4.1.2. Нечеткий регулятор для управление движением подъемного крана

При перемещении грузов с помощью кранов часто возникают колебания, амплитуда которых зависит от веса и формы груза, направления и способа подъема, длины груза и, естественно, развиваемых при этом ускорений.

Применение классических ПИД - регуляторов в данном случае оказывается возможным лишь тогда, когда имеется возможность перестраивать их параметры непрерывно, в реальном времени в процессе функционирования. Однако адаптивные алгоритмы управления также должны долго отлаживаться и являются дорогостоящими.

Применение нечеткого регулирования для этих целей требует лишь использования небольшого количества локальных правил, которые связывают требуемую скорость движения крана, а также угловое отклонение и угловую скорость колебаний груза [16]. При этом затраты на проектирование оказываются существенно меньше по сравнению с традиционными методами адаптивного управления, а точность регулирования сохраняется.

Нечеткий регулятор, разработанный фирмой OMRON - Electronic, в данном случае имеет 3 входные переменные:

- задающее воздействие (уставка) для скорости движения крана;

- угол отклонения груза;

- угловая скорость колеблющегося груза.

Управляющее воздействие на выходе нечеткого регулятора - сигнал скорости , который должен отрабатываться электроприводом крана.

Структурная схема нечеткого регулятора принимает вид (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Структурная схема нечеткого регулятора

Как видно из рисунка., нечеткий регулятор реализует следующие функции:

- ввод (с помощью аналого-цифровых преобразователей) значений угла отклонения груза () и команд управления от крановщика на изменение скорости и направления движения крана ();

- фаззификация указанных значений с использованием лингвистических переменных и заданных функций принадлежности;

- получение (вывод) нечеткого множества значений управляющего воздействия ();

- дефаззификация, т.е.

Функции принадлежности выбираются следующим образом (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Функции принадлежности лингвистических переменных

Для угла , желаемой скорости движения и сигнала управления скоростью V задаются по 5 термов (NM, NS, Z, PS, PM); для угловой скорости - 3 терма (NS, Z, PS). Заметим, что в тех случаях, когда выбранная скорость не лежит в окрестности нуля, значение лингвистической переменной изменяется с целью переключения соответствующих значений управляющего воздействия V. Напротив, если , то регулятор исходит из того, что кран необходимо притормаживать.

Правила, используемые при работе нечеткого регулятора;

1°. ЕСЛИ , ТО ;

2°. ЕСЛИ , ТО ;

3° ЕСЛИ , ТО ;

4° ЕСЛИ , ТО ;

5° ЕСЛИ И , ТО ;

6° ЕСЛИ И И , ТО ;

7° ЕСЛИ И И , ТО ;

8° ЕСЛИ И И , ТО ;

9° ЕСЛИ И И , ТО ;

10° ЕСЛИ И И , ТО ;

11° ЕСЛИ И И , ТО ;

12° ЕСЛИ И И , ТО ;

13° ЕСЛИ И И , ТО ;

14° ЕСЛИ И И , ТО ;

15° ЕСЛИ И , ТО .

По существу, здесь реализуются те же правила действий, которые интуитивно использует опытный крановщик в процессе своей работы.

Например, правило 7° можно выразить следующими словами: "ЕСЛИ груз отклонен в противоположную сторону по отношению к направлению его транспортировки, И угловая скорость колебаний примерно равна нулю, И кран подтормаживается, ТО подвинуть кран немного в направлении, противоположном направлению транспортировки".

Подчеркнем, что преимущества использования нечеткого управления; становятся особенно ощутимыми в случаях большой нагрузки оператора, его психологического и физического утомления, затруднений с точки зрения автоматизации процессов традиционными методами. Именно эти обстоятельства и являются определяющими для рассмотренной задачи управления движением крана.