Разработка метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.06, кандидат наук Зеленов Михаил Сергеевич

• Зеленов Михаил Сергеевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Зеленов Михаил Сергеевич

Введение

Глава 1. Анализ проблем, возникающих при разработке позиционных

пневмоагрегатов

1.1 Анализ применения позиционных пневмоагрегатов

1.2 Области применения позиционных пневматических агрегатов

1.3 Схема и конструктивные элементы позиционного пневмоагрегата

1.4 Алгоритмы управления позиционными пневмоагрегатами

1.4.1 Линейные алгоритмы управления

1.4.2 Алгоритмы управления с использованием скользящего режима переключения

1.4.3 Алгоритмы интеллектуального управления

1.4.4 Сравнение алгоритмов управления

1.5 Основные требования к разработке позиционного пневмоагрегата

1.6 Обзор методов расчета позиционных пневмоагрегатов

Выводы по главе

Глава 2. Метод расчета модель рабочих процессов в позиционном

пневмоагрегате

2.1. Устройство и принцип работы позиционного пневмоагрегата

2.2 Описание метода расчета метода расчета рабочих процессов в

позиционном пневмоагрегате

2.2. Разработка математической модели рабочих процессов в позиционном пневмоагрегате

2.3. Искусственная нейронная сеть для расчета эффективной площади пропорционального клапана

Стр.

2.4 Программная реализация для выполнения расчетов по

математической модели

Выводы по главе

Глава 3. Экспериментальные исследования параметров позиционного

пневмоагрегата

3.1 Разработка и изготовление стенда для исследования зависимости эффективной площади пропорционального клапана от сигнала управления и перепада давлений

3.2 Разработка и изготовление стенда для определения параметров математической модели рабочих процессов в позиционном

пневмоагрегате и проверки ее адекватности

Выводы по главе

Глава 4. Разработка нейросетевым алгоритмом управления позиционным

пневмоагрегатом

4.1 Принципы разработки нейросетевого алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом

4.2 Настройка нейроэмулятора

4.3. Настройка алгоритма управления

4.4. Проверка алгоритма управления

4.5 Внедрение результатов диссертационной работы

Выводы по главе

Основные результаты и выводы

Список сокращений и условных обозначений

Список использованных источников

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом»

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день наибольшее распространение в промышленности получили три типа приводных агрегатов: электрические, гидравлические и пневматические. Развитие электроники и систем электроавтоматики привело к расширению области приме Ьнения электроагрегатов и постепенному вытеснению ими остальных. Практически повсеместным стало их использование при позиционировании. Однако применение пневмоагрегатов предпочтительно для решения ряда специфических задач, поскольку они нечувствительны к электромагнитным полям и ионизирующим излучениям, а также имеют более низкие вес и стоимость, по сравнению с электрическими и гидравлическими системами. Причинами редкого применения позиционных пневмоагрегатов являются высокая податливость, вызванная сжимаемостью рабочей среды, и низкое качество управления при использовании традиционных алгоритмов. Для устранения этих проблем в настоящее время предложены следующие решения:

- фиксация выходного звена с помощью внешних тормозных устройств упорного или фрикционного типов;

- управление устройством с помощью элементов запорно-регулирующей арматуры с использованием алгоритмов, основанных на современных математических подходах.

Первое решение обеспечивает высокую точность позиционирования, но значительно усложняет конструкцию пневмоагрегата и требует учета ударных режимов фиксации, снижающих ресурс. Эффективность позиционирования вторым способом зависит в первую очередь от разработанного алгоритма управления. Данное решение распространено у специалистов по автоматике, но на сегодняшний день не сложилось единого мнения о методах построения системы управления для позиционных пневмоагрегатов.

Рассматриваемые системы широко востребованы во многих областях при-боро- и машиностроения. В обзоре научно-технической литературы приведены

примеры использования позиционных пневмоагрегатов в станках, роботизированных производственных комплексах, авиационной, биомедицинской и сельскохозяйственной технике. Причинами являются низкая удельная масса, доступность сжатого воздуха и устойчивость к внешним воздействиям.

Пневмоагрегат рассматривается как побудитель движения при контролируемом линейном перемещении. Сила внешней нагрузки, действующая на его выходное звено, связана с процессами, возникающими при работе внешнего механизма, который подает в систему управления сигнал, соответствующий требуемому в данный момент положению выходного звена. Система управления по заложенному алгоритму формирует сигнал для переключения ЗРА (запорно-регулирующей арматуры). Это приводит к подаче рабочей среды в полости пнев-моагрегата или к ее сбросу в атмосферу, и к изменению давления в полостях. Газовая сила, возникающая от перепада давлений, вызывает движение выходного звена, воздействуя на внешний механизм. По контуру обратной связи в систему управления подаются сигналы о текущем состоянии агрегата.

Сформулированы общие требования к разработке позиционных пневмоагрегатов:

- он должен обеспечивать перемещение выходного звена с точностью не хуже 5% от хода поршня. Агрегат должен сохранять работоспособность при неконтролируемом изменении внешней нагрузки в заданном интервале.

- конструкция должна оставаться простой. В ней должны использоваться штатные решения, поскольку это обеспечивает выполнение требований взаимозаменяемости.

- алгоритм управления должен быть простым и настраиваться автоматически для исключения «человеческого фактора».

В настоящее время ведется множество исследований, направленных на решение задач позиционного управления. Трудности, связанные с нелинейными характеристиками объекта управления, не позволяют получить требуемую точность перемещения в широком диапазоне условий работы при использовании

традиционных линейных алгоритмов. Ведется поиск решений в других областях теории управления: системах переменной структуры, нечеткой логике, нейронных сетях и др. Для получения комплексного эффекта часто используются гибридные алгоритмы, включающие подходы из нескольких указанных областей.

Исходя из требований к позиционному пневмоагрегату, в качестве направления исследований выбрано управление с использованием искусственных нейронных сетей (ИНС). Нейросетевые алгоритмы хорошо зарекомендовали себя в ряде сравнительных исследований по управлению нелинейными объектами. Принципы настройки ИНС позволяют использовать как данные математического моделирования объекта управления, так и результаты натурных экспериментов. Нейросетевые алгоритмы могут использоваться для управления в изменяющихся условиях работы. Процесс их настройки автоматизирован. Однако опыт специалистов может быть учтен на стадии подбора примеров для настройки. Также нейросетевые алгоритмы могут применяться как для работы с одним элементом ЗРА (пневмораспределитель 5/2), так и для работы с четырьмя пропорциональными клапанами без принципиального усложнения структуры алгоритма управления и метода настройки.

В результате проведенного литературного обзора установлено, что на данный момент не существует метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом, управляемого пропорциональными клапанами, при переменной внешней нагрузке. Это позволило сформулировать цели и задачи работы.

Целью исследования является:

Разработка метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмо-агрегатом для работы в условиях заранее неопределенной силы внешней нагрузки

Объектом исследования является позиционный пневмоагрегат.

Предметом исследования являются рабочие процессы, протекающие в позиционном пневмоагрегате, и алгоритмы управления позиционным агрегатом.

Методы исследования. В работе использованы методы математической физики, термодинамики и теории теплообмена, численные методы решения диф-

ференциальных уравнений, методы теории искусственных нейронных сетей, методы математического моделирования.

Задачи исследования:

1. Разработать метод расчета рабочих процессов в позиционном пневмо-агрегате, управляемом пропорциональными клапанами.

2. Разработать и изготовить стенд для исследования зависимости эффективной площади пропорционального клапана от сигнала управления и перепада давлений.

