Нелинейное квазиоптимальное управление ленточным конвейером комплекса напольного хранения зерна

Abstract

В настоящее время все большее распространение получают комплексы напольного хранения зерна. Одним из наиболее энергоёмких узлов является ленточный конвейер для равномерного распределения зерна по всей длине комплекса. Наиболее энергоэффективным режимом работы такого конвейера является режим стабилизации производительности. В то же время,практическая реализация систем управления для стабилизации количества зерна является относительно сложной задачей. Датчики для непосредственного измерения объема сыпучих грузов требуют значительных капиталовложений и в сельскохозяйственных комплексах применяются крайне редко. Другой проблемой, препятствующей использованию данного оборудования, является сложность разработки самого алгоритма управления загрузкой конвейера вследствие наличия звена чистого запаздывания в контуре регулирования. Целью исследования является разработка близкой к оптимальной системы управления производительностью ленточного конвейера, обеспечивающей снижение энергопотребления комплекса. При этом, для получения алгоритма управления использован метод Беллмана–Ляпунова с использованием концепции метода «погружения». Исходная задача синтеза для нелинейного объекта представлена в виде семейства линейных задач аналитического конструирования. Далее осуществлено «сшивание» полученных решений на основе закона оптимального изменения коэффициентов обратных связей. В результате, для контура стабилизации производительности конвейера полученный регулятор описывается нелинейной зависимостью от переменных состояния. Преимущество использования синтезированного регулятора подтверждается результатами цифрового моделирования конвейера транспортировки зерна. \ Нині дедалі більшого поширення набувають комплекси підлогового зберігання зерна. Одним із найбільш енергоємних вузлів є стрічковий конвеєр для рівномірного розподілу зерна по всій довжині комплексу. Найбільш енергоефективним режимом роботи такого конвеєра є режим стабілізації продуктивності. Водночас, практична реалізація систем управління для стабілізації кількості зерна є відносно складним завданням. Датчики для безпосереднього вимірювання об'єму сипучих вантажів потребують значних капіталовкладень і на сільськогосподарських комплексах застосовуються вкрай рідко. Іншою проблемою щодо використання даного обладнання є складність розробки самого алгоритму управління завантаженням конвеєра через наявність ланки чистого запізнювання в контурі регулювання. Метою дослідження є розробка близької до оптимальної системи управління продуктивністю стрічкового конвеєра, що забезпечує зниження енергоспоживання комплексу. При цьому для отримання алгоритму управління використаний метод Беллмана-Ляпунова з використанням концепції методу «занурення». Вихідну задачу синтезу для нелінійного об'єкта подано у вигляді сімейства лінійних задач аналітичного конструювання. Далі здійснено «зшивання» отриманих рішень на основі закону оптимальної зміни коефіцієнтів зворотних зв'язків. У результаті, для контуру стабілізації продуктивності конвеєра отриманий регулятор, який описується нелінійною залежністю від змінних стану. Перевага використання синтезованого регулятора підтверджується результатами цифрового моделювання конвеєра транспортування зерна. \ At present, the floor grain storage complexes are increasingly distributed. One of the most power-consuming units is a conveyor belt for uniform grain distribution throughout the length of the complex. The most energy efficient mode of operation of such a conveyor is productivity stabilization mode. At the same time, the practical implementation of control systems to stabilize the amount of grain is a relatively difficult task. Sensors for the direct measurement of the volume of bulk cargo require significant investment and in agricultural complexes are used extremely rarely. Another problem hindering the use of this equipment is the design complexity of the control algorithm conveyor loading due to the presence of pure delay link in the control loop. The aim of the research is developing of the optimal control system for the productivity of the belt conveyor, which ensures a reduction in the energy consumption of the complex. In this case, the Bellman-Lyapunov method to obtain the control algorithm using the concept of the immersion method was used. The initial synthesis problem for a nonlinear object in the form of a family of linear tasks of analytical construction is represented. At the final stage of the regulator construction, "sewing" of the solutions on the basis of the law of optimal change of the feedback coefficients was carried out. As a result, for the conveyor productivity stabilizing loop, obtained regulator by a nonlinear law on the state variables is described. The advantage of using a synthesized regulator by the results of a numerical simulation of a grain conveyor is confirmed.