Разработка модели системы управления процессом уплотнения асфальтобетонной смеси дорожным катком на основе нечеткой логики

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

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Основная функция блока нечеткой логики - формирование задающего воздействия для системы гидропривода. Использование методов нечеткого управления позволяет получить качественный переходный процесс без использования громоздких вычислительных процедур по классическому методу управления с использованием градиентного алгоритма или других методов оптимизации.

Для моделирования была выбрана конечная фаза укатки асфальтобетонной смеси типа В: время работы 0,07 с; температура смеси понижается с 85 оС до 60 оС; Ку = 0,98 - 1,0. На основе рекомендаций по уплотнению асфальтобетонных смесей были сформулированы следующие правила:

1. IF temperature = begin OR skorost = up THEN chastota = low;

2. IF temperature = middle OR skorost = forward THEN chastota = medium;

3. IF temperature = final OR skorost = down THEN chastota = high.

Графики выполнения правил нечеткого регулятора показан на рис. 2.

Заключение. Разработана модель нечеткой системы автоматического управления режимами работы вибрационного катка с учетом реологических характеристик среды.

Рис. 2. Графики выполнения правил нечеткого регулятора

Библиографические ссылки

1. Денисенко В. В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации // СТА. 2006. № 4, 5. С. 66-74.

2. Иванчура В. И., Прокопьев А. П., Емельянов Р. Т. и др. Модель адаптивной системы управления режимами работы вибрационного асфальтового катка с нечетким регулятором // Строительные и дорожные машины. 2012. № 9. С. 39-45.

© Петров А. Д., 2013

УДК 621.31:629.78

С. С. Пост Научный руководитель - В. И. Иванчура Сибирский федеральный университет, Красноярск

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНТРОЛЛЕРА СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Разработана энергетическая модель контроллера солнечной батареи. Методика моделирования и исследования энергетических процессов использует информационную систему поддержки автоматизированного проектирования и МЛТЬЛБ 7.9.

Автономные системы электропитания на основе солнечных батарей (СБ) находят все более широкое применение. Это связано, во-первых, с тем, что в последние десятилетия значительно расширяется спектр электротехнических устройств и приборов, применяемых в различных областях деятельности человека и, во-вторых, со значительным снижением стоимости солнечных батарей. В состав таких систем, помимо, собственно, СБ входит аккумуляторная батарея (АБ), кабельная сеть, коммутатор нагрузки и контроллер солнечной батареи, выполняющий при избытке мощности СБ функции поддержания заданных тока заряда или зарядного напряжения АБ, а при дефиците мощности СБ обеспечивает режим отбора максимальной мощности от СБ.

Для разработки математической модели системы необходимы модели составляющих её элементов. С разработанной моделью солнечной батареи можно ознакомиться в [1]. В качестве модели аккумуляторной батареи используется модель литий-ионной батареи, входящая в состав библиотеки SimPowerSystems пакета Ма^аЬ 7.9 [2]. Модель контроллера солнечной

батареи рассматривается в настоящей работе. Логика функционирования модели должна обеспечивать:

- работу контроллера в режиме экстремального регулирования мощности СБ при дефиците мощности СБ;

- заряд АБ постоянным током задаваемой величины 1з при избытке мощности СБ;

- заряд АБ снижающимся током при достижении напряжения АБ задаваемого уровня Пабшах в условиях избытка мощности СБ.

На рис. 1 представлена система, состоящая из солнечной батареи (её номинальные параметры: ихх = 22 В, 1кз = 3.5 А, Ртах = 63 Вт), контроллера солнечной батареи и аккумуляторной батареи, собранная в пакете Ма^АВ 7.9. [3]

Входящий в состав контроллера пошаговый экстремальный регулятор мощности производит поиск максимальной мощности с частотой шагов опроса 200 Гц.

Рассмотрим работу системы в целом. На рис. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу системы. Пусть на временном интервале и ^ t2 мощность, генерируемая СБ превышает мощность АБ. Соответственно, система находится в режиме за-