Автоматизированный аналитический синтез нелинейных систем управления сложными динамическими объектами

• Автор: Любимов, Евгений Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ

1.1. Математические модели. Постановка задачи синтеза системы управления.

1.2. Обзор методов синтеза систем управления нелинейными объектами управления.

1.3. Обзор развития средств автоматизированной разработки и проектирования систем автоматического управления.
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МЕТОДОМ ТОЧНОЙ ЛИНЕАРИЗАЦИИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИ ОПРЕДЕЛЕННОГО ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

2.1. Математический аппарат, используемый для синтеза нелинейных систем управления

2.2. Программная реализация алгоритмов синтеза нелинейных систем управления.

2.3. Синтез системы управления подводного аппаратаробота

2.3.1. Подводный манипулятор.
2.3.2. Подводный аппарат.
2.4. Оптимизация символьного представления синтезированных законов управления.
2.5. Построение и исследование подсистем нуль динамики
2.6. Выводы.
ГЛАВА 3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ. АДАПТИВНЫЕ И РОБАСТНЫЕ АЛГОРИТМЫ
3.1. Математический аппарат, используемый для синтеза адаптивных и робастных систем управления.
3.1.1. Задача стабилизации вектора состояния
3.1.2. Задача слежения по выходу
3.2. Программная реализация алгоритмов синтеза адаптивных систем управления
3.3. Символьный синтез адаптивной системы управления подводного аппаратаробота.
3.3.1. Подводный аппарат
3.3.2. Подводный манипулятор
3.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Выбор структуры системы управления и методов синтеза определяет возможность дальнейшей алгоритмизации и формирует дополнительные требования и ограничения на математическую модель объекта управления. В качестве алгоритмов синтеза нелинейной системы управления в данной работе выбраны метод линеаризации обратной связью и адаптивные и робастные алгоритмы на основе функций Ляпунова, реализуемые с применением схемы непосредственной компенсации. На основе указанных методов производится программная алгоритмизация символьного синтеза и разрабатывается комплекс программ. В качестве апробации разработанного комплекса программ в работе осуществляется синтез и моделирование систем управления подводным роботом-аппаратом. Дополнительно в работе исследуется ряд вопросов, связанных с тематикой диссертации. Исследуются некоторые плохо формализованные с точки зрения автоматизации случаи линеаризации обратной связью, в частности управление по состоянию - проверка инвалютивности, получения подсистемы нуль-динамики. Исследуется вопрос оптимизации символьных законов управления, а также влияние метода численного решения на скорость моделирования. Рассматриваются способы проведения сложной параметризации, и демонстрируется предельный случай неопределенности объекта управления, при котором синтезированная система управления неустойчива. В первой главе рассматриваются принятые в теории нелинейных систем управления математические модели. Формулируется общая постановка и структура задачи синтеза нелинейной динамической системы управления неопределенным объектом управления. Рассматриваются схемы построения многоконтурных адаптивных систем управления: идентификационный и компенсационный подходы. Описываются различные методы синтеза систем управления неопределенных и определенных объектов управления, анализируется степень формализации алгоритмов синтеза и перспективность использования в задаче автоматизации. Обсуждаются перспективные направления развития методов синтеза и недостатки существующих подходов. Выполняется обзор развития автоматизированных средств разработки и построения систем автоматического управления их развития и перспективы использования. Вторая глава посвящена синтезу параметрически определенных систем управления с применением метода линеаризации обратной связью. Глава содержит теоретический материал метода линеаризации обратной связью, основные алгоритмы и фрагменты разработанного программного кода. Приведены результаты автоматизированного синтеза и моделирования, следующих параметрически определенных объектов управления: манипулятор в режиме программного движения по окружности, кусочно-заданные дискретные программные траектории движения; подводный аппарат -движение с постоянными углами пространственного положения и движение по сложной траектории. Приводятся результаты сравнительного анализа применения специальных процедур и функций, оптимизирующих символьное представление законов управления, на время моделирования замкнутой системы управления в зависимости от численного решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений и способа задания программной траектории. Дополнительно рассмотрены способы построения и изучения подсистемы нуль-динамики в исходной и трансформированной системе координат с применением разработанного комплекса программ. В третьей главе для управления параметрически неопределенными объектами управления применяются адаптивные и робастные регуляторы. Приводится теоретическое описание существующих алгоритмов адаптивного, адаптивно-робастного и нелинейно-робастного управления на основе функций Ляпунова для задачи стабилизации вектора состояния. Предлагается модификация указанных методов адаптивного управления до задачи программного управления по выходу. Обсуждаются проблемы выбора в рассматриваемых регуляторах функций Ляпунова, вопросы параметризации математической модели объекта управления. Приведены результаты синтеза и моделирования различной степени неопределенности математических моделей подводного аппарата и подводного манипулятора, случаи автоматической и ручной параметризации.