Автореферат (1145288), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В центре внимания находятся методы оптимизации процессов в замкнутых системах, многоцелевая направленность иадаптивность законов управления, возможность их применения в режиме реального времени.Указанная глобальная цель диссертационной работы конкретизируется врамках следующих направлений исследования:• формализация задач об оптимальной настройке динамических корректоровв составе многоцелевой структуры управления движением морских судов иразработка методов их решения;• разработка метода синтеза квазиоптимальных цифровых фильтров на основеH ∞ -подхода, обеспечивающих желаемые динамические свойства замкнутойсистемы на низких частотах;• формирование алгоритмов управления с прогнозирующими моделями с учетом требований астатизма и ограничений, определяемых применением врежиме реального времени;• развитие методов управления с прогнозирующими моделями, обеспечивающих робастную устойчивость замкнутой системы с учетом желаемыхмодальных свойств в линейном приближении;• исследование вопросов и разработка законов управления с многоцелевойструктурой в задаче визуального динамического позиционирования подвижных объектов;• разработка методов и алгоритмов автоматического синтеза многоцелевыхцифровых законов управления курсом морских судов на борту;• разработка алгоритмов оптимизации маршрутов морских судов на трансоке-5анских переходах с учетом статических и динамических ограничений, атакже периодически поступающих прогнозов погодных условий в районеплавания.Методы исследований.
Для решения задач, рассматриваемых в диссертации, привлекаются классические и современные методы анализа и синтеза систем управления динамическими объектами. Построение и исследование регуляторов осуществляется с использованием аналитического и вычислительногоаппарата математического анализа, теории функций комплексной переменной,высшей алгебры, теории обыкновенных дифференциальных уравнений.Научная новизна. Научная новизна и теоретическая значимость полученных результатов определяются созданием новых методов анализа и синтезацифровых законов управления подвижными объектами, обеспечивающих желаемое качество их функционирования во всех возможных режимах эксплуатации. Эти методы допускают автономное применение на борту в режиме реального времени при наличии существенно ограниченных бортовых вычислительных ресурсов. Особая значимость разработанных методов в теоретическомплане состоит в развитии многоцелевого подхода к аналитическому синтезу законов автоматического управления движением.В отличие от предшествующих работ по данному направлению, полученные результаты распространены на цифровые, нелинейные и прогнозирующиесистемы управления.
Теоретический вклад внесен в развитие методов синтезацифровых динамических корректоров в составе многоцелевой структуры,обеспечивающих минимизацию среднеквадратичных функционалов точности иинтенсивности управления. На основе теории H ∞ -оптимизации представленыновые алгоритмы синтеза цифровых фильтров, учитывающие требования к динамике объекта при действии низкочастотных возмущений.Сформированы новые методы управления динамическими объектами с использованием прогнозирующих моделей, в том числе с обеспечением желаемых робастных свойств замкнутой системы и астатизма.Указанные новые теоретические достижения успешно применены для развития идеологии многоцелевого цифрового управления с использованием визуальной информации в канале обратной связи.Практическая значимость работы состоит в ее исходной ориентации нарешение проблем высокоэффективного применения в режиме реального времени цифровых законов управления подвижными объектами, обеспечивающихжелаемое качество процессов в замкнутой системе в различных режимах движения.
Предложенные новые методы и алгоритмы позволяют существенно повысить эффективность решения сложных задач управления движением. Эти результаты успешно используются в реальном исследовании и проектированиисистем управления подвижными объектами, в частности морскими судами иколесными роботами (Грант РФФИ № 14-07-00083А, Контракты СПбГУ6№ 9.21.1717.2014, 9.21.808.2011, 9.21.809.2011).Работоспособность и эффективность принятого подхода подтвержденамногочисленными примерами синтеза цифровых законов управления для различных объектов.
Особое внимание в работе уделено задачам управления морскими судами. Развиты алгоритмы автоматического синтеза морских автопилотов. Разработана методика решения задач о выборе оптимальных маршрутовдвижения на базе прогноза действия внешних возмущений. Подробно рассмотрены задачи визуального динамического позиционирования.Достигнутое качество динамических процессов управления вполне сопоставимо с системами, синтезированными другими путями, а по ряду показателейсущественно их превосходит.Основные результаты, полученные на основе проведенных исследований,и выносимые на защиту:1.
