Цифровые законы управления движением судов в условиях морского волнения

• Автор: Арефина, Антонина Игоревна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. Актуальность проблемы, цели и основные результаты исследований

2. Общая постановка и обсуждение рассматриваемых задач .

3. Краткий обзор публикаций по теме исследования .

ГЛАВА 1. ЦИФРОВЫЕ ЗАКОНЫ УПРАВЛЕНИЯ

С МНОГОЦЕЛЕВОЙ СТРУКТУРОЙ.

1.1. Особенности задач синтеза оптимальных систем управления морскими подвижными объектами

1.2. Основные специфические режимы движения

морских подвижных объектов

1.3. Структура многоцелевого закона цифрового управления движением морских судов

ГЛАВА 2. СИТЕЗ КВАЗИОПТИМАЛЬНЫХ ЦИФРОВЫХ
ФИЛЬТРОВ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ
2.1. Построение оптимального корректора для гармонического возмущения с настройкой на фиксированную частоту
2.2. Синтез квазиоптимального корректора фильтра
для подавления действия морского волнения.
2.3. Пример синтеза квазиоптимального фильтра
для транспортного судна.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ н2оптимизации при наличии
ЗАПАЗДЫВАНИЯ.
3.1. Нгоптимизация линейных стационарных объектов
с запаздыванием в непрерывном времени
3.2. Задача Н2оптимизации для дискретных объектов
с запаздыванием.
3.3. Пример синтеза оптимального регулятора
для транспортного судна.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Целыо диссертационной работы является проведение исследований для развития математических методов решения задач синтеза специализированных цифровых систем управления морскими подвижными объектами в условиях морского волнения, в том числе математических методов среднеквадратичной оптимизации динамических систем с учетом запаздывания в канале управления. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы, включающего наименование. Во введении производится общий обзор задач, рассматриваемых в диссертационной работе, и проводится краткий анализ опубликованных научных работ по теме исследования. Первая глава диссертации посвящена проблематике построения систем управления движением морских подвижных объектов и описанию многоцелевого подхода к синтезу регуляторов для МПО в дискретном варианте. Описаны основные режимы движения МПО и сформулированы критерии качества движения в каждом из них. Вводится в рассмотрение регулятор с многоцелевой структурой, состоящий из наблюдателя, корректирующего устройства (корректора) и собственно управляющего сигнала, который представляет собой сумму выходов всех указанных элементов. При этом они вводятся в работу по мере необходимости в зависимости от режима, в котором движется судно, для обеспечения желаемой динамики в конкретных ситуациях. Подробно рассматриваются условия сохранения управляемым объектом свойств устойчивости и астатизма по регулируемым координатам при включении таких элементов цифрового управления с многоцелевой структурой. МПО под управлением с многоцелевой структурой в условиях морского волнения в «экономичном» режиме, когда требуется минимизировать реакцию управляющих органов на возмущающее воздействие. Рассматривается корректирующее устройство специального вида, а именно, в виде фильтра с конечной импульсной характеристикой. Для указанной структуры корректора исследуются вопросы оптимизации движения объекта управления под действием регулярного волнения и под действием стационарного случайного возмущения, более точно моделирующего морское волнение. Предлагается метод синтеза квазиопти-мального относительно исходной задачи корректирующего устройства, отличающийся простотой используемого алгоритма. Указанный метод применяется для решения конкретной задачи оптимизации затрат на управление при движении надводного транспортного судна на малой скорости в условиях морского волнения. Полученный результат подтверждает работоспособность предложенного метода. В третьей главе рассматривается задача среднеквадратичной оптимизации движения объекта, когда решение ищется на множестве передаточных матриц регуляторов, обеспечивающих гурвицевость характеристического квазиполинома замкнутой системы, при наличии запаздывания в канале управления. Предлагаются простые расчетные схемы синтеза передаточной матрицы оптимального регулятора в непрерывном и дискретном виде. Приводится практический пример синтеза оптимального регулятора для конкретной цифровой модели, представляющей морское судно, движущееся под действием волнения. Получены условия сохранения свойств устойчивости и астатизма по регулируемым координатам при последовательном включении элементов цифрового управления с многоцелевой структурой. Предложено использование нерекурсивной цифровой фильтрации морского волнения в канале приводов управляющих органов. Разработаны алгоритмы синтеза оптимального нерекурсивного фильтра для полного подавления влияния гармонического возмущения с заданной частотой и синтеза квазиоптимального нерекурсивного фильтра для подавления влияния нерегулярного морского волнения. Разработан спектральный метод и реализующий его вычислительный алгоритм среднеквадратичной оптимизации для стационарного случайного возмущения при наличии запаздывания в канале управления в непрерывном и дискретном вариантах. Проведен анализ особенностей и возможностей оптимизации и получены соответствующие оптимальные решения для прикладных задач исследования и синтеза систем управления движением морского судна под действием волнения. Практическая ценность работы состоит в ориентированности полученных методов на непосредственную реализацию цифровых законов управления морскими подвижными объектами в режиме реального времени.