Покращення динамічних характеристик електропневматичного приводу зчеплення із використанням MATLAB-моделювання та сучасних стратегій керування
DOI:
https://doi.org/10.30977/AT.2219-8342.2026.58.0.04Ключові слова:
електропневматичний привід, ке¬рування зчепленням, адаптивне керування, ПІД-ре¬гулятор, нечітке керування, MATLAB, трансмісійні системиАнотація
Проблема. Електропневматичні приводи зчеплення, що використовуються в автоматизованих трансмісійних системах, функціонують в умовах нелінійності та змінних зовнішніх навантажень, що ускладнює розробку стабільних і точних систем керування. Класичні ПІД-регулятори часто демонструють обмежену робастність за наявності насичення приводу та зміни параметрів системи. Мета. Метою роботи є покращення динамічних характеристик електропневматичного приводу зчеплення та проведення порівняльного аналізу різних стратегій керування за однакових умов моделювання. Методика. У середовищі MATLAB було розроблено спрощену динамічну модель електропневматичного приводу другого порядку. Модель враховує еквівалентну масу, демпфування, жорсткість пружини зчеплення, насичення приводу, обмеження швидкості та дію зовнішніх збурень. Досліджено три стратегії керування: класичне ПІД-керування, адаптивне керування зі зміною коефіцієнтів та спрощене нелінійне керування на основі нечіткої логіки. Результати. Отримані результати моделювання показали, що адаптивний регулятор забезпечує найкращі загальні динамічні характеристики з точки зору часу встановлення та точності відстеження. Регулятор на основі нечіткої логіки забезпечує більш плавний перехідний процес і зменшення коливань поблизу цільового положення. Кількісне порівняння перерегулювання та середньоквадратичної похибки підтверджує ефективність адаптивних і нелінійних підходів до керування електропневматичними системами зчеплення. Наукова новизна. Наукова новизна запропонованого підходу полягає у розробленні єдиного імітаційного середовища, яке дозволяє виконувати порівняльне оцінювання декількох стратегій керування за однакових обмежень приводу та умов дії збурень. Практична значущість. Розроблена імітаційна модель та запропоновані підходи до керування можуть бути використані для подальшої оптимізації автоматизованих систем керування зчепленням у трансмісійних системах транспортних засобів, зокрема для покращення якості перемикання передач, зменшення механічного зношування та підвищення стійкості роботи приводу в змінних умовах експлуатації
Посилання
Åström, K. J., & Hägglund, T. (1995). PID controllers: Theory, design, and tuning (2nd ed.). ISA.
Ogata, K. (2010). Modern control engineering (5th ed.). Prentice Hall.
Åström, K. J., & Wittenmark, B. (2008). Adaptive control (2nd ed.). Dover Publications.
Richer, E., & Hurmuzlu, Y. (2000). A high performance pneumatic force actuator system: Part I – Nonlinear mathematical model. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 122(3), 416–425. https://doi.org/10.1115/1.1286336
Richer, E., & Hurmuzlu, Y. (2000). A high performance pneumatic force actuator system: Part II – Nonlinear controller design. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 122(3), 426–434. https://doi.org/10.1115/1.1286366
Li, Y., Ang, K. H., & Chong, G. C. Y. (2006). PID control system analysis and design. IEEE Control Systems Magazine, 26(1), 32–41. https://doi.org/10.1109/MCS.2006.1580152
Visioli, A. (2006). Practical PID control. Springer. https://doi.org/10.1007/1-84628-585-2
Zadeh, L. A. (1965). Fuzzy sets. Information and Control, 8(3), 338–353. https://doi.org/10.1016/S0019-9958(65)90241-X
Ying, H. (2000). Fuzzy control and modeling: Analytical foundations and applications. IEEE Press. https://doi.org/10.1109/9780470544730
Qian, P., Tao, G., Liu, H., & Li, X. (2015). Globally stable pressure-observer-based servo control of an electro-pneumatic clutch actuator. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 229(11), 1483–1493. https://doi.org/10.1177/0954407014565406
Qian, P., Ren, X., Tao, G., & Zhang, L. (2017). Simultaneous control of motion and maximized stiffness for an electro-pneumatic clutch actuator based on pressure observers. International Journal of Advanced Robotic Systems, 14(3). https://doi.org/10.1177/1687814017702807
Yahagi, S., & Kajiwara, I. (2021). Direct tuning of gain-scheduled controller for electro-pneumatic clutch position control. International Journal of Advanced Robotic Systems, 18(4). https://doi.org/10.1177/16878140211036017
Bécsi, T. (2022). Quasi-linear parameter varying modeling and control of an electromechanical clutch actuator. Mathematics, 10(9), Article 1473. https://doi.org/10.3390/math10091473
Szabo, A., Bécsi, T., & Gáspár, P. (2020). Control design and validation for floating piston electro-pneumatic gearbox actuator. Applied Sciences, 10(10), Article 3514. https://doi.org/10.3390/app10103514
Schindele, D., Aschemann, H., & Prabel, R. (2013). Nonlinear model-predictive control with hysteresis compensation of an electro-pneumatic clutch for truck applications. International Journal of Vehicle Autonomous Systems, 11(2), 105–129. https://doi.org/10.1080/13873954.2013.812970
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Станіслав Фисун, Олександр Ярита
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