3. Разработать и изготовить стенд для определения параметров математической модели рабочих процессов в позиционном пневмоагрегате и проверки ее адекватности.

4. Разработать нейросетевой алгоритм управления позиционным пнев-моагрегатом для работы в условиях заранее неопределенной силы внешней нагрузки.

Научная новизна:

1. Впервые разработан метод расчета рабочих процессов в позиционном пневмоагрегате, управляемом пропорциональными клапанами, отличающийся тем, что в математической модели рабочих процессов использована ИНС для определения эффективной площади проходного сечения пропорционального клапана.

2. Впервые разработан метод настройки ИНС для расчета эффективной площади проходного сечения пропорционального клапана, позволяющий синтезировать расчетную зависимость на основании экспериментально определенных расходных характеристик.

3. Впервые разработаны нейросетевой алгоритм управления позиционным пневмоагрегатом и метод его настройки, позволяющий обеспечить позиционирование в условиях заранее неопределенной силы внешней нагрузки.

Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем:

1. Разработана программа настройки ИНС для определения эффектив-

ной площади проходного сечения пропорционального клапана, позволяющая автоматически синтезировать расчетную зависимость на основании ряда расходных характеристик пропорционального клапана.

2. Разработана программа настройки нейросетевого алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом, включающая блок подготовки данных на основе вычислительных экспериментов и обеспечивающая автоматическое определение параметров алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом.

3. Разработан и изготовлен стенд, позволяющий определить параметры и проверить адекватность математической модели рабочих процессов в позиционном пневмоагрегате.

4. Результаты диссертационной работы внедрены в Центре технологических разработок ФГУП «НПО «Техномаш» в рамках ОКР «Прогресс-2025».

5. Разработанный стенд внедрен в учебный процесс в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Положения, выносимые на защиту: метод расчета и алгоритм управления позиционным пневмоагрегатом, результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований рабочих процессов в позиционном пневмоагрегате.

Степень достоверности и апробация работы. Достоверность полученных результатов исследования обеспечивается применением приборов, включенных в Государственный реестр средств измерения утвержденного типа. Теоретические исследования базируются на известных положениях в области расчетов пневматического оборудования, изложенных в работах Е.В. Герц, Г.В. Крейнина, И.Л. Кривца, Ю.Л. Арзуманова, Е.М. Халатова. Примененные подходы из теории искусственных нейронных сетей изложены в работах М.В. Буракова, С.И. Нико-ленко, А.А. Кадурина, Е.О. Архангельской, ОтаШ Sigeru, ^аШ МагеиИ, В.М. Wilamowski. Адекватность разработанной математической модели подтверждена путем сравнения графиков перемещения и скорости поршня позиционного пневмоагрегата, полученных в результате вычислительных и натурных экспериментов. Отклонение по скорости не превышает 18%.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях:

1. 15-я научно-техническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья МЕДТЕХ-2013». (о. Мадейра, Португалия. 2013)

2. 16-я научно-исследовательская конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья МЕДТЕХ-2014». (о. Кефалония, Греция, 2014);

3. Восьмая Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2015);

4. Девятая Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2016);

5. Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по проблемам практической реализации разработок по приоритетным направлениям развития науки и технологий (Москва, 2016);

6. XVI конференция молодых ученых «Фундаментальные и прикладные космические исследования» (ИКИ РАН, Москва, 2019)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 работы в рецензируемых изданиях, включенных в Перечень ВАК РФ, общим объемом 4,5 п. л.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПОЗИЦИОННЫХ ПНЕВМОАГРЕГАТОВ

1.1. Анализ применения позиционных пневмоагрегатов

Существует три основных группы приводных агрегатов: электрические, гидравлические и пневматические. Другие варианты встречаются значительно реже. Для обоснованного выбора приводного агрегата необходим анализ каждого из вариантов с точки зрения требований, предъявляемых к разрабатываемой технической системе. Согласно обзорам [1,2], наиболее популярными являются электроагрегаты. Предпочтение связано с преимуществами по следующим параметрам:

- простота управления;

- высокий КПД;

- точность управления;

- низкий уровень шума.

В то же время электроагрегаты имеют ряд недостатков, исключающих их использование в ряде областей. Основные проблемы:

- высокая начальная стоимость;

- большая масса;

- требования к условиям эксплуатации (климатические, радиационные, химические, автономность и др.);

- низкая надежность, связанная с конструктивной сложностью.

Гидроагрегаты применяются, когда необходимы высокая нагрузочная способность, плавное регулирование скорости и достаточно высокий КПД. Однако необходимость в постоянной подаче рабочей жидкости, чувствительность к ее утечкам и загрязнению ограничивают сферу их использования.

Характерные преимущества пневмоагрегатов:

- простота конструкции и технического обслуживания;

- высокое быстродействие;

- высокая надежность и продолжительный срок эксплуатации, измеряемый миллионами циклов;

- доступность рабочей среды;

- отсутствие замкнутого контура циркуляции рабочей среды и меньшие экологические риски при утечке по сравнению с гидравлическими системами;

- работоспособность в широком диапазоне температур, а также в условиях высокой влажности и запыленности;

- высокая удельная мощность, связанная с малой массой сжатого воздуха;

- нечувствительность к электромагнитным полям и ионизирующим излучениям;

- упругость, смягчающая ударные нагрузки в процессе работы;

- пожаро- и взрывобезопасность;

- относительно низкая стоимость.

Использование сжатого воздуха в качестве рабочего тела приводит к следующим характерным проблемам:

- низкий коэффициент полезного действия;

- необходимость подготовки сжатого воздуха;

- сжимаемость, затрудняющая обеспечение плавности движения выходного звена и его фиксации в промежуточном положении;

- шум, связанный со сбросом сжатого воздуха и работой ЗРА;

- малая скорость передачи пневмосигнала по сравнению с электрическим;

- сложность расчета нелинейных процессов, одновременно протекающих при работе пневмоагрегата: течение сжатого воздуха, трение, теплообмен, изменение давления в полостях.

Эти свойства определили основное приложение приводных пневмоагрега-

тов - быстрое перемещение выходного звена между двумя крайними точками. В этом случае часть характерных недостатков не влияет на эффективность работы. Например, прижатие поршня пневмоцилиндра к упору в крайней точке исключает колебания, вызванные сжимаемостью рабочего тела. Двухпозиционные пневмо-агрегаты применяются в захватах, прессах, тормозных системах, элементах ЗРА и т.д. [3-5].

Существуют пневмоагрегаты с группой упоров: многопозиционные и телескопические. В них выходное звено перемещается между несколькими фиксированными положениями. Примеры их использования - быстротрансформируемые производственные линии для обработки разногабаритных изделий [6] и телескопические мачты освещения.

Для гибкого позиционирования выходное звено пневмоагрегата должно останавливаться в любой промежуточной точке по длине хода в соответствии с сигналом системы управления. Три схемы, обеспечивающие такое движение, представлены на Рис. 1.1.

Пневмоагрегаты с перемещаемыми упорами нашли применение в дозирующих устройствах [7]. Такой механизм обеспечивает высокую точность и быстродействие при использовании в повторяющемся процессе. Переустановка упоров может выполняться как вручную, так и с помощью дополнительного агрегата позиционирования самих упоров. Преимуществом данной схемы является возможность настройки диапазона перемещения. Недостаток - сложная конструкция.

Выходное звено может фиксироваться с помощью внешнего тормоза: маг-нитореологического [9] или фрикционного [10]. Системы торможения увеличивают точность позиционирования и быстродействие. Недостатками подобных устройств являются сложность конструкции, увеличенная масса агрегата, износ тормозных колодок, изменение коэффициента трения и динамика самого тормозного устройства.

