Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant
A multicriteria parametric optimization of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous plant has been developed to increase accuracy and reduce sensitivity to uncertain plant parameters. Such plants are mounted on a moving base, on which sensors for angles, angular...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Journal of Mechanical Engineering
2023
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/288992 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Репозитарії
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-288992 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. |
| spellingShingle |
Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant |
| author_facet |
Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. |
| author_sort |
Кузнецов, Б. І. |
| title |
Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant |
| title_short |
Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant |
| title_full |
Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant |
| title_fullStr |
Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant |
| title_full_unstemmed |
Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant |
| title_sort |
multicriteria parametric optimization of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous plant |
| title_alt |
Багатокритеріальна параметрична оптимізація робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом Багатокритеріальна параметрична оптимізація робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом |
| description |
A multicriteria parametric optimization of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous plant has been developed to increase accuracy and reduce sensitivity to uncertain plant parameters. Such plants are mounted on a moving base, on which sensors for angles, angular velocities and angular accelerations are installed. To increase the accuracy of control, systems with two degrees of freedom, which include control with feedback and a closed-loop, and with direct connections and open-loop control of the setting and disturbing effects, are used. The multicriteria optimization of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous plant is reduced to the solution of the Hamilton-Jacobi-Isaacs equations. The robust control target vector is calculated as a solution of a zero-sum antagonistic vector game. The vector payoffs of this game are direct indexes performance vector presented in the system in different modes of its operation. The calculation of the vector payoffs of this game is related to the simulation of the synthesized nonlinear system for different operating modes of the system, input signals and values of the plant parameters. The solutions of this vector game are calculated on the basis of the system of Pareto-optimal solutions, taking into account the binary relations of preferences, on the basis of the stochastic metaheuristic of Archimedes optimization algorithm by several swarms. Thanks to the synthesis of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous object, it is shown that the use of synthesized controllers made it possible to increase the accuracy of control of an electromechanical system with distributed parameters of the mechanical part to reduce the time of transient processes by 1.5–2 times, reduce dispersion of errors by 1.3 times and reduce the sensitivity of the system to changes in the plant parameters in comparison with typical controllers used in existing systems. Further improvement of control accuracy is restrained by energy limitations of executive mechanisms and information limitations of measuring devices. |
| publisher |
Journal of Mechanical Engineering |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/288992 |
| work_keys_str_mv |
AT kuznecovbí multicriteriaparametricoptimizationofnonlinearrobustcontrolwithtwodegreesoffreedombyadiscretecontinuousplant AT bovdujív multicriteriaparametricoptimizationofnonlinearrobustcontrolwithtwodegreesoffreedombyadiscretecontinuousplant AT vološkoov multicriteriaparametricoptimizationofnonlinearrobustcontrolwithtwodegreesoffreedombyadiscretecontinuousplant AT níkítínatb multicriteriaparametricoptimizationofnonlinearrobustcontrolwithtwodegreesoffreedombyadiscretecontinuousplant AT kobilânsʹkijbb multicriteriaparametricoptimizationofnonlinearrobustcontrolwithtwodegreesoffreedombyadiscretecontinuousplant AT kuznecovbí bagatokriteríalʹnaparametričnaoptimízacíârobastnogokeruvannâzdvomastupenâmisvobodidiskretnokontinualʹnimobêktom AT bovdujív bagatokriteríalʹnaparametričnaoptimízacíârobastnogokeruvannâzdvomastupenâmisvobodidiskretnokontinualʹnimobêktom AT vološkoov bagatokriteríalʹnaparametričnaoptimízacíârobastnogokeruvannâzdvomastupenâmisvobodidiskretnokontinualʹnimobêktom AT níkítínatb bagatokriteríalʹnaparametričnaoptimízacíârobastnogokeruvannâzdvomastupenâmisvobodidiskretnokontinualʹnimobêktom AT kobilânsʹkijbb bagatokriteríalʹnaparametričnaoptimízacíârobastnogokeruvannâzdvomastupenâmisvobodidiskretnokontinualʹnimobêktom |
| first_indexed |
2024-06-01T14:44:49Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:44:49Z |
| _version_ |
1800670375949893632 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-2889922024-04-20T06:15:51Z Multicriteria Parametric Optimization of Nonlinear Robust Control with Two Degrees of Freedom by a Discrete-Continuous Plant Багатокритеріальна параметрична оптимізація робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом Багатокритеріальна параметрична оптимізація робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом Кузнецов, Б. І. Бовдуй, І. В. Волошко, О. В. Нікітіна, Т. Б. Кобилянський, Б. Б. A multicriteria parametric optimization of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous plant has been developed to increase accuracy and reduce sensitivity to uncertain plant parameters. Such plants are mounted on a moving base, on which sensors for angles, angular velocities and angular accelerations are installed. To increase the accuracy of control, systems with two degrees of freedom, which include control with feedback and a closed-loop, and