Методы синтеза робастного и адаптивного управления необитаемыми подводными аппаратами

• Автор: Лебедев, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 319 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ СИНТЕЗА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НПА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ существующих методов описания динамики НПА
1.2. Анализ используемых систем управления НПА
1.3. Применение принципов адаптивности и робастности при
построении систем управления НПА
1.4. Постановка задач исследования
1.5. Выводы
ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НПА И ПОСТРОЕНИЕ ЖЕЛАЕМЫХ ТРАЕКТОРИЙ ЕГО ДВИЖЕНИЯ
2.1. Кинематика пространственного движения НПА
2.2. Динамика пространственного движения НПА
2.3. Математическая модель движителя
2.4. Декомпозиция математической модели НПА
2.5. Разработка алгоритма синтеза многоуровневой СУ НПА
2.6. Формирование желаемой траектории движения и желаемого
закона изменения скорости НПА
2.7. Результаты численного моделирования системы
формирования траектории НПА
2.8. Выводы
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ СИНТЕЗА САМОНАСТРАИВАЮЩИХСЯ СИСТЕМ С ЭТАЛОННЫМИ МОДЕЛЯМИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ НПА
3.1. Синтез нелинейной коррекции для локальной подсистемы
управления движителем при его номинальных параметрах

3.2. Синтез самонастраивающегося регулятора с эталонной моделью
для подсистемы управления движителем
3.3. Особенности формирования законов управления движителями
при использовании их уточненной математической модели
3.4. Численное моделирование подсистемы управления движителем
3.5. Синтез СНС с эталонной моделью и нелинейной коррекцией
для децентрализованного управления скоростью НПА
3.6. Численное моделирование подсистемы децентрализованного
управления скоростью НПА
3.7. Результаты экспериментального исследования одноканальной
СНС при управлении электромеханическим объектом
3.8. Разработка и обоснование метода синтеза СНС с эталонной моделью для централизованного управления скоростью НПА
3.9. Разработка самонастраивающихся регуляторов для отдельных
каналов управления скоростью
3.10. Исследование системы централизованного управления скоростью НПА в различных режимах работы
3.11. Выводы
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СНС С ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛЬЮ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОГО РЕСУРСА УПРАВЛЕНИЯ
4.1. Постановка задачи исследования СНС с эталонной моделью при
наличии ограничений на управляющий сигнал
4.2. Определение условий устойчивости процесса самонастройки и
минимально необходимого значения амплитуды сигнала я
4.3. Определение показателей качества реализуемых процессов
управления
4.4. Определение диапазона реализуемых процессов управления при
заданных значениях параметров ОУ и коэффициента к1ц,

4.5. Определение величины khg, достаточной для реализации желаемого
процесса при заданных значениях параметров ОУ
4.6. Анализ СНС с неидеальностью и синтез закона адаптивной
подстройки амплитуды разрывного управляющего сигнала
4.7. Результаты численного моделирования СНС с подстройкой
амплитуды разрывного управляющего сигнала
4.8. Выводы
ГЛАВА 5. МЕТОДЫ СИНТЕЗА СИСТЕМ С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ НПА
5.1. Синтез СПС для децентрализованного управления скоростью
движения НПА
5.2. Исследование синтезированной СПС для децентрализованного
управления скоростью НПА
5.3. Результаты экспериментального исследования одноканальной
СПС при управлении электромеханическим объектом
5.4. Результаты экспериментального исследования одноканальной
СПС при управлении необитаемым подводным аппаратом
5.5. Разработка системы с переменной структурой для
централизованного управления скоростью движения НПА
5.6. Исследование синтезированной многоканальной СПС для
централизованного управления скоростью НПА
5.7. Синтез контура управления положением НПА
5.8. Исследование многоканальной СПС с нелинейной коррекцией
в режиме управления положением НПА
5.9. Выводы
ГЛАВА 6. МЕТОД СИНТЕЗА МНОГОКАНАЛЬНОЙ СПС
ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ НПА
6.1. Создание и обоснование метода синтеза СПС для управления
положением НПА на основе его полной математической модели
производной и не требующий обращения матрицы инерции НПА. Схема линеаризации динамики НПА с адаптивной обратной связью, позволяющая компенсировать нелинейность и добиться развязывания перекрестных связей, рассматривается в [189]. При управлении подводным аппаратом невозможно использовать алгоритм, основанный на решении обратной задачи динамики, так как обобщенные скорости задаются в связанной системе координат. Однако авторы обходят эту проблему, формулируя адаптивный закон непосредственно в абсолютной системе координат.
Для преодоления влияния на поведение аппарата меняющихся в широких пределах или неопределенных параметров модели в [265] предлагается адаптивная управляющая система, включающая компенсацию случайных помех произвольной спектральной структуры.
Однако, несмотря на большое количество работ и разнообразие предлагаемых подходов и методов синтеза адаптивных систем управления, в последние годы в этой области наблюдаются диспропорции и перекосы, болезненно сказывающиеся на практике автоматизации. Как отмечает в своей статье [76] один из основоположников отечественной теории управления A.A. Красовский, с одной стороны, налицо бурное развитие новых математических направлений по проблемам управления, в том числе адаптивного, формализация разнообразных задач, развитие вширь и в математическую глубину. Но, с другой стороны, наметился весьма серьезный отрыв теоретических методов от практического приложения, от учета реальных ограничений и закономерностей, отсутствие крупных достижений в качественных показателях многих автоматических систем.
Общим недостатком адаптивных систем управления с параметрической адаптацией, в наибольшей степени проявляющимся при увеличении числа настраиваемых параметров и в значительной мере обусловливающем описанную выше ситуацию, можно, по-видимому, считать сложность их теоретического обоснования и практической реализации, дороговизну синтезируемых на их основе регуляторов.