Аналіз нелінійної динаміки приводів гусеничних підйомно-транспортних машин з еластичністю, тертям і гістерезисом

Автор(и)

  • Андрій Олексійович Задорожний Військовий інститут танкових військ Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна, Україна
  • Олег Валерійович Стаховський Національний Університет Оборони, м. Київ, Україна, Україна
  • Юрій Васильович Човнюк Київський національний університет будівництва і архітектури, м. Київ, Україна, Україна
  • Сергій Олександрович Бугаєвський Харківський національний автомобільно-дорожній університет, м. Харків, Україна, Україна
  • Валерій Іванович Мазуренко Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, м.Київ, Україна, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2025.109.0.20

Ключові слова:

мехатронні системи управління, підйомно-транспортні машини, гусеничні машини, аналіз, ; нелінійна динаміка, привод, еластичність, тертя, гістерезис

Анотація

Для управління приводами з еластичностями і тертям, які широко використовуються в гусеничних підйомно-транспортних машинах (на гусеничній ході), повсюдно застосовується мехатроніка. При цьому аналіз нелінійної динаміки приводів, у складі яких є елементи еластичності, тертя (здебільшого сухого) та гістерезису, потребує поглибленого розуміння процесів, що у них відбуваються. В роботі запропонована найпростіша модель динаміки зазначених приводів з нелінійним тертям, еластичністю і гістерезисом, котрі поєднані зі структурним демпфуванням. Саме останнє викликає появу гістерезисного зворотного зусилля (моменту), яке разом із тертям призводить до коливної системи другого порядку з ефектом пам’яті.  Отримана модель може бути використана також в прецизійних приводах опорно-поворотних пристроїв підйомно-транспортних машин й механізмів, а також в промисловій робототехніці.

Біографії авторів

Андрій Олексійович Задорожний, Військовий інститут танкових військ Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна

к.т.н., доцент кафедри бронетанкового озброєння та військової техніки

Олег Валерійович Стаховський, Національний Університет Оборони, м. Київ, Україна

д.т.н.,  професор кафедри військової підготовки

Юрій Васильович Човнюк, Київський національний університет будівництва і архітектури, м. Київ, Україна

к.т.н., доцент кафедри міського господарства

Сергій Олександрович Бугаєвський, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, м. Харків, Україна

д.т.н., професор кафедри мостів, конструкцій і будівельної механіки

Валерій Іванович Мазуренко, Інститут державного управління та наукових досліджень з цивільного захисту, м.Київ, Україна

к.в.н., професор кафедри організації заходів цивільного захисту

Посилання

Кіндрачук М. В., Лабунець В. Ф., Пашечко М. І., Корбут Є. В. // Трибологія: підручник / МОН. – К. : НАУ-друк, 2009. – 392 с.

Лудченко О. А. // Технічна експлуатація і обслуговування автомобілів: Технологія: підручник . – К. : Вища школа, 2007. – 527 с.

Диха, О.В. До методики розрахунку режиму тертя у змащених циліндричних опорах ковзання // Проблеми трибології. – 2010. – №4. – С. 117-121.

Вельбой В.П. // Аналіз умов навантаження та мащення підшипникових систем ковзання механізмів газорозподілу ДВЗ / Проблеми трибології. – 2016. – №.2 – С. 97 - 103.

Spong M. Modelling and control of elastic joint robots // J. Dynamic Syst., Measurement, Control. 1987. Vol. 109, № 4. P. 310–319.

Ferretti G., Magnani G., Rocco P. Impedance control for elastic joints industrial manipulators // IEEE Trans. Robot. Automat. 2004. Vol. 20, № 3. P. 488–498.

Ott C., Albu-Schaeffer A., Kugi A., Hirzinger G. On the passivity-based impedance control of flexible joint robots // IEEE Trans. Robot. 2008. Vol. 24, № 2. P. 416–429.

Thummel M., Otter M., Balls J. Vibration control of elastic joint robots by inverse dynamics models // Solid Mech. Appl. 2005. № 130. P. 343–354.

Zollo L., Siciliano B., Luca A. D., Guglielmelli E. et al. Compliance control for an anthropomorphic robot with elastic joints: Theory and experiments // J. Dynam. Syst., Measurement Control. 2005. Vol. 127, № 3. P. 321–328.

Dhaonadi R., Ghorbel F. H., Gandhi P. S. A new dynamic model of hysteresis in harmonic drives // IEEE Trans. Industrial Electron. 2003. Vol. 50, № 6. P. 1165–1171.

Taghirad H., Belanger P. A nonlinear model for harmonic drive friction and compliance // Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Automat. (ICRA’97). 1997. P. 248–253.

Tjalijowidodo T., Al-Bender F., Brussel H. V. Modelling and identification of nonlinear torsional stiffness in harmonic drive // Proc. 5th Eur. Nonlinear Dyn. Conf. 2005. P. 1809–1816.

Al-Bender F., Swevers J. Characterization of friction force dynamics // IEEE Control Syst. Mag. 2008. Vol. 28, № 6. P. 64–81.

Worden K., Wong C. X., Parlitz U., Hornstein A., et al. Identification of pre-sliding and sliding friction dynamics: Grey box and black-box models // Mechan. Syst. Signal Proc. 2007. Vol. 21, № 1. P. 514-534.

Rizos D., Fassois S. Friction identification based upon the LuGre and Maxwell slip models // IEEE Trans. Control Syst. Technology. 2009. Vol. 17, № 1. P. 153-160.

Ruderman M., Hoffmann F., Krettek J., Braun J., et al. Robust identification of nonlinear frictional dynamics for advanced controller design // Proc. IFAC 15th Sympos. Syst. Identificat. (SYSID2009). Saint-Malo, France, 2009. P. 474-479.

Seyffertl W., Maghzal A. J., Angeles J. Nonlinear modeling and parameter identification of harmonic drive robotic transmissions // Proc. IEEE Int. Conf. Robot. Automat. 1995. P. 3027–3032.

Ruderman M., Hoffmann F., Bertram T. Modeling and identification of elastic robot joints with hysteresis and backlash // IEEE Trans. Industrial Electron. 2009. Vol. 56, № 10. P. 3840–3847.

Freidovich L., Robertsson A., Shiriaev A., Johansson R. LuGre-model-based friction compensation // IEEE Trans. Control Syst. Technology. 2010. Vol. 18, № 1. P. 194–200.

Bliman P., Sorine M. Friction modeling by hysteresis operators: application to Dahl, striction and Stribeck effects // Proc. Conf. “Models of Hysteresis”. Trento, Italy, 1991. P. 10–19.

Bliman P., Sorine M. A system theoretic approach of systems with hysteresis. Application to friction modeling and compensation // Proc. 2nd Eur. Control Conf. Groningen, Netherlands, 1993. P. 1844–1849.

Ruderman M., Bertram T., Aranovskiy S. Nonlinear dynamic of actuators with elasticities and friction // Proc. 5th IFAC Sympos. Mechatron. Syst. Cambridge, USA, 2010. P. 255–260.

Canudas de Wit C., Olsson H., Åström K. J., Lishinsky P. A new model for control of systems with friction // IEEE Trans. Automat. Control. 1995. Vol. 40, № 3. P. 419–425.

Stribeck R. The basic properties of sliding and rolling bearings // Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure. 1902. № 36. P. 1341–1348, 1432–1438, 1463–1470.

Åström K. J., Canudas de Wit C. Revisiting the LuGre friction model // IEEE Control Syst. Mag. 2008. Vol. 28, №6. P. 101–114.

Bonc R. Forced vibration of mechanical systems with hysteresis // Proc. 4th Conf. on Nonlinear Oscillations. 1967. P. 315.

Wen Y. K. Method for random vibration of hysteretic systems // ASCE J. Engin. Mech. Div. 1976. Vol. 102, №2. P. 249–263.

Ma F., Zhang H., Bockstedte A., Foliente G. C., et al. Parameter analysis of the differential model of hysteresis // J. Appl. Mechan. 2004. Vol. 71, №3. P. 342–349.

Василь’єв В. Н. Стан та перспективи розвитку прецизійних електроприводів комплексів високоточних спостережень // Вісник. ВНЗ. Приладобудування. 2008. №6. С. 5-11.

Ruderman M., Bertram T. Friction model with elasto-plasticity for advanced control applications // Proc. IEEE/ASME Int. Conf. Advanced Intelligent Mechatron. (AIM 2010). Montreal, Canada, 2010. P. 914–919.

Човнюк Ю. В., Ловейкін В. С., Ромасевич Ю. О. Уточнена динамічна модель руху візка з вантажем на гнучкому підвісі // MOTROL. 2011. Vol. 13B. P. 130–137.

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-07-04

Номер

№ 109 (2025)

Розділ

ГАЛУЗЕВЕ МАШИНОБУДУВАННЯ