Математические модели и методы оптимизации процессов пространственного маневрирования морских подвижных объектов при координированном воздействии на рулевые устройства и силовую установку

• Автор: Козлов, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 179 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ ПОДВОДНОГО АППАРАТА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ И КООРДИНАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Классификация задач управления движением аппарата и типовые режимы маневрирования
1.2 Общие дифференциальные уравнения пространственного движения аппарата
1.3 Исходные модели подсистем управления курсом, глубиной и скоростью аппарата
1.4 Исходные модели приводных механизмов исполнительных подсистем аппарата
1.5 Постановка задач синтеза конструктивных моделей и координации подсистем аппарата
1.6 Выводы
2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДСИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АППАРАТОМ
2.1 Классификация типовых и специальных нелинейных элементов подсистем управления аппаратом
2.2 Модели элементов с разрывными характеристиками и регуляризация
2.3 Модели элементов с кусочно-линейными характеристиками
2.4 Модели функциональных элементов с разрывными характеристиками
2.5 Модели элементов типа «сервомотор» с ограниченными скоростными характеристиками
2.6 Модели нелинейных элементов типа «люфт»
2.7 Модели элементов с гистерезисными характеристиками
2.8 Модели функциональных элементов подсистем управления
2.9 Выводы
3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КООРДИНАЦИИ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ И НЕЛИНЕЙНОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ
3.1 Модели для синтеза координации подсистем аппарата и нелинейное программирование
3.2 Модели и методы нелинейного программирования для оптимальной координации подсистем аппарата
3.3 Выводы

4 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМАЛЬНОЙ КООРДИНАЦИИ ПОДВОДНОГО АППАРАТА
4.1 Модели оптимальной координации подсистем аппарата на циркуляции
4.2 Модели задач координации подсистем аппарата на основе оптимизации в допустимой области
4.3 Формулировка задачи координации и решение методами условной оптимизации
4.4 Модели синтеза координации подсистем аппарата методом Лагранжа для преобразованной системы ограничений
4.5 Исследование функционала качества координации подсистем аппарата на границах допустимых областей
4.6 Модели и структура субоптимальной системы координации двух подсистем: силовой установки и рулевого устройства
4.7 Выводы
5 ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ КООРДИНАЦИИ ПОДСИСТЕМ ПОДВОДНОГО АППАРАТА
5.1 Модель динамики подводного аппарата и алгоритмы координированного управления
5.2 Результаты исследования координации подсистем аппарата и анализ вычислительных экспериментов
5.3 Общая характеристика программного комплекса «МВТУ» для исследования математических моделей
5.4 Методика математического моделирования и разработки системы координации подводного аппарата
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
АКТ ВНЕДРЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Проблема автоматизации процессов управления морскими подвижными объектами (МПО) различных классов и назначений, такими как водоизмещающие корабли (суда) и корабли на динамических принципах поддержания, подводные лодки (ПЛ), обитаемые и необитаемые подводные аппараты (ПА), разрабатывается в течение многих десятилетий. Вместе с тем, несмотря на имеющиеся достижения в области создания систем управления движением корабля и комплексной автоматизации управления всеми его функциональными комплексами средств [8, 23, 26, 43, 131], ряд
теоретических вопросов управления остаются не исследованными или недостаточно исследованными. Прежде всего, это относится к задачам оптимизации процессов пространственного маневрирования корабля при скоординированном воздействии на все средства функционального комплекса обеспечения маневрирования (ФКТС ОМ), в частности на рулевые устройства (РУ) и силовую установку (СУ) с двигательно-движительным комплексом (ДДК).
Потребность в решении задач оптимального маневрирования возникает в экстремальных ситуациях. Такие экстремальные ситуации возникают при решении задач расхождения судов, предупреждения столкновений, уклонения от угроз различных видов с осуществлением плоских или пространственных маневров с оптимизацией времени их осуществления с одновременной максимизацией кривизны траекторий, экстренного всплытия ПА на безопасную глубину в аварийных ситуациях, например при нарушениях герметичности прочного корпуса и т.п. Однако ряд важнейших свойств и характеристик МПО как многомерных объектов оптимального управления, в том числе их предельные возможности по управляемости и поворотливости, а также характерные свойства и параметры экстремальных траекторий остаются не выявленными. Не выявленными остаются и эффекты, которые могут быть получены при оптимизации

Рис. 1.5 Многоконтурная типовая структура системы управления глубиной ПА
Типовой алгоритм управления подводного аппарата по курсу имеет вид
Ещ={(рга<,-(р)-М(рі <#,
0:а4 = —Л[(—0.5 + 0.5-10)(|ЕГ + 0.05| - е, - 0.05| + 0.1))] - ВВп(<р - <р
где А = -0.5{sigrг[(p,ad — ср - 0.1] -1} = 1, если рассогласование по курсу по модулю не более 0.1 радиана (или 5.73 градуса), и В = 0.5-{8І%п(р.аі]-(р~0.Ц + } = , если рассогласование по курсу по абсолютной величине превышает 5.73 градуса.
Как и в предыдущем случае, формируя сигнал рассогласования