Donanımsız sistem dinamiklerini mevcut işletim durumuna göre gerçek zamanlı olarak ayarlama ile yönetmek için yaygın olarak kabul edilen bir kontrol stratejisidir. Birçok gerçek dünya sistemi, uçak uçuş kontrolinden kimyasal proses santrallerine kadar, sabit olmayan denetimlere sahip olmayan davranışları sergileyin.Get scheduling pratik bir uzlaşma sunar: Bu, uygulamadaki temel kavramları ve işlevlerini genişletirken, temel ilkeleri ve işlevlerinin doğru şekilde kontrol etmesini sağlar.

Nonlinear System Dynamics

Lineer sistemler, çıktının girişte doğrudan orantılı olmadığı ve davranışları yüksek hızda bir aracın veya fark denklemlerinin açıklanmasıyla tarif edilir. Bu tür sistemler, çoklu denge noktaları, limit döngüleri, Bifurcations ve hatta kaos dahil olmak üzere karmaşık fenomenler sergileyebilir. Örnekler, bir robot kolun dinamiklerini yüksek hızda, veya reaksiyon oranlarının sıcaklık kontrollerini üst düzeye düşüren bir kimyasal reaktörün sıcaklığının sıcaklığının üst düzeydeki ısıtılabilir.

Mühendislik sistemlerinde karşılaşılan doğrusal olmayanlıkların ortak türleri şunlardır:

  • [FONT:0]Saturation[[Döneticiler pozisyonda, hız veya güçte sınırları vardır.
  • [FONT:0)Dead bölgeleri) - belirli bir eşin altında girişlere cevap vermeyen sistem bileşenleri.
  • [FONT:0]Hysteresis[[Dönetici: 1) [Döneticiler] - çıktı, ferromanya malzemelerde yaygın olarak giriş tarihine bağlıdır.
  • [FONT=0]Friction[Dönetici: 0:1] – Coulomb ve Stribeck gibi doğrusal olmayan sürtünme güçleri.
  • [FONT=0]Geometrik olmayanlar[[Dönler: 1) Büyük yerinden veya açılardan kaynaklanan, pendulum veya uçak dinamikleri olarak.

Bu davranışları yalnızca doğrusal kontrol teknikleri ile yönetmek, sistem tasarım noktasından uzak çalıştığı zaman zayıf performans veya istikrarsızlığa yol açar.Get scheduling, dinamikleri değiştirmek için lineer kontrolün erişimini genişletmenin yapısal bir yolunu sağlar.

The Concept of Gain Scheduling

Kayıtlandırma, doğrusal kontrolörlerin bir aileyi tasarlayan bir kontrol metodolojisidir, her bir belirli bir işletim noktası veya rejim için ayarlanır ve sonra işletme koşulları değişikliği olarak aralarında sorunsuz bir şekilde geçiş yapar. "kazanan", geleneksel olarak kontrol kazanımlarına atıfta bulunur (önetici, integral, PID kontrolörlerinde, türev), ancak bir kontrol yasasının herhangi bir parametresini genişletir, bir devlet geri bildirim yasasının katsayıları veya bir besleme faturası olarak, sabitleyicideki ağırlıkları ifade eder.

Temel fikir, doğrusal olmayan sistem bir koleksiyon olarak tedavi etmektir. ) Yerel performans ve istikrar gereksinimlerine ilişkin dinamikleri karşılamak için. Her bir denge noktası için, sistem dinamiklerinde değişiklik ile ilişkili olan bir sinyal - herhangi bir anda hangi kontrol parametrelerinin uygulamasını belirlemek için kullanılır.

Geri bildirim lineerizasyon veya kayma modu kontrolü gibi tam doğrusal olmayan kontrol teknikleri ile karşılaştırıldığında, sistem modelinin daha az kesin bilgilendirilmesi ve gerekli olması genellikle daha iyidir, çünkü online işlemler sadece prekomputed kazanımlar arasında indeksleme ve muhtemelen interpolating içerir, çünkü karmaşık doğrusal olmayan denklemleri gerçek zamanlı olarak çözmeden daha kolaydır.