Рис.1.1 Типовые схемы гибкого позиционирования выходного звена пневматического агрегата

а. перемещаемые упоры выходного звена [5]

б. фиксация штока с помощью внешнего тормоза [8]

в. специальный алгоритм управления подачей сжатого воздуха в полости пневмоагрегата

Позиционирование выходного звена может выполняться за счет специальных систем управления. Принцип работы данных устройств основан на контролируемой подаче сжатого воздуха в полости агрегата. Элементы ЗРА переключаются в соответствии с сигналами, поданными системой управления. Заложенный в ней алгоритм должен быть построен таким образом, чтобы за счет подачи сжатого воздуха в полости обеспечить перевод выходного звена в заданное положение. Позиционный пневмоагрегат включает в себя пневматический цилиндр, элементы ЗРА, систему управления и датчики. Таким образом, сохраняется простота конструкции. Данное направление считается наиболее актуальным в настоящее время [11].

1.2. Области применения позиционных пневмоагрегатов

Выбор типа приводного агрегата является компромиссом между конструктивными, экономическими и эксплуатационными факторами. Исторически сложилось, что пневматика имеет широкое распространение в таких сферах, как оборудование для пищевого производства, аэрокосмическая техника, химическое машиностроение и станкостроение. В данных областях используется множество двухпозиционных пневматических агрегатов, а соответственно имеется и необходимая инфраструктура: источники сжатого воздуха, системы трубопроводов, ЗРА и контрольно-измерительная аппаратура. Это упрощает внедрение позиционного управления на базе пневматики для повышения гибкости переналадки внешнего механизма

В качестве примера можно привести разработку производственного и станочного оборудования. В таких устройствах двухпозиционные пневматические системы все чаще стали заменяться электрическими, имеющими высокую точность и простую возможность регулировки. В то же время подобная замена является дорогостоящей. Позиционные пневматические системы позволяют провести более простую модернизацию при меньших затратах. Это решение обеспечивает требуемую гибкость производственной системы при частом переходе на новый тип продукции или при использовании нестандартизированных заготовок (при-

родный камень, бревна и т.п.). Сжимаемость рабочей среды уменьшает риск повреждения при необходимости аккуратного взаимодействия с хрупкими и легко деформируемыми изделиями.

В работе [12] описана разработка позиционного пневмоагрегата, обслуживающего гибкие производственные системы. Автор отмечает, что для таких систем перспективными являются агрегаты с электронной системой управления. Их принцип действия основан на переключении электромагнитных клапанов. В работе [12] для обеспечения заданной точности применяется гибридный механизм остановки выходного звена, включающий в себя первичный гидравлический фрикционный тормоз и автоматическую систему управления элементами ЗРА.

В статье [13] описано исследование вопросов управления макетом электропневматического полировочного станка для обработки нержавеющих листов. Полировальный круг закреплен на штоке пневматического агрегата, перемещающегося в трех направлениях относительно обрабатываемой поверхности. Смещение по оси 7, перпендикулярной плоскости листа, определяет величину силы трения между кругом и листом и, как следствие, эффективность и управляемость обработки.

Пневматическая система позиционирования для производственных линий описана в работе [14]. Назначение линии - упаковка кондитерских изделий. Использование позиционного пневмоагрегата связано с необходимостью «мягкого» контакта толкателя с коробкой, а также с исключением загрязнения продукта в случае поломки агрегата. На рынке упаковочного оборудования представлена система «Anysize» [15]. Она включает комплекс перемещаемых направляющих для конвейерных линий. Они и раньше перемещались под действием пневмоцилин-дров. Частые изменения в ассортименте продукции и, как следствие, необходимость оригинальной упаковки требуют быстрой перестройки производственной линии. Использование электрических и шаговых приводов нежелательно из-за их общей стоимости (число приводов на одном конвейере - 100-300). Замена одного пневматического блока на другой является менее затратной, чем глобальная мо-

дернизация всей производственной линии.

В статье [16], описывающей разработку контроллера компании «Festo», приведен ряд примеров эксплуатации позиционных пневмоагрегатов. Одним из таких приложений является сварочный робот для автомобильной отрасли. Преимуществом является значительный выигрыш в массе устройства по сравнению с применением магнитного механизма. В качестве важных критериев эффективности также названы необходимость высокого быстродействия (время отклика -30 мс) и работа в непосредственной близости к сварочной дуге, влияющая на работу электроагрегата.

В работе [17] приведены типовые схемы применения позиционных пневматических систем компании «Festo» с указанием их преимуществ. В данном документе отсутствует информация о научной проработке указанных конструктивных решений. Аналогичные пневматические системы линейного позиционирования разрабатываются компаниями «Camozzi» [18] и «Enfield Technologies» [19].

Поскольку для функционирования позиционных пневмоагрегатов требуется специализированная система управления, то они могут использоваться в робото-технических системах. Большинство научных публикаций на эту тему написаны коллективами центров робототехники и разработки систем автоматики. В результате проведенных исследований на базе пневмоагрегатов исследованы такие основополагающие конструкции манипуляторов, как шарнирные [20], декартовы (портальные) [21], SCARA (сборочная роботизированная рука с избирательной гибкостью) [22], а также дельта-роботы [23] и платформы Гью-Стюарта [24].

Отдельным направлением является разработка биомедицинских аппаратов. В первую очередь это хирургические роботы для использования совместно с магнитно-резонансным томографом при лапароскопических операциях [25]. Применение пневматических агрегатов обусловлено их нечувствительностью к электромагнитным полям, а также тем, что они не вносят искажений в работу томографа. Электромагнитные элементы ЗРА выносятся из области внешних магнитных полей, а сжатый воздух подается в операционную по трубопроводам. Данная сфера

является одной из самых требовательных к точности управления, поскольку это напрямую связано с травматичностью лапароскопической операции и эффективностью ее выполнения.

Другим биомедицинским направлением являются реабилитационные аппараты и протезы с использованием пневмоагрегатов [26]. Одной из основных причин использования пневматики является малая масса при высокой удельной мощности. Благодаря этому обеспечивается мобильность пациента и эргономика устройства. Помимо посттравматической медицинской помощи в данном направлении ведутся разработки вспомогательных экзоскелетных систем и скафандров. Аппараты могут не только восполнить утерянные функции, но и существенно расширить физические возможности оператора за счет увеличения силы и большей точности движений. Одним из примеров является экзоскелет для имитации работы в космическом скафандре [27].

Позиционные пневмоагрегаты находят применение в сельскохозяйственной технике. Примером является роботизированный доильный комплекс Astronaut A4 [28]. Сжимаемость воздуха выступает преимуществом, поскольку податливый механизм с одной стороны меньше пугает корову, а с другой - менее подвержен поломкам в случае, если животное в испуге наступит на него или ударит. Разработанная система позиционирования с обратной связью по лазерному датчику положения обеспечивает точность, необходимую для надежного и быстрого закрепления доильных чашек на вымени без подстройки, раздражающей животное.

Вторым сельскохозяйственным направлением является сбор урожая - трудоемкий процесс, требующий большой аккуратности. Во множестве прототипов используются пневматические захваты. В статье [29] описана пневматическая система позиционирования для робота-сборщика яблок. Для контроля положения использована система распознавания положения плодов на видео, снятого с помощью камеры, закрепленной на штоке.

Позиционные пневмоагрегаты могут использоваться в газовых системах. Пример применения рассмотрен в работе [30], посвященной управлению турбо-

компрессором с изменяемой геометрией проточной части. Пневмоагрегат управляет положением заслонок направляющего аппарата компрессора.

