Оптимальная стабилизация морских подвижных объектов в условиях волнения

• Автор: Погожев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 143 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы, цели и основные результаты исследований .

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОГО ОПТИМАЛЬНОГО СИНТЕЗА В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ .

1.1. Общая постановка задачи и обзор литературы

по теме исследований

1.2. Частотные методы синтеза оптимальных стабилизирующих управлений .

1.3. Абсолютный минимум среднеквадратичного функционала

1.4. Среднеквадратичная оптимизация для гармонических возмущающих воздействий. Гарантирующие регуляторы.

1.5. Среднеквадратичный синтез при частично фиксированной структуре обратной связи

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ ВОЛНЕНИЯ МОРЯ
2.1. Математические модели объектов управления и внешних воздействий от морского волнения .
2.2. О структуре стабилизирующих законов управления на базе обобщенных наблюдателей.
2.3. Оптимальный синтез дополнительных фильтрующих элементов для регулятора с обобщенным наблюдателем
2.4. Основные задачи стабилизации МПО на волнении
и квазиоптимальный подход к их решению.
ГЛАВА 3. ПРИМЕРЫ СТАБИЛИЗАЦИИ МОРСКИХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ НАЛИЧИИ
ВЕТРОВОЛНОВЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ .
3.1. Алгоритмы стабилизации курса водоизмещающего надводного судна при малой скорости хода
3.2. Оптимальная стабилизация подводного аппарата
при движении вблизи взволнованной поверхности моря .
3.3. Управление движением быстроходного глиссирующего катера
с интерцепторами в режимах точный и экономичный .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


На основе анализа полученных данных делается вывод о работоспособности и эффективности методов, алгоритмов и программного обеспечения, разработанных в диссертации. Основными результатами, которые получены в итоге проведенных исследований и выносятся на защиту, являются следующие. Исследованы вопросы, связанные с развитием методов среднеквадратичной оптимизации для линейных систем с векторным управлением и возмущениями неполного ранга. Предложен метод оценивания экстремума среднеквадратичных функционалов для М1МО-задачи без непосредственного решения задачи синтеза на базе понятия абсолютного минимума. Детально рассмотрен частный случай задачи среднеквадратичной оптимизации с гармоническими возмущениями. Показана неединственность решения и найден регулярный способ построения одного из них. Проанализирована возможность построения оптимальных стабилизирующих управлений с частично фиксированной структурой. Обоснован выбор конкретной структуры с асимптотическим наблюдателем и предложен метод ее оптимизации. Сформулированы две основные задачи стабилизации на волнении: задача о максимальной точности и задача о максимальной экономичности процесса. Разработаны точные и приближенные методы их решения. Выполнены практические расчеты для конкретных типов МПО с применением теоретических и прикладных результатов, полученных в диссертации, подтверждающие их работоспособность и эффективность. Кроме того, они позволяют упростить вычислительные процедуры синтеза оптимальных регуляторов, адаптируя их к возможностям, предоставляемым современными вычислительными средствами. Это позволяет реализовывать синтезированные законы управления на борту объектов в реальном масштабе времени с адаптивной настройкой на конкретные условия плавания. Изначальная ориентация разработанных методов, алгоритмов и рекомендаций на решение проблемы высокоэффективной реализуемости, как разрабатываемых алгоритмов, гак и получаемых с их помощью законов управления в реальных условиях применения, также, несомненно, определяет практическую ценность диссертационной работы. Полученные в диссертационной работе результаты позволили построить комплекс программ автоматизации исследовательского проектирования систем автоматического управления, существенно повышающий эффективность и качество выполняемых работ. Работоспособность и эффективность полученных результатов подтверждена решением практических задач по анализу и синтезу систем стабилизации морских подвижных объектов различных типов в условиях волнения. Апробация работы. Диссертация в целом, а также ее отдельные части и полученные результаты докладывались на XXX научной конференции «Процессы управления и устойчивость» (г. Санкт-Петербург, апрель ), на конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики» (г. Тула, ), на XXXII научной конференции «Процессы управления и устойчивость» (г. Санкт-Петербург, апрель ), а также на семинарах кафедры математического моделирования энергетических систем и лаборатории компьютерного моделирования систем управления СПбГУ. Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 6 печатных работах. ГЛАВА 1. В качестве базового аналитического подхода для исследований динамики подвижных объектов, функционирующих под воздействием морского волнения, естественно принять теорию среднеквадратичной оптимизации [7], [], [], [], [], []. Этот подход представляется в достаточной мере адекватным тем задачам, которые решаются при исследовании и проектировании систем управления движением с учетом волнения моря. Осуществим общую формализацию решаемых в работе задач в рамках указанного подхода. Здесь хеЕ"- вектор состояния объекта, и€Е"'- вектор управлений, Г е Е' - возмущение (у<п), Е - векторная функция соответствующей размерности, компоненты которой непрерывны и дифференцируемы по совокупности своих аргументов в окрестности некоторого заданного контролируемого движения х = х;)(0> П = йр(Г), Г = ? Д0, удовлетворяющего системе (1. Обозначим через х=х(г), и=и(г), ^(0 отклонения соответствующих переменных в (1.