Развитие технологий анализа, многокритериальной оптимизации и моделирования многосвязных мехатронных систем управления

• Автор: Тягунов, Олег Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 335. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ,

МТ ЮГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОСВЯЗНЫХ МЕХАТРОННЫX СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОЙ РАЗМЕРНОСТИ.

1.1 Многосвязные мехатронные системы как объект управления и

методы их исследования

1.2 Анализ и основные направления развития технологий прямых

корневых методов для исследования многосвязных мехатронных систем автоматического управления высокого порядка.

1.3 Обзор и анализ работ по многокритериальному выбору

параметров систем управления

1.4 Обзор и анализ результатов в области разработки

программных средств для моделирования, исследования и оптимизации многосвязных мехатронных систем высокой размерности.
Выводы по первой главе и основные задачи диссертационной работы.
ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ АНАЛИЗА МНОГОСВЯЗНЫХ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ ВЫСОКОЙ РАЗМЕРНОСТИ
2.1. Оценки для границ локализации корней алгебраических уравнений .
2.2. Оценки для границ локализации корней характеристического уравнения, основанные на использовании собственных чисел матриц.
2.3. Метод локализации корней уравнений, основанный на понятии вычислительной разрешимости алгебраических уравнений.
2.4. Методы выбора начальных приближений для итеративных алгоритмов отыскания корней алгебраических уравнений, основанные на теории поиска. .
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АНАЛИЗА МНОГОСВЯЗНЫХ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ ВЫСОКОЙ РАЗМЕРНОСТИ
3.1. Сравнительный анализ различных методов локализации корней уравнений
3.2. Исследование эффективности разработанных классических методов построения областей локализации и выбора начальных приближений для итеративных алгоритмов отыскания корней алгебраических уравнений
3.3 Разработка алгоритмов решения алгебраических уравнений с кратными корнями, использующих регулируемую точность вычислений
Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4 МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОСВЯЗНЫХ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Модернизации метода многокритериальной оптимизации для многосвязных мехатронных систем управления
4.2. Алгоритм решения задачи выбора показателей качества управления при многокритериальной оптимизации параметров систем управления
4.3 Примеры решения задач многокритериального выбора параметров простых мехатронных систем с помощью модернизированного метода многокритериальной оптимизации
Выводы по четвертой главе.
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ АНАЛИЗА, МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОСВЯЗНЫХ МЕХАТРОННЫХ СИСТЕМ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА
5.1 Основные требования к программному комплексу для моделирования и исследования ММС
5.2. Разработка структурной схемы, принципа работы и основных подсистем программного комплекса Анализ систем
5.3. Основные алгоритмы программного комплекса Анализ систем. .
5.4. Пример использования программного комплекса Анализ систем.
5.5. Программный комплекс для автоматизированного вывода математических моделей, исследования и многокритериальной оптимизации многосвязных мехатронных систем высокого порядка в программной среде .
Выводы по пятой главе.
ГЛАВА 6. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
МАНИПУЛЯЦИОННЫХ И ТРАНСПОРТНЫХ РОБОТОВ.
6.1. Математические модели манипуляционных роботов и многокритериальная оптимизация их систем управления
6.2. Математические модели транспортных роботов и многокритериальная оптимизация их систем управления.
6.3. Разработка структурной схемы системы управления манипуляционными роботами на основе использования интеллектуальных технологий.
Выводы по шестой главе.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Вторая часть главы посвящена решению задач многокритериального выбора параметров систем управления роботов. Для случая транспортных роботов использовалась программная среда Анализ систем. В приложении 1 помещены акты из различных организаций о внедрении научных результатов диссертации в научные исследования и учебный процесс. В приложении 2 представлены тексты программ на языке программной системы компьютерной алгебры , предназначенные для автоматизации получения математического описания и многокритериального выбора параметров систем управления манипуляционных и транспортных роботов. В приложениях 3 и 4 приведены теоретические сведения, необходимые для построения оценок границ локализации корней алгебраических уравнений и используемые во второй главе для разработки методов построения наилучших границ локализации корней и выбора начальных приближений для итеративных алгоритмов отыскания корней алгебраических уравнений. ГЛАВА 1. Многосвязные мехатронные системы как объект управления и методы их исследования. Известно, что с конца х годов XX столетия объектом особенно пристального внимания специалистов в области теории автоматического управления становятся так называемые сложные, в том числе технические, системы. Эти системы состоят из большого числа динамически взаимодействующих элементов и описываются математическими моделями большой размерности. Сложные объекты с распределенными параметрами, для управления которыми используется распределенное управление задачи управления плазменными установками различного назначения и т. Экономические и экологические системы, для которых особенно остро стоят проблемы обеспечения управляемого поведения в условиях негативного влияния глобализации. Сложные энергетические сети, в которых происходят аварии, связанные с неправильным расчетом режимов работы сложных энергетических сетей. Сложные электромеханические системы многозвенные роботыманипуляторы и транспортные роботы, управляемые конструкции космических станций и т. СДУ большой размерности десятки, согни и даже тысячи. Последний пример сложных систем играет огромную роль в развитии научнотехнического прогресса и эти системы можно объединить в единый класс многосвязных мехатронных систем. Этот класс систем и является объектом исследования диссертационной работы. В состав таких систем могут входить большое число механических взаимосвязанных элементов, для управляемого перемещения которых используются различные приводы. Перечислим несколько примеров многосвязных мехатронных систем. Манипуляционные и транспортные роботы. Это наиболее распространенный на практике класс многосвязных мехатронных систем. Известно , что использование промышленных роботов дает значительный эффект в автомобилестроении, машиностроении, микроэлектронике. В годах появляются примеры непромышленного применения манипуляционных роботов. Транспортные роботы также достаточно широко используются в промышленном производстве транспортирование заготовок и готовой продукции и разнообразных непромышленных областях медицина, чрезвычайные ситуации, космос и т. Мехатронные системы с параллельной кинематикой. Реконфигурируемые мехатронные системы. В ряде стран ведутся работы по созданию многозвенных мехатронномодульных роботов с адаптивной кинематической структурой 5. Большие космические конструкции БКК , . Па рис. В частности, на рис. Научноисследовательским институтом точного машиностроения г. Зеленоград совместно со специалистами МИРЭА и МГТУ им. Н.Э. Баумана манипуляционный а и транспортный б роботы семейства Электроника НЦ. По своим техническим характеристикам эти роботы не уступали лучшим зарубежным образцам и с успехом были представлены на Международных Лейпцигских ярмарках тех лет. На следующих двух рисунках представлены разработанные в наше время мехатронные системы с параллельной кинематикой, Это роботхирург Гексапод для нейрохирургических операций на мозге рис. Гексамех1 высокоскоростной пятикоординатный обрабатывающий центр с параллельной кинематикой Гексапод рис. На рис. Наконец, на рис. Хаббл.