Бек В.В., Вишняков Ю.С., Махлин А.Р. Интегрированные системы терминального управления (1989)

ЛКЛДКМИЯ НАУК СО;Р Научный совет по комплексной проблеме <Кибернетика» В. В. Бек, 10. С. Вишняков, А. Р. Махлин ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕРМИНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ Ответственный редактор академик Е. П. Велихов » а Я Р~ ЫОЕ1»ВА «НАУ11А» УДК 681.6 Интегрированные спстемы терминального управлении! В, В. Бек, Ю.

С. Вишняков, А. Р. Махлпи.— Мл НаУка, 1989, С. 224,— 1БВР7' 5-02-006634-6 В книге изложена новая технология пнфорзшцпонного н алгорнтми ческого обеспечения автоматизированных пычислительных комплш систем боспрограммпого терминального управления сложными п„ли нейнызш дпнамичесними обьектами, реализующая концепцшо сова, щенного синтеза упрапленпй в процессе фуикцпонировапия и основа„ ная иа сочетании разработалпых процедур оптимизации процессов управления с процедурами оперативного оцениванпя состоянил, иде, тифпкацип неизвестных параметроп и предсказания конечного сост„ стоя- ния.

Предлагаемые паучные основы и методы алгоритмического об!е печения используются для решения задач термпнального умрание полетом летательных аппаратов. Для специалистов в области проектирования систем управления, Илл. 16. Табл. 11. Библиогр. 159 назв. Рецензенты: !О. И, Журавлев, В. П. Иванников 1402060000-352 642(»2!»Г-ВЗ вЂ” »9, з Научное издание Бек Владимир Владимирович г Ви!иняков Юрий Саввич, Махани Александр Радиевпч ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕРМИНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ С! Издательство «Наука», И80' © 14 Утверждено к печати На АН СССР. Редактор издательства А. А, Бороаан.

Х пожни аучным созетом по комплексной п б.: ' ."...> льстаа А. А, Бороаан. Художник А. !', Кобрин тор . н. 0 .. оа. технически» редактор м. В. Аоод кап тор . Н. Михаалооа. ПБ М 40198 Сдано а иабо 13. '. р .01.89. Подписано к печати 18.07. Бу фс '~' 2 Г ' 1арагитПж обыжшзюпшн !гааза 11". 1, . 'сл, кр. огг.!1,21. Уч.-из, .. 2 о рлена Трудо»ого Краси 3 Профсоюзнаа ул., 90. ого наиенп нз т . дательство «Наука». 117861. ГСП-", -О Ьгоскоа, В-185 2-н типография из ф издательства «Наука» 12! 9 » 0 9, Москва, Г-99, Шубинский пер., 6. 18ВЪ1 5-02-006634-6 ПРЕДИСЛОВИЕ 13 кинге изложена новая технология информационно~о и алгоритмического обеспечения автоматизированных вычислительных комплоксов систем беспрограммного терминального управления сложными нелинейными динамическими объектами, реализующая концепцшо совмещенного синтеза управлений в процессе функционирования н основанная на сочетании процедур оптимизации процессов управления с процедурами оперативного оценивания состояния, идентификации параметров и предсказания конечного состояния.

Такие системы именуются интегрированными системами терминального управления с предсказанием конечного состояния (ИСТУ 11КС). Область применения ИСТУ ПКС охватывает достаточно широкий круг задач управления двпжущизшся объектами и технологическими процессами. Однако в книге рассматриваются в основном задачи автоматизации управления полетом летательных аппаратов (ЛА).

К числу задач, решаемых системами терминального управления, относятся задачи выведения ЛА в заданную точку (область) пространства за заданное время с заданными параметрами деян ения, стыковки, мягкой посадки ЛА на поверхность планеты, иапеерироваиия и т. д. Этот класс систем характеризуется высокими, а в ряде случаев уникальными требованиями по точности управления в конечный момент времени.

Традиционный подход к построению систем терминального управления заключается в последовательном решении двух основных задач теории управления — задачи расчета программной траектории полета как функции времени и задачи построения системы стабилизации, обеспечивающей движение ЛА по рассчитанной программной траектории. При этом расчет программных траекторий осуществляется априорно на основе полных уравнений двп'кения для заданной совокупности возможных начальных и конечных параметров движения п заключается в решении нелннейиой двухточечной краевой задачи. Расчет систем стабилизации основывается на лииеаризацин уравнений движения ЛА относительно программных траекторий и использовании методов линейной теории регулирования.

