priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-12-1011-1022pribor-178Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, MANAGEMENT AND INFORMATION PROCESSINGЦифровая реализация переменного запаздывания в системах моделирования и управленияDigital Implementation of Variable Delay in Modeling and Control SystemsБеляевМ. А.BeliaevM. A.

Михаил Алексеевич Беляев — канд. техн. наук, доцент, кафедра корабельных систем управления

Mikhail A. Belyaev — PhD, Associate Professor; Department of Ship Control Systems

bel.mih@bk.ruПрилуцкийА. В.PrilutskyA. V.

Александр Владимирович Прилуцкий — OOO „НГ-Энерго“, департамент сервиса; главный специалист

Санкт-Петербург

Alexander V. Prilutsky — Service Department; Chief Specialist

St. Petersburg

bobkins@mail.ruПрокофьевО. В.ProkofevO. V.

Олег Валерьевич Прокофьев — старший преподаватель

Oleg V. Prokofev — Engineering; Senior Lecturer

prokofiev_ov@spbstu.ruТаленфельдС. В.TalenfeldS. V.

Сергей Валерьевич Таленфельд — канд. техн. наук; ОАО „Авангард“, отдел отраслевой стандартизации

Санкт-Петербург

Sergey V. Talenfeld — PhD; Avangard JSC, Department of Industry Standardization

St. Petersburg

talenfeld@corp.avangarfd.orgШубаревВ. А.ShubarevV. A.

Валерий Антонович Шубарев — д-р техн. наук, профессор; ОАО „Авангард“, руководство; гл. научный руководитель

Valery A. Shubarev — Dr. Sci., Professor; Avangard JSC, Management; Chief Scientific Adviser

St. Petersburg

Shubarev@corp.avangard.orgВоенный учебно-научный центр Военно-Морского Флота Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н. Г. КузнецоваMilitary Educational and Scientific Center of the Navy Naval Academy Named after Admiral of the Fleet of the Soviet Union N.G. KuznetsovНГ-ЭнергоNG-EnergoСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Институт компьютерных наук и технологий/Высшая школа программной инженерииPeter the Great St. Petersburg Polytechnic University, Institute of Computer Science and Technology / Higher School of Software EngineeringАвангардAvangard202329112024661210111022Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/178

Предложен подход к моделированию систем автоматического управления с переменным запаздыванием с помощью регистра сдвига. Проанализированы виды переменного запаздывания. Рассматривается комбинированное переменное запаздывание, возникающее вследствие переменной скорости и переменной длины тракта передачи сигналов. Предлагается алгоритм моделирования такого запаздывания с учетом начальной функции на основе регистра сдвига. Алгоритм реализован на языке C++ и может быть адаптирован к коду микроконтроллера или блока среды моделирования (например, MatLab/Simulink).

 

An approach to modeling automatic control systems with variable delay using a shift register is proposed. The types of variable delay are analyzed. The combined variable delay arising due to the variable speed and variable length of the signal transmission path is considered. An algorithm for modeling such a delay is proposed taking into account the initial function based on a shift register. The algorithm is implemented in C++ and can be adapted to the code of a microcontroller or a simulation environment block (for example, Matlab/Simulink).