Другим примером являются приводные пневмоагрегаты шиберных и дисковых затворов. В качестве рабочего тела для агрегата может использоваться сжатый воздух, текущий через трубопровод, на котором установлен затвор. Подобный агрегат позволяет сэкономить электроэнергию, поскольку для его управления используются маломощные клапаны. Пример такого исполнения представлен на сайте компании «Enfield Technologies» [19].

Из представленных материалов следует, что позиционные пневмоагрегаты востребованы во многих областях народного хозяйства. Однако для их полноценного применения необходимо обеспечить высокую точность и управляемость при сохранении характерных преимуществ.

1.3. Схема и конструктивные элементы позиционного пневмоагрегата

Пневмоагрегат рассматривается как побудитель движения для контролируемого линейного перемещения. Сила внешней нагрузки, действующая на выходное звено агрегата, связана с процессами, возникающими при работе внешнего механизма. Общая схема взаимодействия представлена на Рис. 1.2.

Внешний механизм подает в систему управления сигнал о требуемом в данный момент положении выходного звена. Система управления по заложенному алгоритму формирует сигнал для переключения ЗРА. Это приводит к подаче сжатого воздуха в полости пневмоагрегата или к его сбросу в атмосферу и изменению давления в полостях. Газовая сила, возникающая от перепада давлений, вызывает движение выходного звена, воздействуя на внешний механизм. По контуру обратной связи в систему управления подаются сигналы о текущем состоянии агрегата.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зеленов Михаил Сергеевич, 2021 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Pneumatic & Hydraulics. August 2013. Market Intelligence Report. Control Design, 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://www.controldesign.com/assets/ 13WPpdf71308-mir-pneumatics-and-hydraulics.pdf. (Дата обращения: 27.09.2019).

2. Жиров, М.В. Робототехнические системы и комплексы/ М.В. Жиров, А.В. Гончаров, В.В. Солдатов. М.: МГУТУ, 2012. 92 с.

3. Международные курсы SMC. Пневмоавтоматика. СПб: ООО "ЭС ЭМ СИ ПНЕВМАТИК", 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://smc138.valuehost.ru/Training/pnevmoavtomatika_pages.pdf. (Дата обращения: 25.09.2019).

4. Pneumatik, Elektropneumatik Grundlagen / F. Ebel [et. al]. Festo, 2017.

211 p.

5. Krivts, I.L. Pneumatic actuating systems for automatic equipment: structure and design / I.L Krivts, G.V. Krejnin. USA: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006. 345 p.

6. Telescopic pneumatic cylinders 0 25 ^ 63 mm - 2-3 stages [Электронный ресурс] URL: https://docs.pneumatiek.nl/pdf/univer/cilinders/rt.pdf/ (Дата обращения: 25.04.2020).

7. Shot-A-Matic [Электронный ресурс] URL: https://www.kec1.com/ product/shot-a-matic/ (Дата обращения: 25.04.2020).

8. Прокопов, М.Г. Конструкции элементов пневмоагрегатов / М.Г. Прокопов, С.М. Ванеев, В.Н. Козин. Украина: Сумский государственный университет, 2015. 148 с.

9. Комлева, О.А. Оценка точности позиционирования рабочего органа роботизированной системы // Вестник СГТУ. 2011. №3(58). Выпуск 2. С.192-194.

10. Дао Тхе Ань. Позиционный пневмопривод повышенного быстродействия и точности: автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.02.02 / Дао Тхе Ань.

[Место защиты: Донской государственный технический университет]. Ростов-на-Дону, 2016. 206с.

11. Review on modeling and controller design in pneumatic actuator control system / M.F. Rahmat, N.H. Sunar, Sy Najib Sy Salim, Mastura Shafinaz, Zainal Abid-in, A.A. Mohd Fauzi, Z.H. Ismail // International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems. 2011. Vol. 4. №4. P. 630-661.

12. Угорова, С.В. Разработка пневматического позиционного привода, обслуживающего гибкие производственные системы: автореферат дис. ... кандидата Технических наук: 05.02.03 / Угорова Светлана Вениаминовна. - [Место защиты: Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»]. Москва, 1996. 194с.

13. Tracking with a fuzzy logic controller as applied to a pneumatic robot for polishing / C. Mohan et al. // 2017 IEEE 30th Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE). 2017. 6 p.

14. Accurate position control of servo pneumatic actuator systems: an application to food packaging / J. Wang et al. // Control Engineering Practice. 1999. Vol. 7. P. 699-706.

15. Service, B. New positioning technology eases changeovers on high-speed conveyor lines / B. Service, J. Pawelski // Packaging Digest. 2014. August 07.

16. Zhou, H. A smart pneumatic servo positioning axis and its applications // Fluid Power. Third JHPS International Symposium. 1996. P.103-108.

17. Servopneumatics [Электронный ресурс]. URL: https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/17314/Servopneumatik_en.pdf. (Дата обращения: 27.09.2017).

18. Гавва, А.М. Интегрированные решения механотроники в эрлифтных системах дозирования / А.М. Гавва, Л.А. Кривопляс-Володина, А.В. Васильченко // Ресурсо- та енергоощадш технологи виробництва i пакування харчово! про-дукци - основш засади и конкурентоздатност : матерiали IV Мiжнародноi спещалiзованоi науково-практично! конференций 8 вересня 2015 р., м. Киев.

Украина: НУХТ. 2015. С. 121-125.

19. Servo pneumatic proportional control system [Электронный ресурс]. URL: https://enfieldtech.com/wp-content/uploads/2015/09/S2-Data-Sheet-2014-06-17.pdf (Дата обращения: 29.09.2017).

20. Biswas Palok. Design and development of a 3-axes pneumatic robotic arm / Biswas Palok, S. Anandan Shanmugam // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. 2016. Vol.5. Issue 9.

21. Yang Xia. Continuous sliding mode control of a Cartesian pneumatic robot: M.Sc. Thesis / Yang Xia. [Место защиты: Queen's University at Kingston]. Canada, Kingston, 2001. 154 p.

22. Aliseychik, A. Pneumatic manipulator with neural network // Advances in Neural Networks: Proceedings of 13 th International Symposium on Neural Networks (St. Petersburg, Russia, July 6-8, 2016). Switzerland, Springer International Publishing, 2016.

23. Laski P.A. Design of a 3-DOF tripod electro-pneumatic parallel manipulator / P.A. Laski, J.E. Takosoglu, S. Blasiak // Robotics and Autonomous Systems. 2015. Vol.72. P. 59-70.

24. Control of pneumatically actuated 6-DOF Stewart platform for driving simulator / B. Andrievsky et al. // 19th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR). Miedzyzdroje, 2014. P.663-668.

25. Comber, D. Precision position tracking of MR-compatible pneumatic piston-cylinder using sliding mode control / D. Comber, E.J. Barth // ASME 2011 Dynamic Systems and Control Conference and Bath/ASME Symposium on Fluid Power and Motion Control, Volume 1. P.45-71.

26. A review of pneumatic actuators used for the design of medical simulators and medical tools. / Thibault, et al. // Multimodal Technologies and Interaction, MDPI. - 2019. Special Issue Haptics for Human Augmentation. 22p.

27. Meyen, F. Engineering a robotic exoskeleton for space suit simulation: PhD thesis / Meyen Forrest. [Место защиты: University of Missouri]. Columbia,

2011. 182p.

28. LELY DAIRY EQUIPMENT Milk, feeding and barn solutions [Электронный ресурс]. URL: https://www.lely.com/media/filer_public/ 08/dd/08ddf42b-4bfd-47ab-ad23-65ab42cdef5f/lely_dairy_equipment_2014_-_en.pdf (Дата обращения: 12.04.2020).