Несмотря на традиционность, указанный подход характеризуется рядом существенных ограничений, не отвечающих требованиям, предъявляемым к современным и перспективным системам терминального управления. В значительной степени необходимость разработки новых подходов к построению систем терминального управления связана с созданием больших автоматизи- ровапных систем управления (АСУ) ЛА. Ра ° и ' м Рассмотрение систем тор. и,альке,о упраалеь!!я как э. е.

е тов АСУ у . Ях СУ ЛА в условиях быстро меня!ощейся обстановки, большого чис ' одчисла п высокой по. вижиости элементов системы, неопределепност! .. ала сти момента начал функци!ишровапия системы и невозможности априорного распре деления терминальных условий приводит к необходимости реализации гибких стратегий терминального управления, обеспечи ва!ощих треоуемую точность управления в конечный момент вре мели без априорного формирования программных траекторий Наиболее адекватной указанной стратепп! является стратегия управления, предусматривающая предсказание коне пп!го со стояния в процессе функционирования системы па основе интегрирования уравнений движения ЛА в ускоренном масштабе вре меии и формирование управления как функции текущей пред сказызаемой ошибки терминального управления.

Указа!ипзй подход к построопшо систем терминального управления получил широкое распространение в последние годы. Отличительной особенностью рассматриваемого в книге метода является построение алгоритмов терминального управления с предсказанием конечного состояния в замкнутой форме. Указанная цель достигается сведением исходной задачи точного оптимального терминального управления (например, в виде задачи Больца классического вариационного исчисления) к задаче приближенного субоптимального терхп|пальиого управления па основе формирования петермпнальпого (па бесконечном интервале времени) функционала спецнальиого вида от предскаэываемой ошибки терминального управления.

Физически такая постановка соответствует задаче оптимального регулирования (стабилизации), т. е, поддержания суммарной предсказываемой ошибки терминального управления на оптимально малом уровне. Такой подход позволяет избавиться от необходимости решения двухточечной краевой задачи. При этом краевые условия зал!еип!отгя требованием асимптотической устойчивости замкнутой системы по предсказываемой ошибке терминального управления. Функционирование ЛА в условиях внешних воздействий, неполной измерительной информации о параметрах движения, широком диапазоне изменения параметров, с одной стороны, п отсутствие программных траекторий, с другой сторопь!, приводят к необходимости разработки и использования методов и процедур оперативного оцепивания состояния и идентификации параметров и!нження, согласованных с используемыми алгоритмами управления, п предсказания конечного состояния.

Прп этом возникает важная проолема интеграции, т. е. комплексной оптимизации, информационно-измерительных подсистем, подсистем предсказания конечного состояния, оценпваппя текущего состояния, идентификации параметров и управляющих подсистем в единый комплекс оптимального функционирования ИСТУ ПКС в целом. Особенность технологии информационного и алгорнтмичсского обеспечения рассматриваемого класса систем заключается в пе- возможности использования линейных математических моделей движения ЛА п измерений, что связано с отсутствием программных траекторий. В книге дано систематическое изложение и обоснование достаточно общего подхода к синтезу ИСТУ ПКС, основанного на кусочно-линейной аппроксимации, нелинейных характеристик уравнений движения и измерений, который позволяет в конечном итоге получить эффективные алгоритмы субоптимального терминального управления пелинейиымн динамическими объектами в условиях неопределенности в замкнутой форме.

Важно подчеркнуть, что формирование моделей объекта управления и измерений с кусочно-линейными характеристиками, синтез параметров управлений и самого управления осуществлнются непосредственно в процессе функционирования системы. В этом смысле разработаинан технология информационного н алгоритмического обеспечения ИСТУ ПЕС реализует известную концепцию совмещенного синтеза, т. е.

оптимизации терминального управления движением ЛА в реальном масштабе времени в процессе нормального функционирования системы, которая была предложена и развита в работах А. А. Красовского и его учеников. В гл. 1 дана общая постановка задачи оптимального терминального управления нелинейными динамическими объектами, приведен краткий обзор известных методов проектирования и указапы проблемы в области разработки и создания перспективных систем терминального управления.