Show simple item record

Contribution to mathematical modeling and dynamic analysis of a mechatronic system of control

dc.contributor.advisorLazarević, Mihailo
dc.contributor.otherMitrović, Zoran
dc.contributor.otherZorić, Nemanja
dc.contributor.otherDebeljković, Dragutin
dc.contributor.otherŠekara, Tomislav
dc.creatorBučanović, Ljubiša J.
dc.date.accessioned2016-10-29T13:14:56Z
dc.date.available2016-10-29T13:14:56Z
dc.date.available2020-07-03T08:43:35Z
dc.date.issued2016-03-09
dc.identifier.urihttp://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=4097
dc.identifier.urihttps://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/6869
dc.identifier.urihttps://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:13678/bdef:Content/download
dc.identifier.urihttp://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=514688675
dc.description.abstractОва докторска дисертација даје савремен и оригиналан приступ истраживању и допринос актуелним методама проучавања динамичког понашања и управљања једног дела мехатроничког система – криогене експанзионе турбине у процесу производње техничких криогених гасова. Развијен је унапређени математички модел криогене експанзионе турбине, као објекта аутоматског управљања, чиме је омогућена и квалитативна и квантитативна анализа његових статичких и динамичких карактеристика. У циљу квалитетнијег моделирања утицаја пасивног момента у оквиру одређивања једначине поља обртања ротора експанзионе криогене турбине он је моделиран и уведен имајући у виду ефекте стишљивости и вискозности криогеног флуида применом рачуна нецелог реда. Затим је спроведен поступак добијања линеаризованог математичког модела експанзионе турбине применом конкретних вредности коефицијената у диференцијалним једначинама понашања за дати, усвојени номинални радни режим рада експанзионе турбине. На основу одскочног одзива релативне промене температуре на излазу потврђена је веродостојност математичког модела експанзионе турбине као и аутентичност истог. Развијен је и предложен оригинални оптимизациони алгоритам, целог и нецелог реда применом генетских алгоритама којим је постигнуто децентрализовано мултиваријабилно оптимално управљање датим криогеним мехатроничким објектом. Примењена оптимизациона метода се овде фокусира у оквиру критеријума оптималности на смањење прескока, време смирења и минимизацију интегралне грешке. Спроведене симулације у временском домену показују боље перформансе оптималног PI D b a регулатора нецелог реда у односу на класични оптимални ПИД регулатор. Такође, спроведено је испитивање робусности сугерисаног напредног децентрализованог управљања, где су сада поремећаји представљени у виду релативне промене улазних температура две струје гасовитог ваздуха. Исто тако, развијени нови мултиваријабилни управљачки систем на бази нових концепата и алгоритама управљања омогућавају сада да се добију знатно боље перформансе датог криогеног мехатроничког система управљања и већу флексибилност у погледу преласка на нове радне режиме. На бази строго постављених захтева синтетизован је нови оргинални аналитички мултиваријабилни ПИД регулатор целог реда и повезан са датим мехатроничким објектом управљања у систем у затвореном колу дејстава. Овде је („Multiple inputs – multiple outputs“, MIMO) систем дат са два улаза и два излаза познати и као (ТИТО) системи управљања. Прво је примењено распрезање система коришћењем адекватног динамичког декуплера, а затим је спроведена синтеза аналитичког регулатора целог реда у функцији једног слободног параметра l . Главна идеја овог управљачког система је одређивање аналитичких израза за коефицијенте пропорционалног/диференцијалног/ интегралног дејства у функцији слободног параметра l узимајући у обзир и комплементарну функцију осетљивости у циљу потискивања поремећаја. У даљем раду, за идентичне захтеве рада криогеног процеса мешања два гасовитих ваздушних токова струјања испред експанзионе турбине, извршена је синтеза новог, сложеног ПИД регулатора нецелог реда, уз коришћење параметарске методе Д-разлагања и који је интегрисан у одговарајући систем регулисања. Скупом од три подешљива параметра (од четири могућа) за које је разматрани систем стабилан, одређене су и одговарајуће области (релативне) стабилности система у простору датих параметара. При томе испитане су све могуће комбинације параметара, што је и илустровано и 3D графичким приказом области стабилности за све вредности нецелог реда у интервалу од нула до један у параметарском простору односно одговарајућим контурним приказом истог. Као резултат у простору подешљивих параметара добијене су одговарајуће области оивичене отвореним или затвореним контурама које представљају потенцијалне области стабилности. Посебно, у циљу провере домена стабилности уочена је једна област у параметарској равни а за једну фиксирану вредност параметра нецелог реда тако да су применом симулације верификовани претходно добијени резултати што је и илустровано на сликама где су приказани импулсни одзиви датог система управљања...sr
