Синтез робастных регуляторов стабилизации транспортных средств

• Автор: Али Рамзи Салим
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 164 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Современные системы автоматического управления легательными аппаратами ЛА

1.1 Развитие систем автоматического управления САУ

1.2 Состояние и перспективы синтезирования систем управления Л А. .

1.3 Синтез систем автоматического управления Л А

1.3.1 Обзор работ по проблеме синтеза алгоритмов для систем управления ЛА

1.3.2 Общая постановка задачи синтеза систем автоматического управления ЛА

1.3.3 Требования к системам автоматического управления Л А

1.3.4 Основные этапы синтеза систем управления Л А

1.4 Система математического моделирования МАТЬАВ

1.5 Выводы
Глава 2 Математические модели движения самолета.
2.1 Общая нелинейная модель пространственного движения самолета
2.2 Принцип разделения движения самолета
2.2.1 Математические модели продольного движения самолета
2.2.2 Матемагическис модели бокового движения самолета.
2.3 Математические модели движения самолета по наклонной траектории
2.3.1 Уравнения движения самолета при наборе высоты
2.3.2 Уравнения движения самолета при снижении
2.4 Особенности движения самолета при взлете и посадке
2.4.1 Мате магическая модель самолета с учетом возмущений
2.4.1.1 Внешние возмущения, действующие на самолет
2.4.1.2 Турбулентность атмосферы и ее влияние на динамику самолета.
2.4.1.3 Математическая модель микропорыва ветра
в форме вихревого кольца.
2.4.1.4 Математическая модель продольного движения самолета с учетом ветровых возмущений.
2.4.1.5 Линейная модель продольного движения
самолета с учетом ветровых возмущений
2.4.1.5.1 Математическая модель с весовыми
функциями.
2.4.1.5.2 Выбор весовых функций
2.5 Выводы
Глава 3 Синтез робастных рздулиторов для
управления летательными аппаратами ЛА.
3.1 Аспекты теории робастного управления
3.2 Главные элементы теории робастного управления.
3.2.1 Робастные ре1уляторы в частотной области
3.2.2 Робастные регуляторы в пространстве состояний.
3.3 Многокритериальная оптимизация .
3.3.1 Проблема минимизации и формулы регулятора
3.4 Методы сокращения размерности.
3.5 Выводы
Глава 4 Экспериментальное исследование качества
и эффективности робастных регуляторов.
4.1 Определение модели синтеза
4.1.1 Н2 регуляторы в задаче улравлешя ЛА.
4.1.2 Н регуляторы в задаче управления Л А.
4.1.3 Смешанные НгН,, регуляторы в задаче
управления Л А
4.2 Анализ результатов исследования
4.2.1 Анализ результатов при изменении параметров ветра
4.2.2 Выбор наилучших коэффициентов усиления для смешанного ЬЬНос, регулятора.
4.3 Анализ результатов в присутствии шумов измерений.
4.4 Выводы.
I лава 5 Робастное НгНоо управление с определенными размещениями полюсов.
5.1 Особенности реализации.
5.2 Гарантирование размещение полюсов замкнутой системы
5.3 Подход выпуклой оптимизации к проблеме
смешанною Н2Н управления
5.3.1 Случай обратной связи по состоянию
5.3.2 Случай обратной связи по выходу.
5.4 Результаты исследования
5.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Во второй главе рассмотрены математические модели движения самолета, включающие математические модели продольного и бокового движения самолета. Для синтеза робастных регуляторов получены линеаризованные модели продольного движения с учетом ветровых возмущений (с весовыми функциями и без них). Разработано семейство имитационных моделей (в среде моделирования МАТЬАВ). В третьей главе диссертации представлены основные элементы теории робастного управления. Здесь приведен краткий обзор теории робастного управления (Н®- оптимизации), методы построения робастных регуляторов в частотной облает и в пространстве состоянии. Также рассмотрены методы построения смешанного hlli,регулятора. В четвертой главе диссертации определены модели синтеза регуляторов Н2, Мл и Нг/Н». Приведены результаты сравнения качества переходных процессов замкнутых систем вышеописанных регуляторов при действии ветровых возмущений, а также при изменении параметров ветра. Для выбора наилучших коэффициентов усиления для смешанного Н2/Мо - регулятора предложен новый алгоритм. Приведен анализ результатов при присутствии шумов измерения. В пятой главе диссертации рассмотрены особенности реализации других робастных регуляторов. Рассмотрена техника гарантирования размещения полюсов замкнутой системы. Предложен метод синтеза регулятора, который объединяет метод размещения полюсов со смешанным Н2/Мо - регулятором, получившее название робастного Н2/Н*, - регулятора с размешенными полюсами. I (редложенный метод синтеза обеспечивает стабилизацию движений самолета с гарантированной робастностью, что приводит к улучшению технических характеристик. В заключении даны общие выводы по диссертационной работе. Одной из центральных задач теории автоматического управления является задача синтеза систем, в результате решения которой определяется состав, структура САУ и параметры всех ее устройств из условия удовлетворения заданному комплексу технических требований: обеспечение устойчивости (стабилизация) и качества переходных процессов (увеличение быстродействия, недопустимость больших перерегулирований и др. Методами синтеза САУ по заданным показателям качества являются методы решения задачи синтеза регуляторов (корректирующих устройств), позволяющие определить место его включения, сфуюуру и параметры, исходя из требований к качеству процессов управления. Разработкой методов синтеза регуляторов занимались ученые России и зарубежных стран. В. И. Сивцовым и Н. Л. Нулиным получены результаты, позволяющие решать задачи автоматизированного синтеза систем управления на основе частотного метода []. Частотный метод и его место в теории автоматического управления отражены в книге В. В. Солодовникова, В. Н. Плотникова и А. А. Яковлева []. Метод, разработанный II. Для управления в условиях неполной информации о параметрах объекта могут оказаться эффективными так называемые системы с переменной структурой (СПС) [6, 7, , ]. В настоящее время теория робастного управления является одной из инюнсивно развивающихся ветвей теории управления [, , , , -, -0, 3-1, 5]. Сравнительно молодая (первые работы появились в начале -х гг. Несколько лет назад наиболее популярной ветвью теории управления была теория адаптивного управления [, 3, 4]. Она развивалась как для детерминированной, так и для вероятностной постановок задач. Этой проблеме посвящено значительное количество работ. Однако в последние годы их стало заметно меньше. Причина этого не только в сложности развитой теории, но и в сложности реализации предлагаемых алгоритмов. Алгоритмы адаптивного управления (прямого и непрямого) оказались негрубыми к неучтенным внешним и параметрическим возмущениям. В восьмидесятые годы были предприняты попытки по строить грубые адаптивные регуляторы, однако эти алгоритмы были сложны в реализации и, по сути, являлись подправленными алгоритмами Ляпуновского типа. Ниже показаны фундаментальные структуры методов управления для линейных и нелинейных систем, а также место робастного управления среди методов систем управления (см. Рис. Рис.