Диссертация (1149366)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиСМИРНОВА Мария АлександровнаДИНАМИЧЕСКАЯ КОРРЕКЦИЯМНОГОЦЕЛЕВЫХ ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ05.13.01 – системный анализ, управление и обработка информации(по прикладной математике и процессам управления)Диссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Е. И. Веремейг.

Санкт-Петербург2015 г.ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 41. Актуальность темы работы, цели и основные результатыисследований .................................................................................... 42. Формулировки и обсуждение центральных задач работы ........... 133. Краткий обзор публикаций по теме диссертации ......................... 18ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА МНОГОЦЕЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯПОДВИЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ .......................................... 211.1. Математические модели и базовые задачи управленияподвижными объектами ..............................................................

221.2. Многоцелевые структуры законов управлениядвижением с обратной связью ................................................... 281.3. Динамическая коррекция многоцелевыхзаконов управления .................................................................... 37ГЛАВА 2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСТАТИЗМА УПРАВЛЕНИЯМИС МНОГОЦЕЛЕВОЙ СТРУКТУРОЙ .................................. 432.1. Многоцелевые законы управления движениемпо заданной траектории ............................................................. 442.2. Астатизм в задачах динамическогопозиционирования ......................................................................

582.3. Астатическая коррекция цифровыхзаконов управления .................................................................... 622ГЛАВА 3. ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ МНОГОЦЕЛЕВОГОСИНТЕЗА ............................................................................... 733.1. Математическая модель динамики морскогосудна снабжения ..........................................................................

743.2. Синтез нелинейных астатических законовдинамического позиционирования ............................................ 763.3. Задача управления роботом-манипуляторомв движении по заданной траектории ......................................... 87ЗАКЛЮЧЕНИЕ .......................................................................................... 99ЛИТЕРАТУРА ..........................................................................................

1013ВВЕДЕНИЕ1. 1. Актуальность темы работы, цели и основные результатыисследованийВ современном мире развитие компьютерных технологий и средстввычислительной техники происходит настолько быстрыми темпами, чтоуже не остается подвижных объектов, не оснащенных системами автоматического управления. Это объясняется тем, что такие системы при включении их в состав бортовых комплексов дают большой ряд преимуществ,которые невозможно обеспечить при ручном управлении. К таким преимуществам относятся скорость обработки данных, полнота учитываемыхфакторов, точность отработки заданной траектории, выбор оптимальныхпараметров настройки и т.д.Как правило, современные системы автоматического управлениядвижением функционируют в различных динамических режимах, определяемых конкретным заданием командных сигналов и внешних возмущающих воздействий, действующих на подвижный объект.

Для каждого из таких режимов на стадии проектирования системы формируется комплексограничений и требований, которые должны обязательно выполняться впроцессе движения. Чаще всего указанные требования носят противоречивый характер ввиду существенного различия особенностей динамики режимов движения.В связи с указанным обстоятельством, для обеспечения всех требуемых динамических свойств подвижного объекта необходимо достичь некоторого компромисса по качеству процессов управления в различных режимах. Очевидный простейший путь состоит в построении единого законауправления, который будет обеспечивать допустимое качество движения влюбом режиме, однако для каждого из них в отдельности указанный законуправления будет далек от оптимального.4Заметим, что для большинства отдельно взятых режимов движенияразработано множество методов синтеза законов управления [1, 3, 6, 46, 54– 56, 60 – 71, 78, 85, 92, 95], эффективных для конкретных ситуаций.

Многоцелевые законы управления, которые ориентированы на совокупностьрежимов, изучены значительно меньше. Эти обстоятельства создают дополнительные трудности при проектировании систем автоматическогоуправления подвижными объектами.В настоящее время для решения указанной проблемы существуютразличные подходы. Один из этих подходов заключается в синтезе такихзаконов управления, которые обеспечивают наилучшее протекание процессов стабилизации в каждом конкретном заданном режиме. При этом по мере необходимости происходит замена (переключение) одного регуляторана другой.

Этот подход идеален с теоретической точки зрения, т.к. онобеспечивает наилучшие результаты при оптимизации отдельных режимовдвижения, однако на практике он сложен для реализации, имеет низкуюнадежность и может не обеспечивать требуемую динамику в окрестностяхмоментов переключения.Широко используется и указанный выше простейший подход к решению данной задачи. Он состоит в формировании единого регулятора,который стабилизирует объект управления в любом возможном режимедвижения.

Очевидно, что такой регулятор будет являться компромисснымввиду противоречивости требований к системе управления в различныхрежимах движения, в результате чего такая система управления в конкретных режимах будет давать далекое от оптимального качество процессовуправления. Несомненным преимуществом единого регулятора являетсятот факт, что он будет обеспечивать высокую степень надежности функционирования системы управления.Существует и третий подход: один из его вариантов детально представлен в работах Е.И.

