Синтез систем управления с быстрыми алгоритмами адаптации для многоканальных и многорежимных объектов

• Автор: Шпилевая, Ольга Яковлевна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 307 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАЧИ

АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Модели объектов в условиях неопределенности

1.2. Методы синтеза систем прямого адаптивного управления

1.2.1. Задача синтеза

1.2.2. Алгоритмы адаптации, синтезированные градиентным

методом

1.2.3. Алгоритмы адаптации на основе схемы скоростного

градиента
1.2.4. Алгоритмы адаптации, синтезированные методом функций Ляпунова
1.2.5. Адаптивные системы с переменной структурой
1.2.6. Выводы
1.3. Задачи исследования
ГЛАВА 2. СИНТЕЗ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ С БЫСТРЫМИ АЛГОРИТМАМИ АДАПТАЦИИ
2.1. Синтез многоканальных адаптивных систем
2.1.1. Описание задачи
2.1.2. Условия реализуемости алгоритма адаптации
2.1.3. Синтез многоканальных адаптивных систем по выходным переменным
2.1.4. Быстрый интегральный алгоритм адаптации
2.2. Синтез одноканальных адаптивных систем
2.3. Дискретный адаптивный регулятор для одноканальных систем
2.4. Вывод
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ С РАЗНОТЕМПОВЫМИ ДВИЖЕНИЯМИ
3.1. Анализ устойчивости непрерывных многоканальных адаптивных систем
3.1.1. Описание задачи исследования
3.1.2. Анализ сходимости процессов к желаемой траектории в системах без фильтра оценки производных
3.1.3. Анализ систем с фильтром оценки производных
3.1.4. Анализ систем с фильтром оценки производных методом разделения движений
3.2. Анализ сходимости процессов в дискретной адаптивной системе
3.2.1. Анализ устойчивости системы с постоянными параметрическими возмущениями
3.2.2. Анализ устойчивости системы с переменными параметрическими возмущениями
3.2.3. Анализ свойств дискретной системы с одним настраиваемым параметром
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ОГРАНИЧЕННЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
4.1. Описание задачи исследования
4.2. Анализ влияния аддитивного возмущения на сходимость процессов
4.3. Анализ влияния ограниченного возмущения на управляющее воздействие
4.4. Влияние случайного возмущения на управляющее воздействие
4.5. Выводы





6
8
2
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА НЕПРЕРЫВНЫХ ОДНОКАНАЛЬНЫХ АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОНИЖЕННОГО ПОРЯДКА
5.1. Задача уменьшения порядка систем прямого адаптивного управления. Методы решения
5.2. Описание класса одноканальных объектов
5.3. Модификация математической модели объекта управления
5.4. Синтез адаптивных систем пониженного порядка
5.5. Определение коэффициента передачи адаптора в системе с одним контуром настройки
5.6. Определение параметров адаптора в системе с двумя контурами настройки
5.7. Анализ формирования управляющего воздействия
5.8. Анализ свойств адаптивных систем с входным формирующим фильтром
5.9. Выводы
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА АДАПТИВНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ ДЛЯ МНОГОРЕЖИМНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
6.1. Основные проблемы устойчивости и проектирования многорежимных систем
6.1.1. Переключаемые системы как модели многорежимных динамических объектов
6.1.2. Виды математических моделей
6.1.3. Основные задачи устойчивости,
6.1.4. Общая характеристика задач и методов управления переключаемыми системами
6.2. Синтез адаптивных регуляторов для одноканальных многорежимных систем
6.2.1. Постановка задачи синтеза
6.2.2. Описание процедуры синтеза

4
1
9
2
5
5

6.2.3. Условия устойчивости адаптивной переключаемой системы
6.3. Синтез адаптивных регуляторов для многоканальных многорежимных систем
6.3.1. Описание задачи
6.3.2. Определение структуры адаптивного регулятора с параметрической настройкой
6.3.3. Определение структур адаптивных регуляторов с сигнальнопараметрической и сигнальной настройками
6.3.4. Условия устойчивости
6.3.4.1. Анализ адаптивной системы без фильтра оценки производных
6.3.4.2. Анализ многорежимной адаптивной системы с фильтром оценки производных
6.4. Выводы
ГЛАВА 7. РАЗРАБОТКА СТРУКТУР АДАПТИВНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ОБЪЕКТОВ
7.1. Адаптивная стабилизация маятниковой системы
7.1.1. Общая характеристика способов управления маятниковыми системами
7.1.2. Описание задачи стабилизации перевернутого маятника
7.1.3. Система стабилизации перевернутого маятника с сигнальной настройкой
7.1.4. Анализ адаптивной системы численным моделированием
7.2. Разработка адаптивной системы стабилизации якоря электромагнитного исполнительного устройства
7.2.1. Описание объекта управления
7.2.2. Синтез адаптивного регулятора с двумя контурами настройки параметров
7.2.3. Анализ устойчивости замкнутой системы
8
3
2
2
6
6
9
7.2.4. Результаты моделирования
7.3. Разработка системы управления движителем подводного
аппарата
7.3.1. Общая характеристика подводного аппарата как объекта управления
7.3.2. Математическая модель движительного комплекса
7.3.3. Синтез адаптивного регулятора
7.3.4. Анализ влияния возмущений численным моделированием
7.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