системы автоматического управления с переменным запаздываниемимитационное моделированиерегистр сдвигаautomatic control systems with variable delaysimulationshift registerReferencesРей У. Методы управления технологическими процессами. М.: Мир, 1983. 367 с.Ray W.H. Advanced Process Control, NY, 1981.Колмановский В. Б., Носов В. Р. Устойчивость и периодические режимы регулируемых систем с последействием. М.: Наука, 1981. 448 с.Kolmanovskiy V.B., Nosov V.R. Ustoychivost' i periodicheskiye rezhimy reguliruyemykh sistem s posledeystviyem (Stability and Periodic Modes of Controlled Systems with Aftereffects), Moscow, 1981, 448 р. (in Russ.)Андреев А. С., Седова Н. О. Метод функций Ляпунова–Разумихина в задаче об устойчивости систем с запаздыванием // Автоматика и телемеханика. 2019. Т. 80, № 7. С. 3—60.Andreev A.S., Sedova N.O. Automation and Remote Control, 2019, no. 7(80), pp. 1185–1229.Куок Дат Во, Бобцов А. А., Николаев Н. А., Пыркин А. А. Стабилизация линейной нестационарной системы в условиях запаздывания и аддитивного синусоидального возмущения выхода // Изв. вузов. Приборостроение. 2021. Т. 64, № 2. С. 97—103.Quoc Dat Vo, Bobtsov A.A., Nikolaev N.A., Pyrkin A.A. Journal of Instrument Engineering, 2021, no. 2(64), pp. 97–103. (in Russ.)Wang X., van Kampen E., Chu Q. P. Flexible Aircraft Gust Load Alleviation with Incremental Nonlinear Dynamic Inversion // Proceedings of the 2018 AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference. 2018. Р. 1—18. DOI: 10.2514/1.g003980.Wang X., van Kampen E., Chu Q.P. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2019, рр. 1–18, DOI: 10.2514/1.g003980.Bresch-Pietri D., Petit N. Implicit Integral Equations for Modeling Systems with a Transport Delay. Results on Time-Delay Systems // Analysis and Control. Advances in Delays and Dynamics. Switzerland: Springer, 2016. Vol. 5. P. 3—21.Bresch-Pietri D., Petit N. Analysis and Control. Advances in Delays and Dynamics, Springer International Publishing, Switzerland, 2016, vol. 5, pp. 3–21.Sbarciog M., De Keyser R., Cristea S., De Prada C. Nonlinear predictive control of processes with variable time delay // A temperature control case study. 17th IEEE Intern. Conf. on Control Applications. Part of 2008 IEEE Multi-Conference on Systems and Control. San Antonio, Texas, USA, 3—5 September 2008.Sbarciog M., De Keyser R., Cristea S., De Prada C. A temperature control case study. 17th IEEE International Conference on Control Applications Part of 2008 IEEE Multi-conference on Systems and Control, San Antonio, Texas, USA, September 3–5, 2000.Ткачев Р. Ю. Транспортное запаздывание технологических процессов как объект исследований // Електроніка та системи управління. 2012. № 2(32).Tkachev R.Yu. Electronics and control systems, 2012, no. 2(32). (in Russ.)Беляев М. А., Филимонов В. И. Особенности управления энергетическими установками, работающими по специальному циклу // Вычислительные, измерительные и управляемые системы. Тр. СПбГТУ. СПб, 1996. С. 19—23.Belyaev M.A., Filimonov V.I. Computing, measuring and control systems. Collection of scientific papers. Proceedings of St. Petersburg State Technical University, 1996, рр. 19–23. (in Russ.)Basudev M., Saptarshi D., Indranil P., Sayan S., Shantanu D., Amitava G. Estimation, Analysis and Smoothing of Self-Similar Network Induced Delays in Feedback Control of Nuclear Reactors // Proc. IEEE Conf. on Process Automation, Control and Computing. July 2011.Basudev M., Saptarshi D., Indranil P., Sayan S., Shantanu D., Amitava G. Proc. IEEE Conf. on Process Automation, Control and Computing, July 2011.Liu Kun, Fridman E., Xia Yuanqing. Networked Control under Communication Constraints a Time-Delay Approach. Advances in Delays and Dynamics. Singapore: Springer Nature, 2020. Vol. 11. 258 р.Liu Kun, Fridman E, Xia Yuanqing. Advances in Delays and Dynamics, Singapore, Springer Nature, 2020, vol. 11.Smithand J., Lee N. Time Varying Delay Effects // RealSimpleProject Center for Computer Research in Music and Acoustics (CCRMA). 2008. https://ccrma.stanford.edu/realsimple/DelayVar.Smithand J., Lee N. Time Varying Delay Effects, https://ccrma.stanford.edu/realsimple/DelayVar.Туманов М. П. Результаты моделирования переменного запаздывания в распределенной системе автоматического управления с использованием модифицированных частотных методов // Программное и информационное обеспечение систем различного назначения на базе персональных ЭВМ. М.: МГАПИ, 2003. № 6. С. 251—252.Tumanov M.P. Programmnoye i informatsionnoye obespecheniye sistem razlichnogo naznacheniya na baze personal'nykh EVM (Software and Information Support for Systems for Various Purposes Based on Personal Computers), Moscow, 2003, no. 6, pp. 251–252. (in Russ.)Кожубаев Ю. Н., Прокофьев О. В., Семенов И. М. Имитационная модель ленточного конвейера // Науч.-техн. ведомости СПбГУ. 2011. № 3(130). С. 116—122.Kozhubaev Yu.N., Prokofiev O.V., Semenov I.M. Scientific and technical bulletins of St. Petersburg State University, 2011, no. 3(130), pp. 116–122. (in Russ.)Леондес К. Т. Современная теория систем управления. М.: Наука, 1970. 512 с.Leondes K.T. Sovremennaya teoriya sistem upravleniya (Modern Theory of Control Systems), Moscow, 1970, 512 р. (in Russ.)Mukhsen A. F., Belyaev M. A., Filimonov V. I. Time varying delay compensation in nonstationary linear automatic control systems // Электричество. 1995. № 5. С. 32—35.Mukhsen A.F., Belyaev M.A., Filimonov V.I. Electricity, 1995, no. 5, pp. 32–35. (in Russ.)Fridman E. Introduction to Time-Delay Systems. Analysis and Control. Birkhauser, 2014.Fridman E. Introduction to Time-Delay Systems. Analysis and Control, Birkhauser, 2014.Филимонов В. И., Беляев М. А. Оператор сдвига в системах с последействием // Вычислительные, измерительные и управляющие системы. Тр. СПбГТУ. 1997. № 468. С. 41—45.Filimonov V.I., Belyaev M.A. Computing, measuring and control systems. Collection of scientific papers. Proceedings of St. Petersburg State Technical University, 1997, no. 468, pp. 41–45. (in Russ.)Фуртат И. Б. Адаптивное управление объектом с запаздыванием по управлению без использования прогнозирующих устройств // Управление большими системами. 2012. № 40. С. 144—163.Furtat I.B. Large-Scale Systems Control, 2012, no. 40, pp. 144–163 (in Russ.)Soetaert K., Cash J., Mazzia F. Solving Differential Equations in R. Springer, 2012.Soetaert K., Cash J., Mazzia F. Solving Differential Equations in R, Springer, 2012.Филимонов В. И., Беляев М. А., Прокофьев О. В. Моделирование переменного комбинированного запаздывания // Вычислительные, измерительные и управляющие системы. Сб. науч. тр. 2007. С. 32—38.Filimonov V.I., Belyaev M.A., Prokofiev O.V. Computing, Measuring and Control Systems. Collection of Scientific Papers, 2007, рр. 32–38. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.