Synthesis of the follow-up system based on the piezoelectric engine

UDC 681.5

D. Shareiko,
I. Bilyuk,
A. Fomenko,
O. Savchenko,
A. Kirichenko 

The work considers the peculiarities of the way the follow-up system based on the piezoelectric engine functions. The system consists of a piezoelectric engine of the reverse rotation, presented as two independent piezoelectric engines of rectified rotation with the common arbor and separate power supply units; a feedback sensor, a comparator unit, a reverse control unit; a step-length control unit and a clock frequency generator.
It has been defined that unlike the control system with single value nonlinearity, for which Popov criterion is applied to research the stability of the equilibrium, the stability of the control system of the piezoelectric engine with hysteresis nonlinearity and numerous equilibrium positions is evaluated applying the stability criterion of Yakubovitch. To analyze the stability of the control units of the piezoelectric engine with hysteresis nonlinearity, a generalization is used, under which control unit system links are transformed into a hysteresis link of the nonlinear part and links of the linear part of the control unit.
The functional chart of the control unit of the deformation of the piezoelectric transducer is analyzed. The research has been done on the absolute stability of the control unit of the deformation of the piezoelectric transducer for nano- and micro displacements under deterministic impacts based on criterion of Yakubovitch.
Amplitude-phase-frequency characteristics have been built on the complex plane for two kinds of curved lines, for which the conditions of stability are met but the conditions of absolute stability of the control unit of the deformation of the piezoelectric transducer are not met. It is defined that the frequency criterion of the absolute stability is simple and convenient for the synthesis of the compensating devices of the control unit of the deformation of the piezoelectric transducer for nano- and micro displacements. It has been noted that the frequency criterion of the absolute stability of numerous equilibrium positions in a nonlinear system with one hysteresis nonlinearity of the piezoelectric transducer is true both for the systems with deterministic and random processes, as well as both for lumped parameters and distributed constants.
Analytic formulae have been obtained for the synthesis of the follow-up control system based on the piezoelectric engine with the ability to change from step running to continuous operation and back.

Key words: follow-up system; automatic control unit; piezoelectric engine; absolute stability; stability criterion of Yakubovitch; compensating device.

Synthesis of the follow-up system based on the piezoelectric engine.

References:
1. Smyrnov A. B. Mekhatronyka y robototekhnyka. Systemы mykroperemeshchenyi s pezoэlektrycheskymy pryvodamy [Tekst] / A.B. Smyrnov – S.-P.: SPbHPU, 2003. – 160 s.
2. Afonyn S. M. Yssledovanye absoliutnoi ustoichyvosty systemы upravlenyia deformatsyei pezopreobrazovatelia dlia nano- y mykropreobrazovatelei [Tekst] / S. M. Afonyn // Mekhatronyka, avtomatyzatsyia, upravlenye. – 2008. – N 1. – S. 10-16.
3. Shareiko D.Yu. Slidkuvalna systema na osnovi piezoelektrychnoho dvyhuna [Tekst] /D.Yu.Shareiko, I.S. Biliuk, A.M. Fomenko, O.V. Savchenko // Suchasni problemy avtomatyky ta elektrotekhniky / Materialy Vseukrainskoi naukovo-tekhnichna konferentsii. m. Mykolaiv, 21-22 kvitnia 2016 roku – S. 24 – 25
4. Popovych M.H. Teoriia avtomatychnoho keruvannia / M.H. Popovych, O.V. Kovalchuk – K. : Lybid, 2007. — 656 s.

Issue 4 (92), 2016

Tuning the complete electric drives with linear and non-linear compensating devices