29. The design of pneumatic visual servo positioning system / Likai Zhu et. al// Applied Mechanics and Materials. 2015. Vols.752-753. P.1000-1005.

30. Minh-Quyen Le. Development of bilateral control for pneumatic actuated teleoperation system: These le Grade de Docteur / Minh-Quyen Le. [Место защиты: INSA de Lyon]. France, Lyon, 2011. 211p.

31. Saravanakumar, D. A review on recent research trends in servo pneumatic positioning systems / D. Saravanakumar, B. Mohan, T. Muthuramalingam // Precision Engineering. 2017. Vol.49. P.481-492.

32. Van Varseveld, R. B. Accurate Position control of pneumatic actuator using On/Off solenoid valves / R.B. Van Varseveld, G.M. Bone. // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 1997. Vol. 2, №3. P.195-204.

33. Ahn, K. Intelligent switching control of pneumatic actuator using on/off solenoid valves / K. Ahn, S.Yokota // Mechatronics. 2005. №15. P. 683-702.

34. Tsai, Y.C. FAT-based adaptive control for pneumatic servo systems with mismatched uncertainties / Y.C. Tsai, A.C. Huang // Mechanical Systems and Signal Processing. 2008. Vol.22, №6. P. 1263-1273.

35. Lee, H.K. A study on tracking position control of pneumatic actuators / H.K. Lee, G.S. Choi, G.H. Choi. // Mechatronics. 2002. Vol.12, №6. P.813-831.

36. Carneiro, J.F. Micro tracking and positioning using off-the-shelf servo pneumatics / J.F. Carneiro, F.G. Almeida // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2014. Vol.30, №3. P.244-255.

37. Righettini, P. A nonlinear controller for trajectory tracking of pneumatic cylinders / P. Righettini, H. Giberti // Proceedings of 7th International Workshop on Advanced Motion Control. Maribor, Slovenia, 2002. P.396-401.

38. Control of an electropneumatic actuator: comparison between some linear and non-linear control laws / X. Brun et al. // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 1999. Vol.213, №. 15. P. 387-406.

39. Synchronization strategy research of pneumatic servosystem based on separate control of meter-in and meter-out / X. Zhu et al. // Proceedings of IEEE / ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics. Singapore, 2009. P. 24-29.

40. Rao, Z. Modeling and control of a miniature servo pneumaticactuator / Z. Rao, G.M. Bone // Proceeding of IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2006. P.1806-1811.

41. Mohan, B. Comparison of servo positioning performance of pneumatic cylinders using proportional valve method and pwm control method / B. Mohan, D. Sara-vanakumar // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vols. 541-542. P.1233-1237.

42. Гидравлические и пневматические приводы промышленных роботов и автоматических манипуляторов / Под ред. Г.В. Крейнина. М.: Машиностроение, 1993. 304 с.

43. Герц Е.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие / Герц Е.В., Г.В. Крейнин. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.

44. Пневматический позиционный привод: оценка возможностей и перспектив применения / Крейнин Г.В и др. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. №1. С.27-35.

45. Zhu, Y. Control of pneumatic systems for free space and interaction tasks with system and environmental uncertainties: PhD thesis / Zhu Yong. [Место защиты: Vanderbilt University]. USA, Nashville, 2006. 160 p.

46. Bone, G.M. Position control of hybrid pneumatic-electric actuators using discrete-valued model-predictive control. / Bone G.M., Xue M., Flett J. // Mechatronics. 2015. Vol.25. P. 1-10.

47. Sato, K. Practical and intuitive controller design method for precision posi-

tioning of a pneumatic cylinder actuator stage / K. Sato, Y. Sano // Precision Engineering. 2014. Vol.38, №4. P.703-710.

48. Wang, J. A practical control strategy for servo-pneumatic actuator systems. / J. Wang, J. Pu, P. Moore // Control Engineering Practice. 1999. Vol. 7. P. 1483-1488.

49. Blanes, C. Tactile sensing with accelerometers in prehensile grippers for robots / C. Blanes, M. Mellado, P. Beltran // Mechatronics. 2016. V.33. P.1-12.

50. Xiang, F. Block-oriented nonlinear control of pneumatic actuator systems: Doctoral Thesis / Xiang Fulin [Место защиты: Royal Institute of Technology, KTH]. Sweden, Stockholm, 2001. 156p.

51. Shearer, J.L. Study of pneumatic process on the continuous control of motion with compressed air. // Transactions of ASME. 1956. №78. P.233-249.

52. Vaughan, D.R. Hot-gas actuators: some limits on the response speed. // Journal of Basic Engineering. 1965. Vol.87, №1. P.113-119.

53. Junyi, C. Fractional-order control of pneumatic position servosystems. / С. Junyi, С. Binggang // Mathematical Problems in Engineering. 2011. Vol. 2011. 14p.

54. Hamdan, M. Novel PID controller for pneumatic proportional valves with Hysteresis / M. Hamdan, Z.A. Gao // Industry Applications Conference. Rome, Italy 2000. 4p.

55. Janos, G. Improving positioning accuracy of servopneumatic system with DSP-based sliding mode control: Ph.D. Thesis / Janos Gyeviki [Место защиты: University of Debrecen]. Hungary, 2007. 115p.

56. Jouppila, V. Modeling and control of a pneumatic muscle actuator: Thesis for the degree of Doctor of Science in Technology / Joupilla Ville. [Место защиты: Tampere University of Technology]. Finland, Tampere, 2014. 193p.

57. Modelling and controller design of electro-pneumatic actuator based on PWM / B. Najjari et al // International Journal of Robotics and Automation. 2012. Vol.1, №3. P. 125-136.

58. Richer, E. A high performance pneumatic force actuator system part 1 -Nonlinear mathematical model. / E. Richer, Y. Hurmuzlu // ASME Journal of Dynamic

Systems Measurement and Control. 2000. Vol.122, №.3. P. 416-425.

59. Richer, E. A high performance pneumatic force actuator system part 2 -Nonlinear controller design. / E. Richer, Y.A. Hurmuzlu // ASME Journal of Dynamic Systems Measurement and Control. 2000. Vol.122, №.3. P. 426-434.

60. He, L. Dynamical adaptive backstepping-sliding mode control of pneumatic actuator: Thesis / He Liang [Место защиты: The University of Manitoba]. USA, Winnipeg, 2010.155p.

61. Review on controller design in pneumatic actuator drive system / Syamiza Jamian et. al. // TELKOMNIKA Telecommunication, Computing, Electronics and Control. 2020. Vol.18, №1. P. 332-342.

62. Аль Гбури, В.Е.А.Л. Адаптивные электропневматические модули ме-хатронных систем управления технологическим оборудованием и роботами с пневмоприводом: автореферат дис. ... канд. техн. наук: 05.02.05 / Аль Гбури Висам Ессмат Абдул Латиф [Место защиты: Южно-Российский государственный университет (НПИ) им. М.И. Платова]. Новочеркасск, 2017. 20с.

63. Круглов, С.П. Адаптивное управление тормозным пневмоцилиндром с регулируемым выхлопом / С.П. Круглов, А.В. Лесников // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2016. №3(51). С.64-70.

64. Parvez, M.M. Design of an adaptive force and stiffness controlled compliant device for robotic polishing: Master thesis / Parvez Mohammad Masud [Место защиты: Missouri University of Science and Technology]. USA, Missouri, 2016. 80p.

65. Грибков, А.М. Проверка кинематической модели пневматического манипулятора типа трипод / А.М. Грибков, Д.В. Шилин, И.П. Филин // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2012. №3 (34). С.203-208.