Uçak kontrolünin ilk günlerine geri dönüş kazanımının kökenleri, uçağın geniş bir hız ve yükseklikler arasında çalışmasını sağlamak zorunda kaldığı. Örneğin, bir dövüşçü jetin kazanılması, yüksek Mach numaralarının stabilitesini korumak için artırılması gerekir, düşük hızlarda, kazanç pilot tarafından üretilen oscillations'dan kaçınmak için sınırlı olmalıdır.

Uygulamanın Uygulanması

Satın almayı kabul etmek, modelleme, kontrol tasarımı ve gerçek zamanlı yazılımları içeren sistematik bir süreçtir. Uygulamaya bağlı olarak tam adımlar değişirken, aşağıdaki genel prosedür tipiktir:

1. Çeşitli İşletim Noktalarında Sistem Dinamiklerini modellemek

İlk adım, sistem davranışını farklı işletim noktalarında temsil eden doğrusal modeller bir set elde etmektir. Bu, ilk kayıt modelinden, deneysel verilerin veya lineer olmayan bir kontrolün performansını doğrudan etkiler.

2. Her Model için kontrolörler tasarlamak

Her lineer model için, bir kontrol cihazı, sürekli zamanlama gibi yerel özellikleri karşılamak için tasarlanmıştır. Tasarım yöntemi standart doğrusal doğrusal doğrusal olmayan bir teknik olabilir, ancak bir parametre seti (örneğin, PID kazanımlar, eyalet geri bildirim matrisi) üretmek gerekir.Birçok uygulamada, kontroller çevrimdışı olarak tasarlanmıştır ve bir göz önünde bulundurulabilir ve zamanlama değişkeninin polinom işlevlerinde depolanır.

3. Scheduling Değişkenlerini Geliştirmek

Programlama değişkeni dikkatlice seçilmelidir. ölçülebilir (veya kolayca tahmin edilebilir), sistem dinamiklerinde temel değişikliği yakalamalı ve sistemin yarı yerine kabul edilebilir olarak kabul edilebilir olması gerekir.In havacılık, Mach numarası ve dinamik baskı yaygındır; otomotiv motor kontrolü, motor hızı ve mank baskı kullanılır.

4. Gerçek Zamanlı Algoritmayı Uygulamayı Uygulayın

Kazanımının temeli, kontrol parametrelerini seçen gerçek zamanlı mekanizmadır. İki birincil yaklaşım vardır:

  • [FONT:0)Kaynaklama[[[Dönemli)[[[Döneticiler ve anahtarlar arasındaki anahtarlar, ancak bu, dikkatli bir şekilde ele alınmazsa, bu geçişlere neden olabilir.
  • [FONT:0) Sürekli interpolasyon[[Dönetici: Kontrolcü kazanımlar, depo değerleri arasında (daha yüksek sipariş yöntemleri) interpolasyondur. Bu verimsiz geçişler ancak ek hesaplama gerektirir.

Modern uygulamalar genellikle doğrusal parametre-varying (LPV) tekniklerini kullanır, kontrol cihazının sürekli olarak değişkenlik işlevi olarak temsil edilir. LPV tasarımı, işletim aralığının tamamını kullanarak, LQR)Lyapunov işlevleri) veFLT:2.lineer matrisleri[Döneticileri ) ile daha ileri yaklaşımlar geçerlidir.

5. Geçerlilik ve Test

Dağıtımdan önce, kazanç kontrolörü gerçekçi koşullar altında test edilmelidir. doğrusal olmayan simülasyonlar, donanım-in-the-loop testi ve uçuş veya süreç denemeleri geçişlerinin düzgün olduğunu doğrulamak için gereklidir ve sistemin tüm beklenen işletim koşulları altında istikrarlı olması gerekir. Özel dikkat, modellemez ve gecikmelere izin verilmelidir.

