Параметрический синтез регулятора метаэвристическим алгоритмом в среде SimInTech
Автор: Л.А. Михайленко, Д.С. Русин, В.В. Устименко, А.В. Чубарь
Журнал: Космические аппараты и технологии.
Рубрика: Космическое приборостроение
Статья в выпуске: 3, 2020 года.
Бесплатный доступ
Эффективность и качество функционирования локальных систем автоматического управления в составе автономного объекта во многом определяются регулятором в их составе и используемым законом управления. Для синтеза регулятора необходимо использование современных систем автоматизированного проектирования. В статье представлены результаты применения генетического алгоритма в качестве метода параметрического синтеза управляющего устройства ПИД-типа в среде динамического моделирования технических систем SimInTech, которая в настоящее время используется на ряде предприятий ракетно-космической отрасли Российской Федерации. Объектом исследования выступает динамическая система с обратной связью на примере системы автоматического управления угловым положением искусственного спутника Земли. Представлена функциональная схема и упрощенная математическая модель системы автоматического управления в виде передаточных функций ее звеньев и ее реализация в среде SimInTech. Компьютерная модель системы, а также синтез регулятора, реализованы как пакет проектов на основе типовых блоков и субмоделей SimInTech, взаимодействующих через общую базу сигналов, которая обеспечивает обмен информацией между проектами, делая модель системы гибкой и универсальной с применением стороннего программного обеспечения – интерактивной оболочки для языка программирования Python – Jupyter Notebook. Описана организация взаимодействия SimInTech и Jupyter Notebook, представлены скрипты программ для его реализации.
Автоматизация, синтез, ПИД-регулятор, система с обратной связью, моделирование, генетический алгоритм, SimInTech
Короткий адрес: https://sciup.org/14117449
IDR: 14117449 | УДК: 004.023 | DOI: 10.26732/j.st.2020.3.05
Parametric synthesis of the controller by metaheuristic algorithm in the SimInTech environment
Efficiency and quality of operation of local automatic control systems as part of an autonomous object is mainly determined by the regulator in their composition and the used control law, for the synthesis of which is necessary to use modern computer-aided design systems. The article presents the results of the application of genetic algorithm as a method of parametric synthesis of the PID-controller implemented in the SimInTech visual dynamic modeling environment, which currently is used by enterprises in the rocket and space sectors of Russian Federation. Object of research is the dynamic negative feedback system on the example of the automatic angular position of artificial satellite control system. The functional scheme and the simplified mathematical model of the system in the form of the transfer functions of its links are presented. The computer model of the system as well as a process of synthesis of the controller are implemented as a package of projects, based on standard blocks and submodels SimInTech. Projects interact using a common signal base, which provides information exchange between projects, making the system model flexible and versatile. An interactive computing environment for programming language Python, Jupyter Notebook, is used as a third-party software. The organization of interaction between SimInTech and Jupyter Notebook is described, scripts of programs for its implementation are presented.
Список литературы Параметрический синтез регулятора метаэвристическим алгоритмом в среде SimInTech
- Мызникова В. А., Устименко В. В., Чубарь А. В. Построение нечетких регуляторов в среде SimInTech // Робототехника и искусственный интеллект : материалы X Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. Красноярск. 2018. С. 223–228.
- Мызникова В. А., Устименко В. В., Чубарь А. В. Построение нечётких регуляторов для систем управления автономных объектов в среде SimInTech // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3. № 1. С. 22–27. doi: 10.26732/2618-7957-2019-1-22-27.
- Гусаров А. В., Кошляков П. С. Исследование методов настройки ПИД-регулятора для систем с малыми постоянными времени // Технические науки в России и за рубежом : материалы VIII Междунар. науч. конф., Краснодар, 2019, С. 23–23.
- Воронин А. В. Теория автоматического управления. Основы построения и анализа систем автоматического регулирования : учеб.-метод. пособие. Томск : Издательство Томского политехнического университета, 2013. 51 с.
- Карташов Б. А., Козлов О. С., Шабаев Е. А., Щекатуров А. М. Среда динамического моделирования технических систем SimInTech. М. : ДМК Пресс, 2017. 424 с.
- Ефимов В. В. Нейрокомпьютеры в космической технике. М. : Радиотехника, 2004. 320 с.
- Бураков М. В. Генетический алгоритм: теория и практика. СПб. : Государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2008. 164 с.
- Гладков Л. А., Курейчик В. В., Курейчик В. М. Генетические алгоритмы. М. : Физматлит, 2006. 317 с.
- Панченко Т. В. Генетические алгоритмы : учеб.-метод. пособие. Астрахань : Издательский дом «Астраханский университет», 2007. 87 с.
- Вадутов О. С. Настройка типовых регуляторов по методу Циглера–Никольса : метод. указания к выполнению лабораторной работы для студентов, обучающихся по направлениям 210100 «Электроника и наноэлектроника» и 201000 «Биотехнические системы и технологии». Томск : Изд-во Томского политехнического универ- ситета, 2014. 10 с.
- Русин Д. С., Устименко В. В., Чубарь А. В. Применение генетического алгоритма для оптимизации параметров системы управления автономным объектом с использованием среды динамического моделирования SimInTech // Робототехника и искусственный интеллект : материалы XI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. Красноярск. 2019. С. 261–266.