66. Бураков, М.В. Нейронные сети и нейроконтроллеры / Бураков М.В. СПб.: ГУАП, 2013. 284 с.

67. Сигеру Омату Нейроуправление и его приложения Кн.2 / Сигеру Ома-ту, Марзуки Халид, Рубия Юсоф. Под ред. А.И. Галушкина, В.А. Птичкина. М.:

Радиотехника, 2000. 272 с.

68. Дьяченко, П.А. Быстродействующая нейросетевая система релейного управления позиционно-следящим пневмоприводом в условиях его существенной неопределенности: автореферат дис.... канд. техн. наук: 05.13.06 / Дьяченко Павел Анатольевич [Место защиты: ДГТУ (ДВПИ имени В.В. Куйбышева)]. Владивосток, 2010. 20 с.

69. Марков, Н.А. Прогнозирующее инверсное нейроуправление в условиях возмущений для позиционно-следящего пневмопривода: автореферат дис.. канд. техн. наук: 05.13.06 / Марков Николай Александрович [Место защиты: ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»] Комсомольск-на-Амуре, 2012. 19с.

70. Carneiro, J.F. A high-accuracy trajectory following controller for pneumatic devices / J.F. Carneiro, F.G. de Almeida // Int J Adv Manuf Technol. 2012. №61. P.253-267.

71. Montasser, O.A. Design of an adaptive neural network controller for effective position control of linear pneumatic actuators / O.A. Montasser, B.A. El-Sayed // International Journal of Current Engineering and Technology. 2014. Vol.4, №4. P.3498-3507.

72. Chillari, S. An experimental comparison between several pneumatic position control methods / S. Chillari, S. Guccione, G. Muscato // Proceedings of the 40th IEEE Conference on Decision and Control. 2001. P. 1168-1173.

73. Andrighetto, P.L. Experimental comparisons of the control solutions for pneumatic servo actuators / P.L. Andrighetto, A.C. Valdiero, C.N. Vincensi // ABCM Symposium Series in Mechatronics. 2004. Vol.1. P.399-408.

74. Foldi, L. Novel cylinder positioning system realised by using solenoid valves/ L. Foldi, Z. Beres, E. Sarkozi // Sustainable Construction and Design. 2011. Vol. 2. P.142-151.

75. Highly accurate pneumatic position control. [Электронный ресурс]. URL: https://ru. scribd.com/document/7223 8999/Nurtac-Akdag-Istanbul-Technical-

University (Дата обращения: 12.04.2018).

76. Hassan, M. Comparison between neural network based PI and PID controllers / M. Hassan, G. Kothapalli // Proceedings of International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices. 2010. 7p.

77. Дерябин, В.В. Обзор исследований, посвящённых использованию нейросетевых технологий в судовождении // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2015. №6(34). C.29-43.

78. Aarthi. Comparison of Pi, Fuzzy Logic and Neural Networks Based Control of Doubly Fed Induction Generator in Wind Energy Generation. / Aarthi, P. Sindu, P. Anbarasu // International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology. 2014. Vol. 1, №6. P. 422-425.

79. He Huang. Comparison of neural and control theoretic techniques for nonlinear dynamic systems: Thesis (M.S.) / He Huang [Место защиты: Massachusetts Institute of Technology]. USA, Cambridge, 1994. 72p.

80. Vincent, S. Positioning with air/ S. Vincent, J. Bridges // Hydraulics & pneumatics. 2015. №4.

81. Елисеев, В.Л. Разработка и исследование нейросетевых алгоритмов управления стационарными и нестационарными объектами: дис.... канд. техн. наук: 05.13.01 / Елисеев Владимир Леонидович [Место защиты: НИИ МЭИ] М., 2012. 208с.

82. Васильева, В.А. Разработка метода расчета и исследование рабочих процессов регуляторов давления с учетом аэродинамической составляющей нагрузки на регулирующий элемент: дис.. канд. техн. наук: 05.04.06 / Васильева Вера Александровна [Место защиты: МГТУ им. Н.Э. Баумана]. М., 2015. 124с.

83. Mechanical behavior of fluid-lubricated faults. / C. Cornelio et al. // Nat Commun. 2019. Is.10 (1274).

84. Николенко, С. Глубокое обучение. Погружение в мир нейронных сетей /C. Николенко, А. Кадурин, Е. Архангельская. СПб.: Питер, 2018. 480 с.

85. Зеленов, М.С. К вопросу моделирования динамики пневмомеханического устройства / М.С. Зеленов, Н.В. Атамасов, А.В. Чернышев.// Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2018. № 6. С. 20-33.

86. Series AP directly operated proportional valves [Электронный ресурс]. URL: https: //www.bibus. hr/fileadmin/editors/countries/bizag/Katalozi/Pneumatka/ Ventili_i_upravljanje/Servo_ventili_i_regulatori/Ventili_serije_AP.pdf (Дата обращения: 07.09.2018).

87. Digital flow switch series PFMB7 [Электронный ресурс]. URL: https://www.smcpneumatics.com/pdfs/PFMB.pdf (Дата обращения: 04.09.2019)

88. Compact pneumatic pressure sensor series PSE530 [Электронный ресурс]. URL: https://www.smcpneumatics.com/pdfs/PSE.pdf (Дата обращения: 04.09.2019)

89. RDC1-S2 N power MOSFET, Двухканальный силовой ключ [Электронный ресурс]. URL: https://static.chipdip.ru/lib/044/D0C003044060.pdf (Дата обращения: 04.09.2019)

90. ARDUIN0 UNO REV3 [Электронный ресурс]. URL: https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3 (Дата обращения: 04.09.2019)

91. Hao Yu. Levenberg-Marquardt training / Yu Hao, B.M. Wilamowski // Industrial Electronics Handbook, Second Edition: Intelligent Systems. CRC Press, 2011. Vol. 5. P. 12.1-12.15.

92. Друки, А.А. Алгоритмы нейросетевого детектирования и распознавания символов на сложном фоне: дис.... канд. техн. наук: 05.13.01 / Друки Алексей Алексеевич [Место защиты: НИ ТПУ]. Томск, 2015. 216с.

93. Козлова, Л.Е. Разработка нейросетевого наблюдателя угловой скорости ротора в электроприводе по схеме ТРН-АД: дис.. канд. техн. наук: 05.09.03 / Козлова Людмила Евгеньевна [Место защиты: НИ ТПУ] Томск, 2016. 144с.

94. Series 61 cylinders - Aluminium profile [Электронный ресурс]. URL:http://catalogue.camozzi.com/CATAL0GUES/CCC-GENCAT/00153/PDF/ ENG.1.1.25.pdf (Дата обращения: 07.09.2018).

95. Weiheng WH-A05 [Электронный ресурс]. URL: https://www.gadgetut.ru/collection/elektronnye-bezmeny/product/ elektronnyy-bezmen-wh-a05-do-45kg (Дата обращения: 12.08.2018).

96. JIGONG 0-150мм/6" [Электронный ресурс]. URL: https://aliexpress.ru/item/ 2035617562.html (Дата обращения: 12.08.2018).

97. Линейный датчик КТЦ 275 мм [Электронный ресурс]. URL: https://aliexpress.ru/item/32720253990.html (Дата обращения: 12.08.2018).

98. Чернодуб, А.Н. Обзор методов нейроуправления / А.Н. Чернодуб, Д.А. Дзюба // Проблемы программирования. 2011. №2. С.79-94.

