управления машиной переносились на регуляторы и автоматы, но они лишь являлись некоторыми продолжениями возможностей человека, а никак не заменяющие и исключающие его из операций принятия оперативных и стратегических решений по управлению. Тем более ни одна микропроцессорная система не способна обобщать предыдущие этапы, режимы, периоды, смены, сезоны и т. п. работы с последующей оптимизацией управления. Все известные системы управления дорожными катками строились по принципу оптимального управления по сколь угодно сложному алгоритму лишь с условиями устойчивости, наблюдаемости.

Следовательно, встала задача по совершенствованию и модернизации уже имеющихся систем управления. Одним из примеров такого совершенствования является внедрение нечеткого регулирования в управление виброкатком. Это управление основывается на алгоритмах нечетких множеств. Таким образом, мы получаем «умный каток», подстраивающийся под изменяющиеся параметры среды.

Подобные катки уже существуют в природе. В настоящее время компании Аттапп, Bomag, Бупарае,

Hamm, Sakai выпускают катки на основе интеллектуального уплотнения. Перед конструкторами этих компаний стоит не только задача сделать каток, способный адаптировать параметры воздействий на уплотняемый материал, свойства которого изменяются со временем, но и совершенствование вибрационных катков по таким направлениям, как повышение эргономических и экологических показателей, безопасности работы; повышение надежности, ремонтопригодности и удобства обслуживания, повышения уплотняющей способности, повышение удобства обслуживание и расширение функциональных возможностей.

Конечно же, наибольший интерес представляет задача наилучшего уплотнения асфальтобетона, являющаяся наиболее сложной, так как в ее решении невозможно применить методы с других отраслей машиностроения.

Управлять уплотнением можно посредством изменения веса, приходящегося на вибрационный модуль, чего можно достичь балластировкой водой или грузами и изменением размера база катка; изменением формы и площади контактируемой поверхности за счет естественного частичного выглубления вальцов по мере уплотнения грунта. Это что касается регулирования статической составляющей давления катка.

Регулирование динамической составляющей можно осуществить, регулируя вынуждающие усилие вибровозбудителя, изменяя вектор направленный колебаний, изменяя рабочую скорость.

Расширяя функционал возможностей для удобства обслуживания и решения поставленный задач используется GPS и ГЛОНАСС навигация, данные полученный со спутника, помогают управлять катком с диспетчерского пункта.

Важной задачей является выбор конкретных параметров катка в условиях реального времени. В этом и помогает «интеллектуализация», которая помогает исключить ошибки, связанные с неправильным выбором режима работы машины, что исключит недоуп-лотнение и переуплонение материала.

Существуют и отечественные разработки в данном направлении. В конструкции вибрационного катка ДУ-111 в качестве дополнительной опции предлагается прибор «Баллада». Этот прибор позволяет определить относительную, а после калибровки и полу-

Секция «Автоматика и электроника»

ченную абсолютную плотность грунта. Одновременно контролируется поперечный крен катка, температура рабочей жидкости, автоматический контроль включения/выключения вибратора при остановки/движении катка, регистрируются данные о частоте вращения вальца, наработка двигателя и пройденный путь.

Можно сказать, что первые шаги в России по созданию «Умного катка» сделаны. Но спектр нерешен-

ных задач достаточно широк, а именно, уплотнение, учитывающие параметры уплотняемой среды; нечеткое регулирование обратной связи, полностью автоматическая система уплотнения. Эти задачи открыты для исследований и решений.

© Клевцова О. Г., 2013

УДК 625.855.3

А. Д. Петров

Научный руководитель - В. И. Иванчура, А. П. Прокопьев Сибирский федеральный университет, Красноярск

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УПЛОТНЕНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННОЙ СМЕСИ ДОРОЖНЫМ КАТКОМ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

Рассматриваются модели процесса уплотнения асфальтобетонной смеси и системы автоматического управления режимами вибрационного катка с нечетким регулятором. Система автоматического управления; имитационная модель процесса уплотнения; нечеткий регулятор; реологическая модель; ускорение деформации.

Главные недостатки российской дорожной отрасли - малое количество и низкое качество автомобильных дорог с асфальтобетонным покрытием.

Научной задачей совершенствования процесса уплотнения асфальтобетонных покрытий является разработка системы автоматического управления (САУ) на основе современных достижений науки и техники. Развитие САУ дорожных катков на основе внедрения результатов теоретических и экспериментальных исследований, современных информационных технологий, навигационных систем вР8/ГЛОНАСС, с учетом динамики подсистем привода, является актуальной задачей.

Цель работы: разработка адаптивной системы автоматического управления режимами работы вибрационного асфальтового катка на основе нечеткой логики.

Рабочий процесс вибрационного катка характеризуется многократными воздействиями вальцом (вальцами) на уплотняемый материал с повторяющимися проходами для достижения требуемой плотности асфальтобетонного покрытия. Уплотняемая среда характеризуется сложными процессами из-за непрерывного изменения характеристик при деформации упруго-вязко-пластической среды, изменения температуры уплотняемого слоя во времени, и других факторов, что требует постоянного внимания со стороны оператора за управлением режимами работы вибрационного катка. Обеспечение эффективной работы дорожных катков возможно только за счет автоматизации технологических процессов.

Учитывая повышенный уровень сложности математического описания процесса уплотнения на основе априорной информации, из-за нелинейности динамической системы объекта управления, стохастического изменения характеристик уплотняемой среды, при разработке систем управления предпочтительным является использование методов искусственного ин-

теллекта. Известно [1], что традиционные ПИД-регуляторы, имеют плохие показатели качества при управлении нелинейными и сложными системами, а также при недостаточной информации об объекте управления. Характеристики регуляторов в этих случаях можно улучшить с помощью методов нечеткой логики и нейронных сетей.

Выбор для управления нечеткого регулятора дорожным катком связан с особенностями характеристик уплотняемой среды при изменении температуры. Асфальтобетонная смесь характеризуется как стохастическая динамическая система. При разработке нечеткого регулятора учтены следующие параметры: температура смеси, плотность смеси, скорость движения катка, статическая нагрузка на валец, частота и амплитуда вибраций вальца, масса вальца и катка в целом.

На рис. 1 представлена функциональная схема системы автоматического управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным дорожным катком [2].

Рис. 1. Функциональная схема системы автоматического управления