Веремея и В.М. Корчанова [7, 8, 10 – 12, 14, 107],5связанных с управлением морскими судами. Суть состоит в использованиизаконов управления с такой структурой, которая включает две части: основную и дополнительную. Основная часть остается неизменной при любом режиме, обеспечивая тем самым определенные гарантии по поведению системы. Дополнительная часть ориентирована на учет специфических требований к конкретному режиму движения и подключается по меренеобходимости в зависимости от конкретной ситуации. В настоящее времяпродолжаются интенсивные исследования [9, 13, 77, 106] по развитию методов синтеза элементов указанной многоцелевой структуры и по расширению сферы ее применимости для других подвижных объектов.В связи с отмеченными обстоятельствами, необходимо постоянносовершенствовать существующие подходы к моделированию, исследованию и проектированию систем управления подвижными объектами, повышая их функциональную эффективность.Основы математической теории формирования законов автоматическогоуправлениядинамическимиобъектамиописанывтрудахВ.

И. Зубова [22 – 26], Л. С. Понтрягина [44], А. А. Красовского [31, 32],Р. Калмана [27], Н. Винера [110] и других видных ученых [2, 5, 21, 29, 33 –35, 39, 40, 45].Вопросы применения этой теории к управлению различными подвижными объектами (летательными аппаратами, мобильными роботами,роботами-манипуляторами, морскими судами и др.) обсуждаются в работах В.

И. Зубова, Ю. А. Лукомского, В. М. Корчанова, Ю. П. Петрова,А. Е. Пелевина, М. Бланке, Т. Фоссена, Т. Переца и многих других исследователей [4, 15, 20, 30, 37, 42, 57, 73 – 76, 94, 108 – 111].Тем не менее, до настоящего времени остается исключительно широкий круг вопросов, требующих рассмотрения на формализованном математическом уровне. Это обстоятельство объясняется, с одной стороны,постоянно усиливающимися требованиями к качеству процессов управле6ния движением, а с другой – лавинообразным нарастанием возможностейбортовой вычислительной техники, используемой в составе систем управления.

В частности, требуют особого рассмотрения задачи применениямногоцелевых структур для управления нелинейными объектами в их движении по заданным траекториям и в процессах динамического позиционирования с обеспечением нулевой статической ошибки при воздействии постоянных внешних возмущений.Указанные обстоятельства определяют актуальность темы диссертации, связанной с созданием и развитием соответствующих специализированных математических методов синтеза законов управления подвижными объектами, допускающих программную реализацию с учетом ограниченных возможностей бортовых вычислительных средств.Целью диссертационной работы является проведение исследований, направленных на развитие математических методов решения задачсинтеза многоцелевых законов управления подвижными объектами с линейными и нелинейными математическими моделями, обеспечивающихастатизм по регулируемым координатам при воздействии постоянныхвнешних возмущений.Основное внимание в работе уделяется следующим направлениямисследований: рассмотрение общих особенностей синтеза многоцелевого управления подвижными объектами; формирование общего подхода к выбору корректирующих элементов для многоцелевых законов управления движением под действием постоянных внешних возмущений; развитие методов астатической коррекции стабилизирующих законов управления; разработка методов синтеза многоцелевых законов управления7движением по заданной траектории; решениезадачисинтезанелинейныхастатическихзаконовдинамического позиционирования; исследование вопросов астатической коррекции цифровых законовуправления; рассмотрение практических задач управления подвижными объектами для подтверждения применимости и эффективности разработанныхметодов.Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключенияи списка литературы, включающего 111 наименований.

Объем составляет108 страниц машинописного текста, работа содержит 31 рисунок.Во введении осуществляется общий обзор рассматриваемых в диссертационной работе задач, проводится краткий анализ опубликованныхнаучных работ по теме исследования.Первая глава посвящена основным проблемам построения системмногоцелевого управления движением подвижных объектов.

Сформулированы базовые задачи управления нелинейными подвижными объектами, иописан многоцелевой подход к синтезу стабилизирующих обратных связей(регуляторов).В главе вводятся в рассмотрение математические модели объектовуправления и синтезируемых обратных связей, используемых для решенияисследуемых в диссертационной работе задач. Особое внимание уделяетсяописанию многоцелевых законов управления с варьируемой структурой,используемых при формировании обратных связей.Далее ставится задача астатической стабилизации, существо которойсостоит в таком выборе закона управления, чтобы требуемое положениеравновесия было асимптотически устойчивым, а замкнутая система былаастатической по контролируемым переменным.8Для решения указанной задачи вводится понятие скоростного регулятора, параметры которого определяются с обязательным учетом следующихтребований: замкнутая линейная система должна быть устойчивой, и перерегулирование и длительность переходного процесса не должны превосходить заранее заданных величин.В главе предлагается оригинальный метод решения задачи астатической стабилизации.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации