Диссертация (1150419), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

При синтезе систем управления движением морских судовбольшое значение имеют динамические свойства замкнутой системы, которые определяются выбором параметров базового закона управления по8состоянию. Данная глава посвящена развитию методов формирования базового регулятора, основанных на оптимизационном подходе, применительно к задаче о наилучшей компенсации влияния на судно внешних возмущений.В центре внимания находится задача о выборе стабилизирующегорегулятора, минимизирующего размер инвариантного эллипсоида с учетомжелаемых модальных свойств замкнутой системы. Приводится алгоритмрешения задачи, базирующийся на её преобразовании к задаче на безусловный экстремум.Особое внимание уделяется синтезу управлений, удовлетворяющихдополнительным динамическим требованиям при действии возмущенийступенчатого характера и вопросам синтеза цифровых базовых законовуправления.

Предлагаются методы решения соответствующих задач с учетом особенностей их постановки.В третьей главе рассматриваются особенности применения предложенных в диссертационной работе подходов, разработанных методов и алгоритмов для построения законов управления морских автопилотов. В частности, рассматривается и решается задача управления движением суднапо заданному курсу при наличии неопределенных внешних возмущений.Особое внимание уделяется обеспечению желаемых модальных свойствзамкнутой системы, а именно, обеспечению требуемой степени устойчивости и наличию у замкнутой системы свойства астатизма.

Кроме того, рассматривается задача стабилизации курса судна цифровым регулятором приучете воздействия внешних возмущений и дополнительного требования кстепени устойчивости замкнутой системы.Полученные в данной главе результаты подтверждают работоспособность и эффективность методов и алгоритмов формирования законовуправления, разработанных в диссертации.9На основе проведенного диссертационного исследования полученыследующие основные результаты, которые выносятся на защиту:1.

Исследована задача параметрической оптимизации размера множества реакций на ограниченные внешние воздействия с обеспечением желаемых модальных свойств, и разработан алгоритм численного поиска еерешения.2. Предложены методы и реализующие их алгоритмы минимизацииразмера множества реакций, представленного инвариантным эллипсоидом,с учетом требования обеспечения заданной степени устойчивости.3. Разработаны методы и реализующие их алгоритмы синтеза регуляторов, удовлетворяющих дополнительным динамическим ограничениямпри действии ступенчатых возмущений.4. Исследованы особенности законов управления курсом морских судов при наличии неопределенных внешних воздействий и предложен метод синтеза автопилотов с учетом дополнительного требования астатизма собеспечением заданной степени устойчивости замкнутой системы.Теоретическая и практическая ценность результатов диссертации.Научная новизна и теоретическая значимость полученных результатов определяется разработкой новых методов синтеза законов управленияморскими подвижными объектами, обеспечивающих требуемое качестводинамических процессов в замкнутой системе при учете неопределенностей в задании внешних возмущений.

Особое внимание уделено развитиюметодов синтеза управлений, компенсирующих влияние на морское судновнешних воздействий и одновременно удовлетворяющих дополнительнымдинамическим требованиям.С практической точки зрения, разработанные методы и реализующиеих алгоритмы можно использовать для построения законов управления всистемах с неопределенными внешними возмущениями, в частности, для10морских судов, движущихся в условиях воздействия ветра и морского волнения с заранее неизвестными характеристиками. Практическая ценностьразработанных алгоритмов определяется их вычислительной простотой,что позволяет повысить эффективность решения содержательных задач,связанных с синтезом законов управления подвижными объектами.Работоспособность и эффективность разработанных методов с соответствующей алгоритмической поддержкой подтверждается примерамисинтеза законов управления морским судном.Апробация работы. Результаты данного диссертационного исследования докладывались на: 13-й международной конференции «Humans andComputers» (Аизу-Вакаматсу, Япония, 2010), 41-й международной научнойконференции аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость» (Санкт-Петербург, 2010), 42-й международной научной конференции аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость»(Санкт-Петербург, 2011), VII международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии и ИТ-образование»(Москва, 2012), XV конференции молодых ученых «Навигация и управление движением» (Санкт-Петербург, 2013), VIII международной научнопрактической конференции «Современные информационные технологии иИТ-образование» (Москва, 2013), 44-й международной научной конференции аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость»(Санкт-Петербург, 2013), 18-й международной конференции «Methods andModels in Automation and Robotics» (Медзиздроже, Польша, 2013), XXIVмеждународной конференции «Information, Communication and AutomationTechnologies» (Сараево, Босния и Герцеговина, 2013), международной конференции «The International MultiConference of Engineers and Computer Scientists» (Гонконг, 2014), 45-й международной научной конференции аспирантов и студентов «Процессы управления и устойчивость» (Санкт11Петербург, 2014), а также на семинарах кафедры компьютерных технологий и систем СПбГУ.Публикации.

Основное содержание диссертации отражено в 17 печатных работах, пять из которых опубликованы в журналах, входящих вПеречень изданий, рекомендованных ВАК РФ.2. Общее обсуждение задач, рассматриваемых в работеВ связи с непрерывным развитием вычислительной техники и интенсивным внедрением современных компьютерных технологий в повседневную жизнь активно развиваются различные автоматические системыуправления динамическими объектами. Особое внимание при этом уделяется разработке и модернизации систем автоматического управления движением подвижных объектов, таких как морские суда, летательные аппараты или робототехнические комплексы.Для подобных систем управления важно обеспечивать желаемое качество движения при наличии широко комплекса требований (зачастую –противоречивых), предъявляемых к динамике с учетом изменяющихся вовремени внешних условий.

При этом необходимо считаться с ограниченными возможностями вычислительных устройств, используемых для реализации законов управления на борту. Как показывает опыт, решение этихпроблем удобно осуществлять на базе оптимизационного подхода, чтообусловливает потребность разработки новых эффективных методов поиска оптимальных решений.Это особенно важно для систем управления движением морских судов, для которых актуальны существенные технические ограничения, обусловленные их конструктивными особенностями,а также ограничения,связанные с возможностями управляющих устройств, установленных наборту, что определяется техническими, организационными и экономиче12скими причинами.В диссертации исследуется задача управления морскими судами,движущимися при наличии неопределенных возмущающих воздействий.Задача о подавлении внешних возмущений с известными характеристиками относится к основным проблемам теории управления и рассматриваетсяв различных ее разделах и приложениях.

В качестве примера можно привести такие широко известные работы, как [6, 7, 26, 37, 53, 88 – 92, 96,100].В качестве основной математической модели морского судна в работе рассматривается система нелинейных дифференциальных уравненийx  F(t , x, δ, w ),(в.1)где x  E n – вектор состояния судна, δ  E m – вектор состояния исполнительных органов, w  E l – вектор внешних возмущающих воздействий.Компонентами вектора x служат те составляющие векторов скорости (угловой и линейной), которые существенны для данного типа судов и дляфункциональных задач, решаемых системой управления.

Размерность и состав вектора δ определяется конструктивными особенностями судна.Заметим, что в реальных практических ситуациях для внешнего возмущения характерна существенная неопределенность, связанная с непредсказуемостью поведения воздушной и водной среды, в которой осуществляется плавание судна. Данное обстоятельство существенно затрудняетанализ и проектирование системы управления, одной из центральных задачкоторой является подавление влияния внешних воздействий на судно.Далее будем считать, что компоненты функции F являются непрерывно дифференцируемыми по совокупности всех своих аргументов в пространстве E n  m l 1 .Более того, будем полагать, что при любом выборе функций δ  δ(t )и w  w (t ) , соответствующих рабочим режимам функционирования судна13и системы управления движением, для системы (в.1) существует и единственно решение задачи Коши для начальных условий x 0  x(0) , определяемых данными режимами.Кроме уравнений судна (в.1) в состав математической модели объекта управления вводятся уравнения динамики приводовδ  F (t , δ, u) ,(в.2)где u  E m – вектор управляющих сигналов, и уравнения измерителейy  Fy (t , x, δ),(в.3)где y  E k – вектор измеряемых динамических переменных.Далее считается, что все компоненты функции Fy непрерывнодифференцируемые, а в состав компонент функции F обычно входят существенные нелинейности (срезки, зоны нечувствительности и т.д.).В основном далее будем считать, что управление осуществляется впределах линейных участков функций fu и f , т.е.

Характеристики

Список файлов диссертации