ПРИЛОЖЕНИЕ

П.1 Параметры нейросетевого алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом

Перед расчетом сигналов управления производится нормирование значений к интервалу [-1;1]. Границы нормирования параметров позиционного пневмоагре-гата:

Текущее положение х и требуемое положение хТРЕБ - [0; 0,2] м Давление в поршневой полости р^ - [101325; 506625] Па Давление в штоковой полости рв - [101325; 506625] Па Сигнал управления для пропорциональных клапанов поршневой полости

44 = Ч4ПОД — Ч4СБР; 44 ^ [-1; 1]

Сигнал управления для пропорциональных клапанов поршневой полости

= ^ВПОД — СБР; ^ [-1; 1]

Искусственная нейронная сеть включает три слоя. Функция преобразования для первого и второго слоя - ЯеЬи; для третьего стоя - гиперболический тангенс. Входной вектор искусственной нейронной сети для 1-ой итерации

Выходной вектор искусственной нейронной сети для 1-ой итерации

V = )

Матрицы весовых коэффициентов и сигналы смещения определяются из таблиц П.2-П.7. Смещение на первом переходе отсутствует.

Итоговый расчет сигналов управления выполняется по формулам:

- 44ПОд = тах(и^, 0) для клапана подачи поршневой полости;

- СБР = — тт(ц4,0) для клапана сброса поршневой полости;

- ивпод = тах(ив, 0) для клапана подачи штоковой полости;

- ивСБР = —тт(ив, 0) для клапана сброса штоковой полости.

Весовые коэффициенты первого перехода

Входные сигналы искусственной нейронной сети

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 1,89744 0,39330 -0,32654 -0,00134 -0,01719 2,09796 -4,22778 -0,42027 0,33588

2 0,78686 -0,26235 -0,21726 0,03711 0,06068 0,39184 -1,29228 0,15733 0,24010

3 -0,17465 -0,18817 -0,00882 -0,02204 0,00341 0,27371 -0,12446 0,17092 0,03138

4 -2,46665 -0,48038 -0,05148 -0,02346 -0,00301 -4,04483 7,00835 0,45775 0,06448

5 -0,64414 0,38700 0,01316 0,02942 0,03921 0,26848 0,25472 -0,39611 0,01375

6 -2,97978 -0,52559 0,69561 0,01858 0,01460 -4,05274 7,45954 0,54013 -0,69175

« о 7 -2,45953 0,38862 0,64503 0,04715 0,06042 -3,00258 5,80485 -0,37222 -0,66809

ч о о 8 2,38561 0,52682 -0,72646 0,03577 -0,01636 3,02850 -5,83621 -0,59379 0,74477

и о « 9 1,19430 -0,11039 -0,83030 -0,08360 -0,07105 1,24974 -2,63074 0,21057 0,73029

а <и а 10 -2,56527 -0,60922 1,04276 -0,07964 0,07305 -1,41096 4,05715 0,77118 -1,16490

и 11 4,40740 -1,69549 0,72652 0,05429 0,79721 -5,13426 1,29194 0,26742 0,38637

о £ 12 -1,20386 -0,36134 0,04782 0,07449 -0,18719 -3,35300 4,93632 0,32717 0,00589

<и X 13 -1,09913 -0,27436 0,88565 0,02930 0,03916 -2,67587 4,26222 0,02871 -0,63420

14 0,43929 -0,03982 0,10075 0,03713 0,01578 0,09152 -0,56202 0,04568 -0,10400

15 2,30319 0,12143 -0,16954 0,07960 0,05565 1,89997 -4,45320 -0,13254 0,04090

16 -2,53612 -0,47569 0,13105 -0,02351 -0,01098 -3,21112 6,07671 0,53048 -0,15125

17 -2,49513 -0,87255 0,28523 -0,06483 -0,01143 -2,72870 5,63155 0,95356 -0,39619

18 2,53554 0,16690 -0,32093 0,01470 -0,00190 2,84743 -5,71882 -0,21949 0,36933

19 0,73113 0,21712 -0,00549 0,05686 0,03848 0,96816 -1,72800 -0,32292 0,09653

Весовые коэффициенты второго перехода

Выходные сигналы нейронов первого слоя

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

1 2,89625 1,39639 5,14781 5,52546 5,85297 -2,36748 -1,85308 6,30231 1,50298 -4,24004 1,20929 1,85562 9,71764 -0,94220 11,35551 -1,59318 -1,56726 2,69738 0,01522

2 -3,97114 -0,98953 -7,43898 -9,11185 -1,67055 -2,13171 -4,43314 -3,51782 -0,28012 -0,77822 0,53187 -0,45474 -4,48630 -5,02896 -6,87571 0,96995 1,82615 -0,52210 1,98429

3 5,75347 2,78460 2,44849 1,29532 -5,11843 6,12862 -5,85442 4,39190 -5,97000 1,67950 0,60540 2,92523 -1,11940 2,11449 1,58469 1,69934 1,78945 -9,13138 4,49954

4 -5,56500 0,56125 -3,43110 -1,41758 -6,97917 -4,98270 1,88210 -3,38408 10,96961 0,45812 0,45005 -0,21475 -3,40435 8,59574 0,10721 -5,46090 -8,56619 -6,58325 -7,33746

5 -6,22314 6,11333 4,81753 -2,28803 0,17973 -1,22927 -0,27521 4,55427 -1,30508 -7,07091 -0,63951 -5,95842 4,08351 -0,13692 -1,94903 -4,79316 -0,65422 6,15553 -4,03411

6 -4,16091 3,58291 -4,99355 4,64729 -6,33932 -1,93905 1,99060 0,46760 -6,85645 -7,60685 3,25260 8,65635 -4,06846 7,59608 0,90863 7,09849 0,01763 0,07235 -2,16029

^ о ч о 7 7,72916 3,13772 -1,46848 -8,05778 -3,29053 0,14646 4,12411 -1,84318 -0,16767 -4,45245 0,53661 -1,57567 -0,74860 -1,52133 -2,06428 10,23807 1,48428 -5,06971 1,38336

о и о 8 0,14075 2,24063 -3,15362 4,23346 -6,08083 6,29093 -0,29175 2,49859 8,88108 6,40142 -0,76666 4,29323 2,82118 2,28750 -4,89150 8,23133 2,57316 -6,42680 -3,70912

а о н со 9 -0,14415 0,02241 -0,00930 -0,21390 0,02260 -0,11605 0,16099 -0,44431 0,03571 -0,07194 0,05897 -0,25057 -0,17519 0,02517 -0,18600 0,08503 0,25496 0,11258 0,09829

и 10 -0,21795 -0,29296 -0,22973 -0,24408 -0,04228 -0,06744 0,18533 -0,32818 -0,21408 -0,00013 -0,44648 -0,34169 -0,08369 0,23502 -0,20239 0,04023 -0,28391 0,18848 -0,12675

£ <и 11 7,56392 -0,07370 1,83321 -6,31457 -0,28200 -4,91439 -5,49940 2,59900 -2,06962 1,94126 0,30802 -3,26620 1,61836 -9,43014 -0,86498 10,12690 1,39246 -2,36410 0,52987

X 12 7,88505 -4,51339 -0,63578 -7,11515 2,47189 0,94881 0,98556 8,82068 -4,46073 1,60821 -0,36064 -3,57293 -2,27393 -2,41049 -1,40437 -4,92504 1,39579 0,50103 8,87651

13 -2,58227 1,90486 1,58843 1,94388 0,67368 -5,19077 2,36083 0,38051 -3,13736 -9,89562 -0,55720 2,16061 3,72006 -0,16427 1,43888 -9,00130 12,66413 -3,07681 1,39945