Pay Scheduling Avantajları

Excel scheduling, endüstriyel ve havacılık kontrolündeki bir temel oluşturan birkaç çekici avantaj sunar:

  • [FONT:0) Lineer rejimler karşısında enhanced performans[[Dönetici: 1): Operasyon noktasına adapte olmak için, zamanlama geniş bir yelpazedeki performansa yakın performans sağlayabilir, tek bir sabit giriş kontrol cihazı elde edemez.
  • [FONT:0) Geliştirilmiş istikrar[Dönetici: Properly sistem dinamikleri değişimi olarak bile istikrar marjlarını korumak, işletme zarfının aşırılarındaki istikrarsızlığın riskini azaltmak.
  • [FONT:0]Flexability[[Döneticilerin hafif veya orta olduğu sistemlere uygulanabilir; tam doğrusal olmayan bir model gerektirmez, sadece anahtar noktalarda lineerizasyonlar gerektirmez.
  • [FONT:0)C ⁇ verimliliği[[Dönetici: 1 ): Online işlemler minimum hesaplama içerir - genellikle sadece bir göz atın ve birkaç çoklu çoğaltmalar - sınırlı işlem gücü ile gömülü sistemler için uygun zamanlama yapın.
  • [FONT:0]Leverages lineer kontrol teorisi[Döneticiler iyi düşünülmüş doğrusal tasarım araçlarını kullanabilir, öğrenme eğrisini ve risklerini ileri doğrusal olmayan yöntemlere kıyasla azaltabilir.

Gerçek Dünya Uygulamaları

Kayıt zamanlamasının bazı önemli uygulamaları şunlardır:

  • [FONT:0]Aircraft uçuş kontrolü[[[Dönetici: Asansör, aileronlar ve rudder dinamik baskı ve Mach numarasının işlevi olarak elde edilen artışlar hem sivil hem de askeri uçaklarda standarttır.
  • [FONT:0)Automotive motor kontrolü[[Dönetici: Spark zamanlama, yakıt enjeksiyonu ve throttle kontrol kullanımı motor hızı ve yükleri temelinde bölünmüş haritalar (bakış masaları) kullanır.
  • [FONT:0)Wind Türlü Türlü Kontrol[[Dönetici: Saha ve tork kontrolörleri güç çıktısını düzenlemek ve yükleri azaltmak için rüzgar hızına göre planlanmaktadır.
  • [FONT:0)Robotics[[[Dönetici: 1): Ortak kontrolörler genellikle kol konfigürasyonuna dayalı kazanımlar ayarlar ve tutarlı cevabı korumak için ödeme yüklerini ayarlar.
  • [FONT:0)Process control[[DÜT:1]: Kimyasal reaktörler, distillasyon sütunları ve ısı değiştiricileri, yem kompozisyonunda veya transputlarda değişiklikler yapmak için zaman çizelgesi kazanırlar.

Meydanlar ve düşünceler

Güçlü yönlerine rağmen, zamanlama tek bir boyuta sahip değildir. Mühendisler başarılı uygulama sağlamak için birkaç zorlukla ele almalıdır:

  • [FONT:0) Sınırlı modelleme[Dönetici: Verilmiş kontrolörün kalitesi, her bir işletim noktasındaki doğrusal modellerin doğruluğuna bağlı olarak, Model belirsizliği veya modelsiz dinamiklerin bile dengesizliğe neden olabilir.
  • [FONT=0]Smooth geçişleri[[Döneticileri kontrol parametrelerindeki değişiklikler genellikle modelsiz transfer, anti-windup tazminatı gibi sayısal dinamikleri heyecanlandıran bumps veya geçiciler için neden olabilir.
  • [[Dönetici ve sağlamlık garantileri[Dönetici: Klasik kazanç, özel bakım alınmadığı sürece küresel istikrar için resmi garantiler değildir. LPV yöntemleri teorik bir çerçeve sağlar ancak modelleme ve tasarımda daha fazla çaba gerektirir.
  • [[Dönetici tasarımı[[Dönetici: 2) Yanlış zamanlama değişkenini seçmek, kontrol edilebilir hale getirebilir. değişken, gürültüyü ölçmek için henüz sağlam olan dinamik değişikliklere karşı hassas olmalıdır.
  • [FONT:0)C ⁇ yükü): Basit göz masaları hızlı, yüksek boyutlu zamanlama vektörleri büyük hafıza gereksinimlerine yol açabilir. Interpolation ayrıca bazı ekleri de ekliyor.
  • [FONT:0) Diğer kontrol döngüleriyle Integration with other control loops): Kaliscade veya multi-loop sistemlerinde, bir kontrol planlamasının planlanması başkalarını etkileyebilir, koordinasyon gerektirir.