UDC 681.5

D. Shareiko, I. Bilyuk, A. Fomenko, A. Kozachenko.

The regulators that are used in the modern complete electric drives have been analyzed. It has been found that the use of these regulators results in the necessity of their constant retuning when transferring between the operation modes. The problem can be solved by using adaptive regulators in the complete electric drive.
The structural scheme of the control system of the complete electric drive with the linear and nonlinear compensating device has been considered. The values of the control system and its characteristic equation have been defined. To calculate the values of the control system the Gurvits stability criterion was applied.  The dependence of the transmission coefficient of the open-loop control system on the transmission coefficient by the engine speed has been constructed.
The use of the nonlinear adaptive regulator in the structure of the modern compete electric drive has been considered.  The mathematical model for the synthesis of the nonlinear adaptive regulator has been constructed. The transient characteristics have been built to assess the values of the system with the linear and nonlinear compensation. The quality of the transient processes has been evaluated when both linear and nonlinear correction are used.
The dependence of error and speed component of the control system error on the feedback factor by speed has been constructed. The coefficients of the harmonic linearization of the nonlinearity have been defined for the analysis. In that case the parts of the sine curve that are cut out are used for the control with the opposite sign. The dependencies of the coefficient of the nonlinear regulator on different types of compensating devices have been constructed.
It has been shown that when nonlinear compensation only is used, it does not provide any significant advantage in comparison with the linear compensation. However, the combined use of both linear and nonlinear compensation allows reducing the sinusoidal and speed errors of the control system by two times. The value of the feedback by speed coefficient is defined under which   the sinusoidal and speed errors of the control system increase dramatically. The values of the coefficients of the regulator tuning are defined under which the best performance of the transient processed is achieved.
The expediency of using the adaptive regulator in the structure of the modern complete electric drive has been proved. It has been shown that the adaptive regulator significantly increases the control quality when the nonlinear features are present.

Key words: adaptive regulators, nonlinear control law, complete electric drive, dynamic compensation, values of the regulator.

 

D. Shareiko, I. Bilyuk, A. Fomenko, A. Kozachenko. Tuning the complete electric drives with linear and non-linear compensating devices.

References:

  1. Sharejko, D.Ju. Polipshennja dynamichnykh kharakterystyk komplektnykh elektropryvodiv [Tekst] /D.Ju.Sharejko, I.O. Shvedenenko // Perspektyvna tekhnika i tekhnologhiji / Materialy Kh Mizhnarodnoji naukovo-praktychnoji konferenciji molodykh uchenykh, aspirantiv i studentiv m. Mykolajiv, 22-24 veresnja 2014 roku – S. 24 – 32;
  2. Fomenko, A.M. Komplektni elektropryvody: U 3ch. Ch. 1: Analoghovi komplektni elektropryvody: Navchaljnyj posibnyk z ghryfom MONU. [Tekst] / Fomenko A.M., Sharejko D.Ju // – Mykolajiv: NUK, 2010. – 144 s.
  3. Fomenko, A.M. Komplektni elektropryvody: U 3ch. Ch. 2: Cyfrovi komplektni elektropryvody: Navchaljnyj posibnyk z ghryfom MONU. [Tekst] / Fomenko A.M., Sharejko D.Ju // – Mykolajiv: NUK, 2014. – 143 s.
  4. Krasnodubec, L. A. Prymenenye novukh adaptyvnukh reghuljatorov v systemakh stabylyzacyy skorosty dvyghatelej postojannogho toka [Tekst] / L. A. Krasnodubec // Vestnyk SevNTU. Avtomatyzacyja processov y upravlenye: sb. nauch. tr. – Sevastopolj, 2010. – Vup. 108 – S. 213-217.
  5. Sharejko, D.Ju. Adaptyvnyj reghuljator u strukturi suchasnogho komplektnogho elektropryvodu [Tekst] /D.Ju.Sharejko, I.O. Shvedenenko // Visnyk aghrarnoji nauky Prychernomor’ja – 2014. – Vyp. 1 (77). – S. 191 – 198.
  6. Belov, M.P. Avtomatyzyrovannuj эlektropryvod typovukh proyzvodstvennukh mekhanyzmov y tekhnologhycheskykh kompleksov [Tekst] / M.P. Belov ––M. : Akademyja, 2007. — 576 s.
  7. Popovych, M.Gh. Elektromekhanichni systemy avtomatychnogho keruvannja ta elektropryvody [Tekst] / M.Gh. Popovych, O.Ju. Lozynsjkyj, V.B. Klepikov – K.: Lybidj, 2005. – 680 s.
  8. Krasnodubec, L. A. Analytycheskoe konstruyrovanye adaptyvnukh reghuljatorov na osnove koncepcyj obratnukh zadach dynamyky y lokaljnoj optymyzacyy [Tekst] / L. A. Krasnodubec // Vestnyk SevNTU. Avtomatyzacyja processov y upravlenye: sb. nauch. tr. – Sevastopolj, 2010. – Vup. 108 — S. 5-9.
  9. Krzysztof Szabat and Teresa Orlowska-Kowalska. Adaptive control of the electrical drivers with the elastic coupling using Kalman filter. // Wroclaw University of Technology. Poland. 2009 – 372 pages.
  10. Khlupalo, E. Y. Nelynejnue korrektyrujushhye ustrojstva v avtomatycheskykh systemakh [Tekst] / E. Y. Khlupalo. – L. : Эnerghyja. Lenynghr. otd-nye, 1973. – 344 s