Формализована проблема синтеза динамических корректоров в составемногоцелевых цифровых законов управления движением судов в условияхморского волнения с учетом динамических ограничений. Разработаны новыеметоды решения оптимизационных задач в рамках этой проблемы.2.
Разработаны новые алгоритмы управления подвижными объектами спрогнозирующей моделью в обратной связи с учетом свойств устойчивости,астатизма и применимости этих алгоритмов в режиме реального времени.3. Предложена новая схема формирования прогнозирующего управления,обеспечивающего робастную устойчивость замкнутой системы с учетом желаемых модальных свойств в линейном приближении.4. Построены новые эффективные методы синтеза многоцелевых законовуправления с визуальной информацией в контуре обратной связи для задачидинамического позиционирования подвижных объектов.5.
Разработаны алгоритмы автоматического синтеза многоцелевых законовуправления курсом морских судов, обеспечивающие возможность адаптивнойперенастройки на борту в режиме реального времени в зависимости от условийфункционирования.6. Формализована задача оптимизации выбора маршрутов движения морских судов и предложены методы ее приближенного решения, позволяющиеснизить затраты топлива и время перехода с учетом прогноза погоды.Апробация работы.
Результаты, полученные в диссертации, докладывались на международных конференциях «Устойчивость и процессы управления»(SCP’2005, SCP’2010, SCP’2015) (Санкт-Петербург, 2005, 2010, 2015), III, IV иV всероссийской научной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB» (Санкт-Петербург, 2007 Астрахань, 2009,Харьков, 2011), на международном семинаре Beam Dynamics & Optimization(BDO’2008, BDO’2010) (St. Petersburg, Florida, USA, 2008, Санкт-Петербург,7Россия, 2010), на IV, V, VI, VII, IX и X Международной научно-практическойконференции «Современные информационные технологии и ИТ-образование»(Москва, 2009, 2010, 2011, 2012, 2014, 2015), на XIV конференции молодыхученых «Навигация и управление движением» (XIV КМУ 2012) (СанктПетербург, 2012), на IV и V Международной научной конференции «Современные проблемы прикладной математики, теории управления и математического моделирования» (ПМТУММ-2011, 2012) (Воронеж, 2011, 2012), на VI,VII и VIII Международной научной конференции «Современные методы прикладной математики, теории управления и компьютерных технологий»(ПМТУКТ-2013, 2014, 2015) (Воронеж, 2013, 2014, 2015), на международныхконференциях: 9th IFAC Conference on Manoeuvring and Control of Marine Craft(MCMC 2012) (Arenzano, Italy, 2012), 9th IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems (CAMS 2013) (Osaka, Japan, 2013), 14th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS 2014) (Korea, KINTEX,2014), 2014 International Conference on Computer Technologies in Physical andEngineering Applications (ICCTPEA, IVESC) (Saint-Petersburg, 2014), 10th IFACConference on Manoeuvring and Control of Marine Craft (MCMC 2015) (Copenhagen, Denmark, 2015), а также на семинарах кафедры компьютерных технологийи систем СПбГУ.Публикации.
Основное содержание диссертации отражено в 34 печатныхработах, 14 из которых опубликованы в журналах, входящих в Перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ.Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьмиглав, заключения и списка литературы, включающего 173 наименования. Объем диссертации составляет 371 страницу машинописного текста.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертации, определены целиработы, указаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Приведено краткое содержание работы по главам.Первая глава имеет вводный характер. Ее основное содержание составляет определение круга вопросов, рассматриваемых в диссертации.В первом параграфе дается общее представление задач, формализующихмногоцелевое проектирование цифровых законов управления. Перечисляютсяосновные режимы функционирования: собственное движение, движение подвоздействием ступенчатых возмущений, движение под воздействием колебательных возмущений.
Описываются требования, которые предъявляются кэтим режимам, определяющие многоцелевую ориентацию системы.Вводится понятие многоцелевой структуры, принятой в качестве основы8для исследований, проводимых в диссертационной работе. Ее базовая часть неменяется при переходе с режима на режим, гарантируя обеспечение определенных динамических свойств во всех режимах движения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