А, В и С матрицы соответствующих размеров с постоянными элементами, 5 В0. Математические модели 1. Это наиболее изученный класс моделей, для которых разработаны последовательности расчета адаптивных регуляторов , , 4, 9, 9, позволяющих получить требуемое качество выходных процессов замкнутых систем. Области применения методов синтеза различаются характеристиками возмущений Л,. С и Разрешимость задачи синтеза определяется условиями согласованности размеров векторов х,у,и и ранговыми условиями, которым должны удовлетворять матрицы А, В и С. Выделение линейных составляющих в нестационарных моделях, с одной стороны, упрощает структуру основного контура систем прямого адаптивного управления, с другой стороны, предъявляет более жесткие требования к быстродействию контуров адаптации Например, уравнения 1. Ахг Виг Мх,мг,,а у Сх, 1. Платой за переход к 1. В приведен синтез нелинейных систем адаптивного управления на основе приближенных линейных моделей 1. А 0, 1,. Модели 1. Интерес представляют также модели, в которых учитываются структурные и или сингулярные возмущения. Структурные возмущения могут возникнуть вследствие паразитной динамики. Ят , 1. Г, 1, с матрица и векторы с постоянными элементами соответствующих размеров р малый постоянный параметр, 2 вектор состояния модели. Уравнение 1. Нхс1 1, т стгстНс иг. Из 1. Изза изменения порядка системы возмущения называют также сингулярными, а систему 1. Использование модели объекта управления общего вида 1. Они бывают настолько значимы, что существенно сужают область применения метода. Ограничения частично могут быть сняты, если поступиться общностью и рассмотреть менее широкий класс моделей 1. Представляется перспективным описание нелинейных нестационарных объектов моделями переключаемых систем 5, 2. Эти модели удобны еще и потому, что во многих системах, встречающихся на практике, присутствуют переключения между несколькими подсистемами в зависимости от разных факторов внешней среды и режимов работы. Некоторые примеры обсуждаются в работах 3, 8 0. Л,х, Гх,, 1. АЯпхп хеЛп ЛяхЗ3 и 3 1,. ДО. Здесь . В общем случае матрица коэффициентов ой подсистемы имеет вид А1 А1 . Одним из преимуществ использования моделей переключаемых систем является более простая структура управляющих устройств, получаемых в результате синтеза. В 1, 6 описана одна из первых переключаемых систем нелинейная система, разработанная ФлюггеЛотц и Тейлором. Термины переключаемая и гибридная системы заимствованы из англоязычной литературы. В русскоязычных публикациях понятийно близкими являются многорежимные системы , , , 2, логикодинамические системы , , 1, 6 и, наконец, системы с переменной структурой . Перечисленные системы объединяет присутствие в них динамической и логической частей. В работе рассмотрены классы объектов управления, динамические свойства которых соответствуют моделям 1. Адаптивные системы бесиоиского типа с наблюдателями состояния, но без идентификации параметров объекта, называются системами прямого адаптивного управления и относятся к адаптивным системам с эталонной моделью АСЭМ. Первая статья, посвященная этому виду систем, появилась в г. К началу х годов прошлого столетия АСЭМ сформировались в отдельный класс и считались одними из наиболее перспективных в теории адаптивных систем 5, 1, 0. В системах прямого адаптивного управления обеспечивается равенство между оператором замкнутой системы и оператором эталонной модели независимо от изменения математической модели объекта управления . Математическая постановка задачи синтеза адаптивных систем с эталонными моделями представлена в работах 5, 0, 7, 1, 9, 9 и других. Возьмем за основу описание, приведенное в , 9 и 9. Пусть уравнение 1. Зависимость 7, от а и отражает неопределенность математической модели и характеристик внешней среды. К ,г, ум 1. Де Я вектор переменных состояния модели, ул,еЯ вектор выходных переменных модели, геЯ1 вектор эталонных входных воздействий. Близость характеристик системы и эталонной модели оценивается с помощью положительной функции О.