Разработка и исследование метода сетевого оператора в задаче синтеза системы управления спуском космического аппарата

• Автор: Шмалько, Елизавета Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Формальная постановка задачи синтеза

1.2. Обзор существующих методов решения задачи синтеза

1.3. Выводы.

2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА УПРАВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫМИ ОБЪЕКТАМИ.

2.1. Аналитическое конструирование агрегированных регуляторов.

2.2. Метод генетического программирования.

2.3. Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА.

3.1. Построение математической модели спуском космического аппарата.
3.2. Расчет параметров модели влияния атмосферы на силы, действующие на СПУСКАЕМЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ
3.3. Исследование коридора входа в атмосферу
3.4. Критерии качества управления.
3.5. Выводы.
4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОСАДКОЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
4.1. Метод аппроксимации управления кривыми Безье.
4.2. Вычислительный эксперимент и результаты
4.3. Выводы.
5. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМ АППАРАТОМ ПРИ СПУСКЕ В АТМОСФЕРЕ
5.1. Метод сетевого оператора для решения задачи синтеза управления.
5.2. Выбор базисного решения
5.3. Алгоритм синтеза.
5.4. Методики синтеза и вычислительный эксперимент.
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В главе 2 рассматриваются современные направления развития науки в рамках решения задачи синтеза управления. Дается качественное описание таких современных подходов, как аналитическое конструирование агрегированных регуляторов и метода генетического программирования. В главе 3 приводится математическая постановка практической задачи синтеза системы управления спуском космического аппарата. Показано, что задача заключается в многокритериальном структурно-параметрическом синтезе системы управления нелинейным объектом с критериями качества в виде двух функционалов общего вида. В четвертой главе приведено описание разработанного численного метода построения оптимального закона управления на основе аппроксимации методом кривых Безье. Приведено теоретическое описание метода и результаты вычислительного эксперимента, полученные на основе разработанного комплекса программ. В пятой главе описан новый метод синтеза системы управления на базе сетевого оператора. Изложены теоретические основы метода, представлен разработанный алгоритм, изложены принципы построения базисного решения, приведены методики вычислительного эксперимента и его результаты. В заключении приводятся основные результаты диссертации. Работа содержит 4 страницы, включая список литературы из 2 наименований, иллюстраций и шесть таблиц. В работе рассматривается задача синтеза системы управления спуском космического аппарата в атмосфере. При управлении движением космических аппаратов различных типов актуальной является проблема достижения цели управления, которая, как правило, формулируется с точки зрения достижения минимума некоторого критерия качества. Режим входа спускаемого космического аппарата в атмосферу представляет собой не только сложный, даже трудно обозримый объект исследования. При решении данной задачи возникают значительные трудности, особенно для случая входа в атмосферу со скоростями, превышающими первую космическую []. Система управления спуском должна погасить скорость космического аппарата, причем сделать это надо так, чтобы перегрузки на участке торможения были бы минимальными, а также космический аппарат должен совершить посадку в заданном районе. Данная задача имеет актуальное значение особенно при рассмотрении полетов пилотируемых космических аппаратов. Г(х,и), (1. X = [х] . Проблема синтеза управления состоит в построении функции управления и = и(х), называемой синтезируемой функцией и представляющей собой значение оптимального управления при условии, что в момент ^ система управления (1. Решение проблемы синтеза имеет особую актуальность именно в прикладных задачах. Если известна синтезируемая функция управления и(х), то технически обеспечить оптимальный ход процесса можно по схеме с обратной связью: с измерительного прибора на бортовую машину (или другое вычислительное средство) в каждый момент времени / подается измеряемая величина х(г), машиной вычисляется значение управления и == и(х), после чего найденное значение оптимального управления передается на исполнительный механизм, непосредственно реализующий требуемое течение управляемого процесса. Это значит, что ставится задача синтеза оптимальной системы управления объектом (1. Данная задача требует построения структуры системы управления (1. Ч = 1#1 • • • для обеспечения минимумов функционалов (1. Обеспечение минимумов функционалов понимаем в смысле построения множества Парето оптимальных - решений. Результатом синтеза будет система управления, выбранная из множества систем управлений (1. Парето. И&Л . Данная функция при определенных значениях параметров ч = [§1 •••Ял V обеспечивает однозначное отображение пространства состояний в ограниченное множество пространства управлений 1:(х,ч): (К” —> V ? Задача синтеза оптимального управления на протяжении многих лет является одной из ключевых проблем теории управления. Выделившись в отдельную область науки еще в середине -х годов -ого столетия, математическая теория оптимального управления аккумулировала в себе основные достижения классического вариационного исчисления [5], [] и др. Л.С.