Обработка навигационной информации и синтез адаптивного закона управления морским судном при стабилизации на траектории

• Автор: Пелевин, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 205 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ СИНТЕЗА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА ПРИ СТАБИЛИЗАЦИИ НА

ТРАЕКТОРИИ

1.1. Методы синтеза закона управления движением судна в

современных системах траекторного управления

1.2. Обзор методов синтеза закона управления

1.3. Уравнения для компонент вектора состояния

1.4. Критерии оптимизации управления

1.5. Математическая постановка задачи синтеза управления при

стабилизации судна на траектории

Выводы по главе 1.
ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СУБОПТИМАЛЬНЫХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ К НЕЛИНЕЙНЫМ
СТОХАСТИЧЕСКИМ ОБЪЕКТАМ.
2.1. Оценка нижней и верхней границ значения квадратичного критерия качества оптимального управления нелинейным
стохастическим объектом.
2.2. Обоснование возможности субоптимизации закона
управления судном с нелинейной моделью при стохастических
возмущениях.
2.3. Использование балансировочного режима при построении
закона управления.
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ В ЛИНЕЙНОКВАДРАТИЧНОЙ ЗАДАЧЕ
3.1. Обзор методов синтеза закона управления при
неопределенностях параметров модели объекта.
3.2. Синтез робастного закона управления с учетом чувствительности к неопределенности параметрам моделей
объекта и возмущений
3.3. Синтез робастного закона управления в условиях интервальнозаданной неопределенности параметров моделей объекта и
возмущений
3.4. Синтез робастного закона управления при стабилизации
судна на траектории.
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ СУДНА И
АДАПТАЦИЯ ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ.
4.1. Современные методы идентификации модели объекта и
адаптации закона управления.
4.2. Постановка задачи идентификации моделей объекта и
возмущений на основе методов нелинейной фильтрации
4.3. Метод построения базовых моделей в области неопределенности параметров объекта и возмущений для экономичной
идентификации.
4.4. Моделирование задачи идентификации при стабилизации
судна на траектории.
Выводы по главе 4.
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ НАВИГАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ, НАПРАВЛЕННЫХ НА
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ
5.1. Современное состояние проблемы построения алгоритмов обработки информации в интегрированных навигационных
системах
5.2. Постановка задачи оценки вектора состояния судна при
неинвариантной обработке информации комплекса ИНССНС
5.3. Моделирование задачи оценки вектора состояния при стабилизации судна на траектории.
5.4. Выбор типа ИНС в интересах решения задачи стабилизации
судна на траектории.
Выводы по главе 5.
ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АДАПТИВНОГО ЗАКОНА УПРАВЛЕНИЯ СУДНОМ ПРИ СТАБИЛИЗАЦИИ НА ТРАЕКТОРИИ. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И НАТУРНОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА
6.1. Сопоставительное моделирование стабилизации судна на траектории с адаптивным законом управления и ПИДрегулятором
6.2. Структура системы управления траекторией судна.
6.3. Описание алгоритма программного модуля адаптивного тракторного управления
6.4. Результаты натурного эксперимента
Выводы по главе 6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Такие ПИДрегуляторы иногда предусматривают простейшую параметрическую настройку на основании заданного критерия и упрощенной модели углового движения, т. Номото первого порядка для угловой скорости рыскания 5. Исследования, проведенные фирмой АгксМНг с привлечением опытных судоводителей, показали 6, что точность автоматической стабилизации судна на заданной траектории при использовании подобных систем на порядок выше, чем при ручной коррекции заданного курса на авторулевом. Заметим, однако, что законы управления, построенные на основе упрощенной модели углового движения, не учитывают ветровой дрейф судна, который может быть значительным особенно при малых скоростях движения неучет этой величины, входящей составляющей в скорость бокового отклонения, не позволяет адекватно отражать физические процессы стабилизации и синтезировать оптимальные законы управления. Отметим также, что даже в случае оптимального закона управления при стабилизации на курсе, формирование поправки к заданному курсу не позволяет в полной мере оптимизировать закон управления для стабилизации на траектории, так как при выработке поправки к заданному курсу в оптимальной постановке требуется учет уже фиксированного закона стабилизации на курсе. Ясно, что реализация оптимального закона тракторного управления с формированием поправки приводит к необходимости компенсации закона стабилизации на курсе, что, в свою очередь, неизбежно создает запаздывание при выработке управления и ухудшает его качество. К практически реализованным системам стабилизации на траектории такого типа относятся система Бирюза 5, 6, изделие Мореход разработки НИИ Севморгео , , программный модуль научнопроизводственной фирмы Навис среди зарубежных систем это авторулевые ЛпБсШг и ША 5 Германия, ОР 5 Англия, ЫаиЮРМсЯ США и другие. Из работ теоретического плана, рассматривающих задачу стабилизации судна на траектории, отметим как одну из первых работу , в которой поставлена задача линейноквадратичной оптимизации, но не учтены с достаточной полнотой действующие на судно возмущения так, в уравнениях для боковой скорости и угловой скорости рыскания не учитываются силы от ветра. Возмущение, обусловленное действием волн и асимметрией корпуса на движении, введено непосредственно в уравнение для угла рыскания в виде белошумного процесса, что приводит к неадекватности модели судна, поскольку это возмущение передается через силу и момент, действующие на судно, которые должны входить в уравнения для боковой линейной скорости и угловой скорости рыскания, соответственно. При этом предполагаются известными ветровые возмущения и не учитывается волновое воздействие. В работах 9, 0 для исключения высокочастотной составляющей управляющего сигнала, обусловленного волнением, т. Задача стабилизации судна на траектории рассматривается как линейноквадратичная задача с использованием упрощенной модели углового движения судна. Быстрое движение описывается регрессионной моделью, коэффициенты которой определяются путем идентификации. Очевидно, что при использовании полной модели требуется разделение составляющих быстрого и медленного движения и для боковой скорости, и для бокового отклонения, которое, в свою очередь, связано и с углом рыскания. При этом в зависимости от направления набега волны возмущения параметры модели быстрого движения для боковой скорости могут значительно отличаться от модели быстрого движения для угловой скорости рыскания, что приводит к трудностям при идентификации коэффициентов формирующих фильтров для этих движений. Это связано с тем, что измерители боковой скорости отсутствуют, а измеренное боковое отклонение имеет сложную структуру, в производную которого входят в виде слагаемых боковая скорость, угол рыскания, течение и ошибка измерения. Описанный прием исключения высокочастотной составляющей управляющего сигнала имеет широкое распространение, но в тоже время существуют и другие способы, один из которых используется в настоящей работе. Стабилизация судна на траектории в постановке, близкой к приведенной выше, изложена и в 3.