Use of analytical model for synthesis of algorithms for control of transport conveyor parameters

Abstract

This study presents a methodology for synthesizing optimal control algorithms for the flow parameters of a conveyor-type transport system with a variable transport delay. A multi-section transport conveyor is a complex dynamic system with a variable transport delay. The transport conveyor is an important element of the production system, used to synchronize technological operations and move material. The Analytical PiKh-model of the conveyor section was used as a model for designing a control system for flow parameters. The characteristic dimensionless parameters of the conveyor section are introduced and the similarity criteria for the conveyor sections are determined. The model of a conveyor section in a dimensionless form is used to develop a methodology for synthesizing algorithms for optimal control of the flow parameters of a transport conveyor section. The dependencies between the value of the input and output material flow of the section are determined, taking into account the initial distribution of the material along the conveyor section, variable transport delay, restrictions on the specific density of the material, and restrictions on the speed of the belt. The dependencies between the value of the input and output material flow for the case of a constant transport delay are analyzed. A technique for synthesizing algorithms for optimal belt speed control based on the PiKh-model of a conveyor section is presented. As a simplification, a two-stage belt speed control is considered. Particular attention is paid to the methodology for synthesizing optimal control algorithms based on the energy management methodology (TOU-Tariffs). The criteria of control quality are introduced and problems of optimal control of flow parameters of the transport system are formulated. Taking into account differential connections and restrictions on phase variables and admissible controls, which are typical for the conveyor section, the Pontryagin function and the adjoint system of equations are written. As examples demonstrating the design of optimal control, algorithms for optimal control of the flow parameters of the transport system are synthesized and analysis of optimal controls is performed.

Дане дослідження презентує методику синтезу алгоритмів оптимального керування потоковими параметрами транспортної системи конвеєрного типу із змінною транспортною затримкою. Багатосекційний транспортний конвеєр – це складна динамічна система із змінною транспортною затримкою. Транспортний конвеєр є важливим елементом виробничої системи, що використовується для синхронізації технологічних операцій та переміщення матеріалу. Як модель для проектування системи управління потоковими параметрами використана аналітична PiKh-модель секції конвеєра. Введено характерні безрозмірні параметри секції конвеєра та визначено критерії подібності до секцій конвеєра. Модель секції конвеєра у безрозмірному вигляді використана для розробки методики синтезу алгоритмів оптимального керування потоковими параметрами секції транспортного конвеєра. Визначено залежності між значенням вхідного та вихідного потоку матеріалу секції з урахуванням початкового розподілу матеріалу вздовж секції конвеєра, змінної транспортної затримки, обмежень на питому щільність матеріалу та обмежень на швидкість стрічки. Проаналізовано залежність між значенням вхідного та вихідного потоку матеріалу для випадку постійної транспортної затримки. Представлено методику синтезу алгоритмів оптимального управління швидкістю стрічки, засновану на PiKh-моделі секції конвеєра. Як спрощення розглянуто двоступінчасте регулювання швидкості стрічки. Особливу увагу приділено методиці синтезу алгоритмів оптимального управління, що ґрунтується на методології енергоменеджменту (TOU-Tariffs). Введено критерії якості керування та сформульовано завдання оптимального керування потоковими параметрами транспортної системи. З урахуванням диференціальних зв'язків та обмежень на фазові змінні та допустимі керування, характерні для конвеєрної ділянки, записана функція Понтрягіна та приєднана система рівнянь. Як приклади, що демонструють проектування оптимального керування, синтезовано алгоритми оптимального керування потоковими параметрами транспортної системи та проведено аналіз оптимальних керування.