Dikkatli tasarım, simülasyon ve test, kazanımının faydalarını en üst düzeye çıkarmak için gereklidir.AR:0)MATLAB/Simulink[D: 1:1) ve )LMI çözücüler) sağlam kazanç kontrolleri geliştirmesini kolaylaştırır.

Matematiksel Vakfı ve LPV Perspektif

Notlandırma, devlet uzay matrisleri bir zaman tasarrufu sağlayan bir lineer sistemdir:0) Doğru zamanda ölçülebilir olan bir parametredir:[FOV) sistemler).

⁇ = A( ⁇ (t)x + B ( ⁇ (t)u[[D:0))))

Kazanan kontrol cihazı, daha sonra tüm olası parametre kartjektörleri için performans özellikleri ile aynı parametreyi kullanan bir LPV sistemi olarak tasarlanmıştır.Bu, Lyapunov işlevlerini kullanarak dörtlü stabiliteyi veya parametreye bağlı stabiliteyi garanti eder.

LPV formülasyonu, LPV sistemlerinin (FLT) veya klasik ders kitabı arasındaki boşluğun hesaplanması ve resmi olmayan kontrol için sistematik bir şekilde işlenmesini sağlar.[Dönetici:0)

Future Yol ve İnterasyon ile Entegrasyon

Kontrol sistemleri giderek daha akıllı ve veri odaklı hale gelirken, takviye yöntemi gerçek zamanlı olarak optimize edilir. Geleneksel görünüme dayalı zamanlama, tarihi verilerden elde edilen işlevi artırılmıştır:0)makla birlikte öğrenme teknikleri) otomatik olarak hesaplamak ve kazanımlar online olarak elde etmek için.Örneğin, güçlendirici öğrenme modeli ve kısıtlamaların tarihsel verilerden yüksek çözünürlükte güncellenebilmesini sağlarken, diğer bir eğilim de bağımsız olmayan robotlar ve kontrol sistemlerin kullanılmasıdır.[MPC), tahmin edilen model ve kısıtlamalara göre güncellenir.

Ek olarak, standart sensörlerin ve güçlü işlemcilerin artan kullanılabilirliği ile, kontrol mühendisinin aracında önemli bir araç olmaya devam edebilir, otomatikleştirme, yenilenebilir enerji ve otomasyonda yeni zorluklara uyum sağlar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Programlamak için güçlü ve pratik bir yaklaşımdır. Kontrolsüz sistem dinamiklerini kontrol etmeye adapte ederek, geniş bir işletim kabuğu üzerinde uygulanmalıdır, performans ve istikrar geliştirmek gibi geniş bir işletim kabuğu üzerinde uygulamanızı geliştirmek, uygulamanın dikkatli modellemesi, planlama değişkenleri seçimi ve dikkat çekmek gerekir, havacılıktan kontrole kadar olan faydalar gerekli değildir. Alan ilerlemeleri olarak, LPV kontrol ve makine öğrenimi gibi modern yöntemlerle entegre etmeye devam edin.

Daha fazla okuma için, danışma:0)Wikipedia'nın yazma konusundaki makalesi[Dönerge:2) BilimDoğrusal olmayan sistem dinamikleri) ve lineer parametre-varying sistemleri üzerindeki geniş bir literatür gövdesi.