with direct connections and open-loop control of the setting and disturbing effects, are used. The multicriteria optimization of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous plant is reduced to the solution of the Hamilton-Jacobi-Isaacs equations. The robust control target vector is calculated as a solution of a zero-sum antagonistic vector game. The vector payoffs of this game are direct indexes performance vector presented in the system in different modes of its operation. The calculation of the vector payoffs of this game is related to the simulation of the synthesized nonlinear system for different operating modes of the system, input signals and values of the plant parameters. The solutions of this vector game are calculated on the basis of the system of Pareto-optimal solutions, taking into account the binary relations of preferences, on the basis of the stochastic metaheuristic of Archimedes optimization algorithm by several swarms. Thanks to the synthesis of nonlinear robust control with two degrees of freedom by a discrete-continuous object, it is shown that the use of synthesized controllers made it possible to increase the accuracy of control of an electromechanical system with distributed parameters of the mechanical part to reduce the time of transient processes by 1.5–2 times, reduce dispersion of errors by 1.3 times and reduce the sensitivity of the system to changes in the plant parameters in comparison with typical controllers used in existing systems. Further improvement of control accuracy is restrained by energy limitations of executive mechanisms and information limitations of measuring devices. Розроблено багатокритеріальну параметричну оптимізацію нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом для підвищення точності і зниження чутливості до невизначених параметрів об’єкта. Такі об’єкти розміщені на рухомій основі, на якій встановлені датчики кутів, кутових швидкостей і кутових прискорень. Для підвищення точності керування використовуються системи із двома ступенями свободи, які включають керування із зворотним зв’язком і замкнутим контуром і із прямими зв’язками і розімкненими контурами керування по задаючому та збурюючому впливам. Багатокритеріальна оптимізація нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом зведена до рішення рівнянь Гамільтона-Якобі-Айзекса. Вектор цілі робастного керування обчислюється у вигляді рішення антагоністичної векторної гри з нульовою сумою. Векторні виграші цієї гри – це прямі вимоги, які висуваються до системи в різних режимах її роботи. Розрахунок векторних виграшів цієї гри пов’язаний із моделюванням синтезованої нелінійної системи для різних режимів роботи системи, вхідних сигналів і значень параметрів об’єкта. Рішення цієї векторної гри розраховуються на основі системи Парето-оптимальних рішень з урахуванням бінарних відношень переваг на основі стохастичного метаевристичного алгоритму Архімеда оптимізації кількома роями. Завдяки синтезу нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом показано, що використання синтезованих регуляторів дозволило підвищити точність керування електромеханічною системою з розподіленими параметрами механічної частини для зменшення часу перехідних процесів в 1,5–2 рази, зменшити дисперсію помилок в 1,3 рази і знизити чутливість системи до зміни параметрів об’єкта в порівнянні з типовими регуляторами, які використовуються в існуючих системах. Подальше підвищення точності керування стримується енергетичними обмеженнями виконавчих механізмів й інформаційними обмеженнями вимірювальних приладів. Розроблено багатокритеріальну параметричну оптимізацію нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом для підвищення точності і зниження чутливості до невизначених параметрів об’єкта. Такі об’єкти розміщені на рухомій основі, на якій встановлені датчики кутів, кутових швидкостей і кутових прискорень. Для підвищення точності керування використовуються системи із двома ступенями свободи, які включають керування із зворотним зв’язком і замкнутим контуром і із прямими зв’язками і розімкненими контурами керування по задаючому та збурюючому впливам. Багатокритеріальна оптимізація нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом зведена до рішення рівнянь Гамільтона-Якобі-Айзекса. Вектор цілі робастного керування обчислюється у вигляді рішення антагоністичної векторної гри з нульовою сумою. Векторні виграші цієї гри – це прямі вимоги, які висуваються до системи в різних режимах її роботи. Розрахунок векторних виграшів цієї гри пов’язаний із моделюванням синтезованої нелінійної системи для різних режимів роботи системи, вхідних сигналів і значень параметрів об’єкта. Рішення цієї векторної гри розраховуються на основі системи Парето-оптимальних рішень з урахуванням бінарних відношень переваг на основі стохастичного метаевристичного алгоритму Архімеда оптимізації кількома роями. Завдяки синтезу нелінійного робастного керування з двома ступенями свободи дискретно-континуальним об’єктом показано, що використання синтезованих регуляторів дозволило підвищити точність керування електромеханічною системою з розподіленими параметрами механічної частини для зменшення часу перехідних процесів в 1,5–2 рази, зменшити дисперсію помилок в 1,3 рази і знизити чутливість системи до зміни параметрів об’єкта в порівнянні з типовими регуляторами, які використовуються в існуючих системах. Подальше підвищення точності керування стримується енергетичними обмеженнями виконавчих механізмів й інформаційними обмеженнями вимірювальних приладів. Journal of Mechanical Engineering Проблемы машиностроения Проблеми машинобудування 2023-10-13 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/288992 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 26 No. 3 (2023); 42-53 Проблемы машиностроения; Том 26 № 3 (2023); 42-53 Проблеми машинобудування; Том 26 № 3 (2023); 42-53 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/288992/282607 https://journals.uran.ua/jme/article/view/288992/282608 Copyright (c) 2023 Б. І. Кузнецов, І. В. Бовдуй, О. В. Волошко, Т. Б. Нікітіна, Б. Б. Кобилянський http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |