Разработка и исследование нечетких систем управления сложными подвижными объектами

• Автор: Зайченко, Илья Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Комсомольск-на-Амуре
• Количество страниц: 200 с. : ил.

Введение

1. Морское судно как сложный динамический объект

1.1 Модель морского судна как сложного динамического объекта

1.2 Линеаризация уравнений динамики морского судна

1.3 Методы оптимизации систем управления движением судна

1.4 Синтез оптимального регулятора системы управления подвижным объектом

1.5 Адаптивность как одна из главных задач интеллектуального управления

1.6 Система управления движением судна по курсу

1.7 Система управления движением судна на траектории

1.8 Системы.управления движением судна с рулевыми приводами Выводы по первой главе

2. Роль и место теории нечеткой логики в управлении сложными объектами

2.1 Системы управления сложными динамическими объектами на базе нечеткой логики
2.2. Принципы построения систем нечеткого логического вывода
2.3 Основные подходы к синтезу и анализу систем управления на базе нечеткой логики
2.4 Устойчивость и грубость систем на базе нечеткой логики
Выводы по второй главе
3. Разработка и исследование нечетких систем управления движением судна
3.1 Проблемы, возникающие при синтезе системы управления движением, судна
3.2 Построение и исследование нечеткой СУД на курсе с оптимальным регулятором
3.3 Построение и исследование робастнонечеткого СУД на курсе с фаззификацией выхода робастного регулятора
3.4 Нечеткие регуляторы рулевых систем курса
3.5 Нечеткие системы управления на траектории
3.6 Построение и исследование нечеткой системы стабилизации судна на траектории
3.7 Синтез нечеткого регулятора с использованием векторноматричного описания
3.8 Оценка адаптивных свойств нечетких регуляторов систем управления движением судна
3.9 Влияние вида функций принадлежности на качество процесса регулирования
3. Программная реализация алгоритмов построения систем управления
4. Применение нечетких систем для идентификации и коррекции нелинейности сложных подвижных объектов
4.1 Разработка методов построения нечетких систем для идентификации и коррекции нелинейности
4.2 Коррекция нелинейностей с помощью адаптивного нечеткого
вывода
4.3 Повышение робастности системы управления сложным динамическим объектом путем коррекции нелинейности
4.4 Исследование СУД судна на курсе при коррекции нелинейности рулевого привода
Выводы по четвертой главе
5. Анализ эффективности предлагаемых алгоритмов с использованием имитатора сигналов авторулевого ИС
5.1 Назначение и структура имитатора сигналов авторулевого ИС
5.2 Оборудование имитатора и режимы его работы
5.3. Интерфейс имитатора
5.4. Схема поведения эксперимента и его результаты
Выводы по пятой главе
Заключение
Список использованных источников


Всякое усложнение исходной математической модели делает ее малоэффективной для анализа и синтезе систем управления. При решении задач управления движением традиционно рассматривают судно как твердое тело в пространстве, движение которого состоит из движения центра масс и движения вокруг центра масс. При описании движения морского судна уравнения целесообразно записывать в связанной системе координат. Начало связанной системы координат при этом движется с линейной скоростью V, а оси поворачиваются относительно начала с угловой скоростью О. Нормальная форма системы нелинейных дифференциальных уравнений пространственного движения судна может быть представлена в векторноматричной форме
Рисунок 1. Ух,Уу,У. В выражении 1. Эти силы и моменты, аддитивно входящие в состав проекций Д Яу Я, Мх, Мр М. Разработкаточных гидродинамических моделей морского судна является сложной задачей, решение которой связяно с проведением значительно количества аналитических исследований и натурных экспериментов и . В результате формируются функциональные зависимости гидродинамических коэффициентов. Математическая модель судна в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений адекватно описывает различные режимы движениясудна. Но для каждого из них при разработке систем управления на практике используется, свое описание. Так для решения задач стабилизации используются линеаризованные уравнения движения. Как правило, линеаризация дифференциальных уравнений базируется на разложении в ряд Тейлора нелинейных функций одного или нескольких аргументов с последующим выделением членов ряда с первыми степенями аргументов. Для построения линеаризованной модели движения судна уравнения 1. Пг, 0. I вектор управляющих воздействий на рули. При этом в качестве компонентов функции Р могут выступать любые непрерывно дифференцируемые функции на всей области определения. Однако существует несколько характерных движений, допускающих другие, более простые математические описания. К ним, прежде всего, относится стационарный режим движения, характеризующийся постоянством переменных состояния при условиях х 0 0, 8 0 0, 0 система 1. С учетом этого система 1. Тогда система линейных дифференциальных уравнений в отклонениях относительно положения равновесиях хр, 8 8 р, р для 1. Л0х 5 Я7, 1. Уххр8ш8р. Как правило, уравнения 1. V Ух при нулевых отклонениях исполнительных органов и с нулевыми значениями всех прочих динамических параметров. Между выходным вектором исследуемого судна у, вектором состояния X и управляющим вектором 8 существует нелинейная связь. Сх Р8. Совместное рассмотрение 1. Ах В8 Ну у Сх
при этом элементы матриц А, В, Н, С, О представляют собой константы для окрестности одного балансировочного режима. Приведенная система 1. Так как надводные судна обычно обладают симметрией относительно диаметральной плоскости, а главные оси инерции для них совпадают с координатными осями, то при формировании гидродинамических коэффициентов здесь можно допустить линейную зависимость демпфирующих сил и моментов от соответствующих линейных и угловых скоростей. Поэтому мы можем пренебречь влиянием вертикального перемещения, бортовой и килевой качки на другие виды движения, ввиду незначительности диапазонов изменения таких динамических параметров, как вертикальная составляющая скорости хода, вертикальное перемещение центра масс и дифферент. Рхвв, Рвв Мхвв, Щвв проекции на оси связанной системы векторов внешней возмущающей силы и момента аэродинамические силы и моменты, силы и моменты от волнения. Угол дифферента при анализе движения судна можно считать малой величиной. V. 1. Vx i V. Vx i V. Ф угол курса. Таким образом объединение уравнений 1. Отклонения рулей имеют офаничения, определенные конструктивными особенностями судна 5, ло. Ф у 1. Р 2. При отсутствии ветроволновых возмущений в окрестностях балансировочных режимов линеаризованная математическая модель 1. Подробная методика расчета коэффициентов модели описана в 5. В настоящей работе будут использованы модели движения 6 типов судов, параметры которых приведены в 0.