Системы анализа и обработки данных

Моделирование платформы Гью – Стюарта, размещенной на мобильном объекте, в обстановке внешних возмущений

Выпуск № 1 (93) Январь - Март 2024

Авторы:

Кориков Анатолий Михайлович,

Тран Ван Трук

DOI: http://dx.doi.org/10.17212/2782-2001-2024-1-21-40

Скачать полный текст

Аннотация
Авторы
Список литературы

Аннотация

В статье решаются задачи, возникающие при создании систем автоматической стабилизации, расположенных на мобильных объектах. Отмечены достоинства и недостатки известных типов систем автоматической стабилизации. Платформа Гью–Стюарта – одно из устройств, используемых в данных системах. В статье представлены результаты математического моделирования платформы Гью–Стюарта, расположенной на мобильном объекте, в обстановке внешних возмущений. Такая обстановка типична для платформы, размещенной на корабле, постоянно находящейся в условиях непредсказуемых возмущений водной среды. Платформа Гью–Стюарта состоит из шести гидравлических цилиндров, одни концы которых соединены непосредственно с палубой корабля, а другие концы гидроцилиндров связаны с платформой для установки оборудования, приборов и устройств, положение которых в пространстве должно быть стабильным. Стабилизация платформы Гью–Стюарта обеспечивается изменением длины шести гидроцилиндров по определенным алгоритмам для обеспечения устойчивости системы автоматической стабилизации. Математическое моделирование платформы Гью–Стюарта усложняется не только тем, что должно быть учтено вращательное взаимодействие шести связанных между собой твердых тел (гидроцилиндров) – компонент платформы, но и необходимостью учета влияния на платформу неизвестных возмущений (при моделировании платформы Гью–Стюарта, расположенной на корабле, необходим учет влияния непредсказуемых водных (морских, океанских) возмущений). В статье выполнено построение кинематической модели платформы Гью–Стюарта, обоснован выбор скользящих режимов при реализации алгоритмов управления гидроцилиндрами для стабилизации платформы и предложена адаптация этих режимов на основе нейронных сетей для учета влияния неизвестных возмущений. Результаты моделирования в программной среде MATLAB доказывают эффективность предложенных моделей и алгоритмов управления платформы Гью–Стюарта.

Ключевые слова: система автоматической стабилизации, мобильный объект, платформа Гью–Стюарта, математическое моделирование, внешние возмущения, гидравлический цилиндр, устойчивость, кинематическая модель, скользящий режим, нейронная сеть, управление

Список литературы

1. Буй В.Т., Юркевич В.Д. Резонансный ПИ-регулятор для судовой электрогидравлической стабилизированной платформы // Доклады ТУСУР. – 2023. – Т. 26, № 2. – С. 81–87. – DOI: 10.21293/1818-0442-2023-26-2-81-87.

2. Буй Т.В. Математическая модель стабилизированной платформы с электрогидроприводом на корабле // Системы анализа и обработки данных. – 2023. – № 3 (91). – С. 7–18. – DOI: 10.17212/2782-2001-2023-3-7-18.

3. Dynamics and modeling of ocean waves / ed. by G.J. Komen, L. Cavaleri, M. Donelan, K. Hasselmann, S. Hasselmann, P.A.E.M. Janssen. – Cambridge University Press, 1996. – 554 p.

4. A review of short-term prediction techniques for ship motions in seaway / L.M. Huang, W.Y. Duan, Y. Han, Y.S. Chen // Journal of Ship Mechanics. – 2014. – Vol. 18 (12). – P. 1534–1542.

5. Zhao X., Xu R., Kwan C. Ship-motion prediction: algorithms and simulation results // 2004 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Montreal, QC, Canada. – IEEE, 2004. – Vol. 5. – P. V-125. – DOI: 10.1109/ICASSP.2004.1327063.

6. Devi N.R., Banik A.K., Barik M. Dynamic response, and control nonlinear coupled roll-pitch (2DOF) motion of the ship under harmonic waves // International Conference on Advances in Construction Materials and Structures (ACMS-2018). – IIT Roorkee, Uttarakhand, India, 2018.