dc.description.abstractThis doctoral thesis provides a modern and original research approach and unique contribution to the current methods of studying of dynamic behavior and control of one mechatronic system part - cryogenic expansion turbine in the process of technical cryogenic gases production. An improved mathematical model of cryogenic expansion turbine as automatic controlled object is developed and it offers both qualitative and quantitative analysis of system static and dynamic characteristics. In order to improve the modeling of passive torque impact within the field equations for determining rotation of cryogenic expansion turbine this model is implemented taking into account the effects of compressibility and viscosity of cryogenic fluid by applying a fractionalorder system. The procedure is carried out to obtain a linear mathematical model of the expansion turbine using concrete values of the coefficients of differential equations for a given system behavior in assumed expansion turbine nominal operating mode. Based on the step response of the relative temperature change at turbine outlet the credibility as well as authenticity of expansion turbine mathematical model is confirmed. An original optimization algorithm of whole-number and fractional order is proposed and developed by using of genetic algorithms which enabled decentralized multivariable optimal control of cryogenic mechatronic object. Applied optimization method uses optimum criterion to focus on the overshooting, reset time and integral error minimization. Conducted time domain simulations show better performance of optimal fractional order PIβDα controller compared to the classical optimal PID controller. Further a survey is carried out to determine the robustness of suggested advanced decentralized control, where an input disturbances are now represented as a relative change of input temperatures of two gaseous air streams. A newly developed multivariable control system, based on a new concepts and control algorithms, now allow obtaining better performances of the cryogenic mechatronic control system and greater flexibility in terms of switching to new operating modes. Starting with a strict demands, new original analytical multivariable PID integer order regulator is developed and associated with a given mechatronic object control system in a closed loop system. Here the "Multiple inputs - multiple outputs" (MIMO) system is set for two inputs and two outputs, also known as TITO system control. First, a system decoupling is performed using an adequate dynamic decoupler and then a synthesis of analytical whole-number order regulator is applied as a function of one free parameter λ. The main idea of this control system is determination of analytical expressions of proportional/differential/integral gain coefficients as a function of one free parameter λ taking into account the complementary sensitivity function aiming to suppress input disorder. Further, for identical working requirements of cryogenic mixing process of two gaseous air streams in front of the expansion turbine, the synthesis of new and complex fractional order PID controller is implemented, using parametric methods of Ddecomposition, and then integrated in the appropriate regulation system. Using a set of three adjustable parameters (out of four available), which are supposed to keep the system stable, it is determined an appropriate field of relative system stability in the given parameter space. For that purpose all the possible parameter combinations are examined, which is illustrated in a 3D graphic-view of stability area for all values of fractional order in the interval from zero to one in the given parameter space or its corresponding contour-view. As a result, in the space of adjustable parameters, the corresponding area bordered by open or closed contours are obtained, which represent potential areas of stability. In particular, in order to verify the domain of stability, one area in the parameter space is chosen, for a fixed value of the fractional order parameter, so that the application of simulation could verify previously obtained results which is illustrated in the figures presenting step response of a given control system.en
dc.formatapplication/pdf
dc.languagesr
dc.publisherУниверзитет у Београду, Машински факултетsr
dc.rightsopenAccessen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.sourceУниверзитет у Београдуsr
dc.subjectкриогени процесиsr
dc.subjectcryogenic processesen
dc.subjectтехнички гасовиsr
dc.subjectрачун нецелог редаsr
dc.subjectмоделирањеsr
dc.subjectПИД регулаторsr
dc.subjectаналитичко пројектовањеsr
dc.subjectметода Д- разлагањаsr
dc.subjectоптимално управљањеsr
dc.subjectгенетски алгоритмиsr
dc.subjecttechnical gasesen
dc.subjectfractional calculusen
dc.subjectmodelingen
dc.subjectPID controlleren
dc.subjectan analytical designen
dc.subjectD-decomposition methoden
dc.subjectoptimal controlen
dc.subjectgenetic algorithmsen
dc.titleПрилог математичком моделирању и динамичкој анализи једног мехатроничког система управљањаsr
dc.title.alternativeContribution to mathematical modeling and dynamic analysis of a mechatronic system of controlen
dc.typedoctoralThesisen
dc.rights.licenseBY-NC
dcterms.abstractЛазаревић, Михаило; Шекара, Томислав; Митровић, Зоран; Дебељковић, Драгутин; Зорић, Немања; Бучановић, Љубиша Ј.; Prilog matematičkom modeliranju i dinamičkoj analizi jednog mehatroničkog sistema upravljanja;
dc.identifier.fulltexthttp://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/7718/Disertacija.pdf
dc.identifier.fulltexthttp://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/7719/IzvestajKomisije.pdf
dc.identifier.fulltexthttps://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/7718/Disertacija.pdf
dc.identifier.fulltexthttps://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/7719/IzvestajKomisije.pdf
dc.identifier.rcubhttps://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_6869


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record