Д. Ю. Шарейко, И. С. Билюк, А. Н. Фоменко, А. В. Козаченко. Наладка комплектных электроприводов с линейным и нелинейным корректирующими устройствами.

Рассмотрена структурная схема системы управления комплектным электроприводом с линейным и нелинейным корректирующим устройством. Определены параметры системы управления и ее характеристическое уравнение. Рассмотрено применение нелинейного адаптивного регулятора в структуре современного комплектного электропривода. Составлена математическая модель для синтеза нелинейного адаптивного регулятора. Построенные переходные характеристики для оценки параметров системы с линейной и нелинейной коррекцией. Доказана целесообразность использования адаптивного регулятора в структуре современного комплектного электропривода.

Д. Ю. Шарейко, І. С. Білюк, А. М. Фоменко, А. В. Козаченко. Налагодження комплектних електроприводів з лінійним і нелінійним коригувальними пристроями.

Розглянуто структурну схему системи керування комплектним електроприводом з лінійним і нелінійним коригувальним пристроєм. Визначено параметри системи керування та її характеристичне рівняння. Розглянуто застосування нелінійного адаптивного регулятора у структурі сучасного комплектного електропривода. Складена математична модель для синтезу нелінійного адаптивного регулятора. Побудовано перехідні характеристики для оцінки параметрів системи з лінійною та нелінійною корекцією. Доведено доцільність використання адаптивного регулятора у структурі сучасного комплектного електропривода.

 

Стенд фізичного моделювання робочих процесів у електроприводах верстатів з ЧПК

Номер, рік
3(79), Том 1, 2014
УДК 681.51

Автор
А. М. Фоменко, доцент
Д. Ю. Шарейко, кандидат технічних наук, доцент
І. С. Білюк, кандидат технічних наук, доцент
Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова

Анотація
Розглянуто конструкцію стенда для фізичного моделювання робочих процесів у електроприводах верстатів з ЧПК. Обґрунтовано використання фізичного моделювання для дослідження нелінійних систем керування електроприводами. Доведено доцільність використання стенду фізичного моделювання нелінійних процесів у підготовці фахівців з налагодження верстатів з ЧПК.

Ключові слова
фізичне моделювання, система керування, електропривод, верстат з ЧПК.
(more…)

Підвищення ефективності електропривода стенда для налагодження паливорегулюючої апаратури

Номер, рік
3(73), 2013

УДК
681.5

Автор
Л.І. Бугрім, кандидат технічних наук, доцент
І.С. Білюк, кандидат технічних наук, доцент
О.С. Кириченко, кандидат технічних наук
Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова

Анотація
Синтезовано скалярну систему керування асинхронним комплектним електроприводом стенда для налагодження паливорегулюючої апаратури. Розроблено імітаційну модель системи керування. Отримано перехідні характеристики синтезованої системи. Проведено аналіз динамічних характеристик електропривода.

Ключові слова
комплектний електропривод, скалярна система автоматичного керування, імітаційна модель, асинхронний двигун
(more…)

Синтез системи керування комплектного електропривода сільськогосподарського комбайну

Номер, рік
2(72), 2013

УДК
681.5

Автор
Д.Ю. Шарейко, кандидат технічних наук, доцент
І.С. Білюк, кандидат технічних наук, доцент
А.М. Фоменко, доцент
Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова

Анотація
Синтезовано векторну систему керування асинхронними комплектними електроприводами томатозбирального комбайна. Розроблено імітаційну модель системи керування. Отримано перехідні характеристики синтезованої системи. Проведено аналіз динамічних характеристик електропривода.

Ключові слова
комплектний електропривод, векторна система автоматичного керування, томатозбиральний комбайн, асинхронний двигун
(more…)