7. Gu J.Y. Nonlinear rolling motion of ship in random beam seas // International Conference on Advances in Construction Materials and Structures (ACMS-2018). – IIT Roorkee, Uttarakhand, India, 2018.

8. Active disturbance rejection control for gun control of unmanned turret / L. Ye, Y. Xia, M. Fu, C. Li // Control Theory and Applications. – 2014. – Vol. 31, N 11. – P. 1580–1588.

9. Habib A.A.A.A, Ali A.E.M, Nawar M.A.M. Simple computational platform of ship stability for engineering education // 3rd IUGRC International Undergraduate Research Conference, Military Technical College. – Cairo, Egypt, 2018.

10. Серегин В.В. Прикладная теория и принципы построения гироскопических систем. – СПб.: СПбГУ ИТМО, 2007. – 78 с.

11. Гупалов В.И., Подгорная Л.Н., Ткаченко А.Н. Стабилизированные платформы. – СПб.: ЛЭТИ, 2012. – 53 с.

12. Hilkert J.M. Inertially stabilized platform technology // IEEE Control Systems Magazine. – 2008. – Vol. 26 (1). – P. 26–46.

13. Пельпор Д.С. Гироскопические системы. Теория гидроскопов и гиростабилизаторов. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1986. – 423 с.

14. Development of a parallel-series stabilized platform system / L.L. Wang, J.Z. Xiao, H.R. Wang, X.L. Liu, Z. Gao // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 319. – P. 414–418.

15. Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. London. – 1965. – Vol. 180 (1). – P. 371–386. – DOI: 10.1243/PIME_PROC_1965_180_029_02.

16. Зуев С.М. Стабилизация положения равновесия платформы Стюарта с тремя степенями свободы // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1, Математика. Механика. Астрономия. – 2013. – № 4. – С. 84–92.

17. Лопатин А.А. Разбор механизмов с шестью степенями свободы и практического применения на примере платформы Гью-Стюарта // Современные проблемы теории машин. – 2020. – № 9. – С. 33–36. – DOI: 10.26160/2307-342X-2020-9-33-36.

18. Платформа Гью – Стюарта. – URL: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1599143 (accessed: 01.03.2024).

19. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1988. – 640 с.

20. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой. – М.: Наука,1967. – 336 с.

21. Dorf R.C., Bishop R.H. Modern control systems. – 12th ed. – Prentice Hall: Pearson, 2011. – 1110 p.

22. Тран В.Т., Кориков А.М. Детектирование посадочной площадки и автоматическая посадка беспилотного летательного аппарата по ее изображению // Доклады ТУСУР. – 2023. – Т. 26, № 2. – С. 72–80. – DOI: 10.21293/1818-0442-2023-26-2-72-80.

23. Галушкин А.И. Нейронные сети: основы теории. – М.: Горячая линия – Телеком, 2010. – 496 с.

Для цитирования:

Кориков А.М., Тран В.Т. Моделирование платформы Гью–Стюарта, размещенной на мобильном объекте, в обстановке внешних возмущений // Системы анализа и обработки данных. – 2024. – № 1 (93). – С. 21–40. – DOI: 10.17212/2782-2001-2024-1-21-40.

For citation:

Korikov A.M., Tran V.T. Modelirovanie platformy G'yu–Styuarta, razmeshchennoi na mobil'nom ob"ekte, v obstanovke vneshnikh vozmushchenii [Modeling of the Hugh–Stewart platform located on a mobile object in an environment of external disturbances]. Sistemy analiza i obrabotki dannykh = Analysis and Data Processing Systems, 2024, no. 1 (93), pp. 21–40. DOI: 10.17212/2782-2001-2024-1-21-40.

Просмотров: 304

СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Моделирование платформы Гью – Стюарта, размещенной на мобильном объекте, в обстановке внешних возмущений