14 -0,15342 -5,38440 7,02162 4,59716 1,02315 10,57459 -7,07691 -0,27357 2,25185 -1,82139 -0,31043 -3,41700 0,90661 0,25150 5,53908 1,04598 0,43801 0,69783 -8,70270

15 2,70875 -3,58553 -3,60250 -0,05378 -0,14275 12,67478 -4,96068 1,57050 2,90637 -5,86511 -0,26301 -4,09749 1,56764 -3,48444 1,11623 -0,63811 -2,38557 -2,27471 -2,33836

16 -3,18471 2,57984 -5,87944 -6,03891 -2,98621 0,36711 0,82737 -0,23920 8,43707 -0,10384 0,49733 -2,07392 0,40946 -3,20527 -6,95910 0,46036 5,34152 -2,05174 7,11524

17 0,39763 0,23892 -1,08497 -1,31722 0,14755 0,09713 -0,60656 -0,39936 -0,12773 -0,51843 -1,50594 -0,36576 -0,66305 -0,66499 -0,15020 -0,33640 -0,59814 0,00878 -0,44966

18 3,08121 -6,72877 -9,55011 -2,11828 6,59767 -6,28511 -2,60039 -4,87532 -2,76371 -1,08000 0,41107 -6,78218 -1,05699 4,04407 -0,40122 -3,54984 -2,18589 3,81174 -4,27403

19 -4,31655 -3,81916 5,31721 5,33880 2,33454 0,91856 4,25117 9,41766 2,77001 5,74570 2,79839 1,37127 -1,60358 0,21865 3,59154 -0,04106 -0,13931 9,33856 -0,40320

Сигналы смещения второго перехода

Нейроны второго слоя

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Сигнал смещения -0,78988 0,71613 -0,59120 1,35465 0,71181 -1,03463 0,04606 -0,14292 -0,31624 -0,33308 -0,00483 0,44575 -0,32991 0,29865 0,42008 -0,31190 -1,83662 1,18458 -0,24383

Таблица П.5

Весовые коэффициенты третьего перехода

Выходные сигналы нейронов второго слоя

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Нейроны третьего слоя 1 0,04935 ■0,09289 ■0,95505 1,21491 0,50196 0,52229 ■4,01167 0,45588 0,27106 ■0,17518 0,33470 1,15530 1,02790 ■1,34355 0,61214 0,16067 ■0,96701 0,71189 -0,08954

2 ■0,42642 0,57317 ■0,36121 ■0,60680 0,63949 ■0,11514 ■0,97449 ■0,09272 ■0,26371 ■0,09037 ■1,28979 ■3,70113 0,03673 ■0,23422 2,62112 ■0,58962 0,30989 ■1,52652 0,51967

Таблица П. 6

Сигналы смещения третьего перехода

Нейроны третьего слоя

1 2

Сигнал смещения -0,42642 0,57317

Акт внедрения результатов диссертационной работы

НПО ТЕХНС'МАШ

им. С.А.Афанасьева

государственная корпорация по космическом деятельности «роскосмос» федеральное государственное унитарное предприятие «научно-производственное объединение «техномаш» (фгуп «нпо «Техномаш»)

127018, г.Москва, 3-й проезд Марьиной рощи, д. 40, а/я 131 тел.: [phone]. факс: [phone] www.tmnpo.ru e-mail: [e-mail]

ОКПО 07527638, ОГРН 1037739453982, ИНН 7715012448, КПП 771501001

УТВЕРЖДАЮ Заместитель генерального директора по специальным технологиям ЧПО»<< Техномаш»

LB. Бараев

2020 г.

Акт

о внедрении результатов диссертационной работы М.С. Зеленова на тему: «Разработка метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом» на соискание степени кандидата технических наук

Комиссия в составе:

A.B. Кологов - начальник отделения технологий испытаний и неразрушающих методов контроля Центра технологических разработок;

A.A. Савельев - начальник лаборатории вакуумных покрытий Центра

технологических разработок, кандидат технических наук;

B.В. Степанов - начальник лаборатории технологий пайки Центра

технологических разработок, кандидат технических наук; Г.Л. Усов - ведущий научный сотрудник отдела пневмогидроиспытаний

Центра технологических разработок, кандидат технических наук;

составила настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы М.С. Зеленова на тему: «Разработка метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом» внедрены в Центре технологических разработок.

М.С. Зеленовым внедрен метод расчета рабочих процессов в позиционном пневмоагрегате, включающем пропорциональные клапаны для регулирования подачи сжатого воздуха. Разработана программа обучения искусственной нейронной сети для определения эффективной площади клапана АР-7211-С>112-У711 при различных перепадах давления и управляющих сигналах. Расчетные

зависимости позволили выполнять расчет эффективной площади элемента запорно-регулирующей арматуры в диапазоне перепадов давления от 0 до 4 атм и в диапазоне управляющего напряжения от 0 до 24 В. Среднее отклонение результатов расчета от экспериментальных данных составило менее 1 %.

Разработанная программа расчета эффективной площади элемента запорно-регулирующей арматуры внедрен в комплекс математического моделирования пневмогидравлических систем Центра технологических разработок. Результаты диссертационной работы использованы при разработке эскизного проекта на вакуумную напылительную установку для нанесения износостойких и высокоэлектропроводных покрытий в рамках ОКР «Прогресс-2025», включенной в Федеральную космическую программу России на 2016-2025 годы.

Внедрение разработанного М.С. Зеленовым метода расчета и алгоритма управления позиционным пневматическим приводом с использованием искусственных нейронных сетей позволило получить положительный эффект при разработке пневмогидравлических систем технологического оборудования.

Председатель комиссии:

Члены комиссии:

Г.Л. Усов

Акт внедрения в учебный процесс в МГТУ им. Н.Э. Баумана

УТВЕРЖДАЮ Первый проректор -

проректор по учебной работе, МГТУ им. Баумана

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертации Зеленов М.С. «Разработка метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом» в учебный процесс подготовки магистров и специалистов

в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Результаты диссертационной работы Зеленова М.С. «Разработка метода расчета и алгоритма управления позиционным пневмоагрегатом» на соискание степени кандидата технических наук использованы в учебном процессе кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» (Э-5) МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Основные положения диссертационной работы нашли отражение в курсах лекций кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» (Э-5) МГТУ им. Н.Э. Баумана:

1. Теория и расчет рабочих процессов в агрегатах пневматических систем. Направление подготовки магистра 15.04.02 Технологические машины и оборудование (магистерская программа «Пневмоагрегаты и пневмосистемы»). Раздел Л 3.3.

2. Математическое моделирование процессов в агрегатах и пневматических системах. Направление подготовки магистра 15.04.02 Технологические машины и оборудование (магистерская программа «Пневмоагрегаты и пневмосистемы»). Разделы Л 1.3 и Л 2.1.

3. Теория и расчет процессов в агрегатах пневматических систем. Направление подготовки специалиста 15.05.01 Проектирование технологических машин и комплексов, специализация "Проектирование компрессорных и вакуумных машин и комплексов". Раздел Л 3.3.

Разработанные математическая модель, алгоритм управления и метод расчета позиционного пневмоагрегата, а также изготовленный лабораторный стенд используются в курсах лекций и на семинарских занятиях, что позволяет студентам закрепить полученные знания. Материалы диссертации М.С. Зеленова используются студентами кафедры «Вакуумная и компрессорная техника» (Э-5) МГТУ им. Н.Э. Баумана и в процессе самостоятельного изучения разделов перечисленных курсов лекций.

Данный акт утвержден на заседании кафедры Э-5 от «26» февраля 2020 г., протокол № 12

Заведующий кафедрой Э-5, д.т.н., профессор