Vol.2, No 10, 2000 pp. 1423-1432
UDC 681.523.4:621.642.3:517.9(045)
DIGITAL ADAPTIVE CONTROL SYSTEM DESIGN
FOR A PARTICULAR CLASS OF HYDRAULIC SYSTEMS
Tamara Nestorović
Faculty of Mechanical Engineering, University of Niš,
Beogradska 14, 18000 Niš, Yugoslavia, e-mail: tamara@masfak.masfak.ni.ac.yu
Abstract. This paper is devoted to design of adaptive control laws for a particular class of hydraulic systems. Considered hydraulic systems belong to a class of level-systems, which were so far mostly considered with the aim of level control, i.e. keeping the level of a liquid in a reservoir at desired constant value. This control aim could be achieved by linear feedback gain control system. Mentioned hydraulic level-systems are now considered from a different point of view, which demands nonlinear adaptive control system introducing. Namely, if the control aim is to make the level of a liquid in a reservoir change according to a specified function, then the parameters of the system under control are variable due to variable liquid level, which demands adaptive control. The case when the system parameters are unknown is also considered.
Regarding adaptive control design, different approaches were applied. The paper considers gradient approach (MIT rule for parameter adaptation), reference model adaptive systems based on hyperstability theory and self-tuning regulators. Design procedures were considered in discrete form which enables their implementation as a part of a digital system controled by computer.
For the purpose of adaptive control design, differential equation models of considered systems were converted into appropriate discrete-time models and afterwards represented in polinomial form, which is the basis for adaptive control design procedure. As a result discrete control laws, which provide accomplishing of the control aim, were obtained.
The verification of designed control laws was accomplished by the numerical experiment method, i.e. by digital computer simulation, and obtained simulation results were presented in the work. Simulations were performed for different types of reference input and compared. On the basis of simulation results appropriate conclusions were made. For the purpose of the simulation completion, original programs, which represent software implementation of designed control laws, were written.
PROJEKTOVANJE ADAPTIVNOG UPRAVLJANJA ZA ODREĐENU KLASU HIDRAULIČKIH SISTEMA
Rad je posvećen projektovanju adaptivnih upravljačkih zakona u cilju upravljanja određenim hidrauličkim sistemima. Razmatrani hidraulički sistemi pripadaju klasi nivo sistema, koji su do sada razmatrani sa stavnovišta održavanja nivoa tečnosti u rezervoaru na željenoj konstantnoj vrednosti. Ovakav upravljački cilj mogao se ostvariti linearnim upravljačkim sistemom sa povratnim spregama po promenljivim stanja. Pomenuti hidraulički nivo sistemi sada se razmatraju sa drugačije tačke gledišta, što zahteva uvođenje nelinearnog adaptivnog upravljačkog sistema. Naime, ukoliko je cilj upravljanja da se nivo tečnosti u rezervoaru menja po unapred zadatoj funkciji, onda su parametri objekta upravljanja promenljivi zbog promenljivog nivoa tečnosti u rezevoaru, zbog čega je potrebno uvesti adaptivno upravljanje. Ovde se razmatra i slučaj kada su parametri objekta upravljanja nepoznati.
Pri projektovanju adaptivnog upravljanja korišćeni su različiti pristupi. U ovom radu razmotren je gradijentni pristup (MIT pravilo), adaptivni sistemi sa referentnim modelom zasnovani na teoriji hiperstabilnosti i samopodešavajući regulatori. Postupci projektovanja razmatrani su u diskretnom obliku, što omogućava njihovu primenu u sastavu digitalnog sistema kojim upravlja računar.
U cilju projektovanja adaptivnog upravljanja, modeli razmatranih sistema predstavljeni diferencijalnim jednačinama, prevedeni su u odgovarajuće diskretne modele, a zatim su predstavljeni u polinomnom obliku koji predstavlja osnovu za projektovanje adaptivnog upravljanja. Kao rezultat projektovanja dobijeni su diskretni upravljački zakoni kojima se ostvaruje cilj upravljanja.
Verifikacija projektovanih upravljačkih zakona ostvarena je metodom numeričkog eksperimenta, odnosno simulacijom na digitalnom računaru, a dobijeni rezultati prikazani su u radu. Simulacije su izvršene za različite tipove refrentnih signala i izvršeno je njihovo upoređivanje. Na osnovu rezultata simulacije izvedeni su odgovarajući zaključci. U cilju izvršenja simulacija napisani su i određeni originalni programi koji predstavljaju softversku implementaciju projektovanih upravljačkih zakona.