Синтез и реализация λ-подхода скользящего управления в системе теплопотребления

Предмет исследования. Предложен новый подход к синтезу и реализации трехпозиционного релейного управления сложными динамическими объектами. Рассмотрена методика синтеза обратной связи релейного элемента в задачах робастного и оптимального по быстродействию управления системами теплопотребления.

Методы. Представленный подход заключается в организации процедуры дифференцирования на релейном элементе, включенным в обратную связь системы управления.

Основные результаты. Для демонстрации эффективности подхода выполнена сравнительная оценка результатов моделирования систем теплопотребления с релейным трехпозиционным управлением и традиционным линейно-квадратичным регулятором. Показаны графики переходных процессов действующих систем, которые подтверждают эффективность синтезированного релейного управления.

Практическая значимость. Результаты работы найдут применение при разработке алгоритмов управления системами теплопотребления зданий и сооружений.

1. Poznyak A.S. Sliding mode control in stochastic continuos-time systems: μ-zone MS-convergence // IEEE Transactions on Automatic Control. 2017. V. 62. N 2. P. 863–868. https://doi.org/10.1109/TAC.2016.2557759

2. Alibeji N., Sharma N. A PID-type robust input delay compensation method for uncertain Euler-Lagrange systems // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2017. V. 25. N 6. P. 2235–2242. https://doi.org/10.1109/TCST.2016.2634503

3. Guo X., Ren H.P. Robust variable structure control for three-phase PWM converter // Zidonghua Xuebao/Acta Automatica Sinica. 2015. V. 41. N 3. P. 601–610. (in Chinese). https://doi.org/10.16383/j.aas.2015.c140421

4. Zhu Q.D., Wang T. An improved design scheme of variable structure control for discrete-time systems // Zidonghua Xuebao/Acta Automatica Sinica. 2010. V. 36. N 6. P. 885–889. (in Chinese). https://doi.org/10.3724/SP.J.1004.2010.00885

5. Parra-Vega V., Fierro-Rojas J.D. Sliding PID uncalibrated visual servoing for finite-time tracking of planar robots // Proc. of the 2003 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No.03CH37422). 2003. V. 3. P. 3042–3047. https://doi.org/10.1109/ROBOT.2003.1242058

6. Choi H.H. LMI-based sliding surface design for integral sliding mode control of mismatched uncertain systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 2007. V. 52. N 4. P. 736–742. https://doi.org/10.1109/TAC.2007.894543

7. Huang Y.J., Kuo T.C., Chang S.H. Adaptive sliding-mode control for nonlinear systems with uncertain parameters // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B: Cybernetics. 2008. V. 38. N 2. P. 534–539. https://doi.org/10.1109/TSMCB.2007.910740

8. Abdulgalil F., Siguerdidjane H. PID based on sliding mode control for rotary drilling system // Proc. of the EUROCON 2005 - The International Conference on “Computer as a Tool”. 2005. V. 1. P. 262–265. https://doi.org/10.1109/EURCON.2005.1629911

9. Utkin V.I. Sliding Modes in Control and Optimization. Berlin, Germany: Springer, 1992. 299 p.

10. Li X.B., Ma L., Ding S.H. A new second-order sliding mode control and its application to inverted pendulum // Zidonghua Xuebao/Acta Automatica Sinica. 2015. V. 41. N 1. P. 193–202. (in Chinese). https://doi.org/10.16383/j.aas.2015.c140263

11. Li Y., Xu Q. Adaptive sliding mode control with perturbation estimation and PID sliding surface for motion tracking of a piezodriven micromanipulator // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2010. V. 18. N 4. P. 798–810. https://doi.org/10.1109/TCST.2009.2028878

12. Mu C.X., Yu X.H., Sun C.Y. Phase trajectory and transient analysis for nonsingular terminal sliding mode control systems // Zidonghua Xuebao/Acta Automatica Sinica. 2013. V. 39. N 6. P. 902–908. (in Chinese). https://doi.org/10.3724/SP.J.1004.2013.00902

13. Bartolini G., Pydynowski P. An improved, chattering free, V.S.C. scheme for uncertain dynamical systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 1996. V. 41. N 8. P. 1220–1226. https://doi.org/10.1109/9.533691

14. Bartolini G., Ferrara A., Usai E. Chattering avoidance by secondorder sliding mode control // IEEE Transactions on Automatic Control. 1998. V. 43. N 2. P. 241–246. https://doi.org/10.1109/9.661074

15. Bartolini G., Ferrara A., Usai E., Utkin V.I. On multi-input chatteringfree second-order sliding mode control // IEEE Transactions on Automatic Control. 2000. V. 45. N 9. P. 1711–1717. https://doi.org/10.1109/9.880629

16. Zhang Y., Ma G.F., Guo Y.N., Zeng T.Y. A multi power reaching law of sliding mode control design and analysis // Zidonghua Xuebao/ Acta Automatica Sinica. 2016. V. 42. N 3. P. 466–472. (in Chinese). https://doi.org/10.16383/j.aas.2016.c150377

17. Kim N., Cha S., Peng H. Optimal control of hybrid electric vehicles based on Pontryagin’s minimum principle // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2011. V. 19. N 5. P. 1279–1287. https://doi.org/10.1109/TCST.2010.2061232

18. Клюев А.С., Колесников А.А. Оптимизация автоматических систем управления по быстродействию. М.: Энергоиздат, 1982. 239 с.

19. Kirk D.D. Optimal Control Theory. An Introduction. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1970. 472 p.

20. Li Y., Wang Z., Zhu L. Adaptive neural network PID sliding mode dynamic control of nonholonomic mobile robot // Proc. of the IEEE International Conference on Information and Automation. 2010. P. 753–757. https://doi.org/10.1109/ICINFA.2010.5512467

21. Khalil H.K. Nonlinear Systems. 3nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2002. 750 p.

22. Liu T., Liu H.P. Quasi-sliding-mode control based on discrete reaching law with dead zone // Zidonghua Xuebao/Acta Automatica Sinica. 2011. V. 37. N 6. P. 760–766. (in Chinese). https://doi.org/10.3724/SP.J.1004.2011.00760

23. Shilin A.A., Bukreev V.G. The reduction of the multidimensional model of the nonlinear heat exchange system with delay // Communications in Computer and Information Science. 2014. V. 487. P. 387–396. https://doi.org/10.1007/978-3-319-13671-4_44

24. Shilin A.A., Bukreev V.G., Prohorov S. Pressure pump power control in the primary circuit of the heat exchange system // MATEC Web of Conferences. 2016. V. 91. P. 01043. https://doi.org/10.1051/matecconf/20179101043

25. Savrasov F.V., Prokhorov S.V., Shilin A.A. The computer simulation of hoarfrost’s clearing process in the air recuperation system // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 803. N 1. P. 012134. https://doi.org/10.1088/1742-6596/803/1/012134