Содержание к диссертации
Введение-8
1. Беспоисковые (аналитические) методы адаптивного управления: основные подходы и результаты.-22
1.1. Предварительные замечания-22
1.2. Математические модели нелинейных динамических объектов и постановка задачи адаптивного управления-24
1.3. Метод скоростного градиента-26
1.4. Системы прямого адаптивного управления с эталонной моделью и алгоритмами параметрической настройки для линейных стационарных объектов-29
1.5.0грубление (регуляризация) и диссипативность алгоритмов с параметрической настройкой-34
1.6. Иерархический подход к построению систем. Составное адаптивно-линейное управление-36
1.7. Резюме основных результатов, полученных в первой главе-39
2. Методы прямого адаптивного управления с параметрической настройкой, основанные на приближенном описании нелинейных объектов моделями с мажорирующими функциями-40
2.1. О необходимой нелинейной структуре закона управления для нелинейного объекта. Предварительные замечания-40
2.2. Базовая структура нелинейных адаптивных законов с эталонной моделью и алгоритмами параметрической настройки с функциями роста нелинейного объекта-42
2.2.1. Описание правых частей дифференциальных систем с помощью функций бесконечного роста-42
2.2.2. Базовая структура адаптивного закона с эталонной моделью и алгоритмами параметрической настройки с известными функциями бесконечного роста.-47
2.3. Исследование работоспособности базового нелинейного адаптивного закона с алгоритмами параметрической настройки и известными функциями роста-49
2.4. Метод мажорирующих функций. Полные прямые адаптивные системы с параметрической настройкой и мажорирующими функциями-
2.5. Упрощенные прямые адаптивные системы с параметрической настройкой и мажорирующими функциями-55
2.6. Обсуждение особенностей подхода, основанного на методе мажорирующих функций-59
2.7. Резюме основных результатов, полученных во второй главе-62
3. Прямые и непрямые (идентификацонные) адаптивные системы С СИГНАЛЬНОЙ (релейной) настройкой, построенные на основе метода МАЖОРИРУЮЩИХ ФУНКЦИЙ-64
3.1. Исходная прямая адаптивная система с эталонной моделью и сигнальной настройкой-64
3.2. Полные и упрощенные адаптивные структуры с сигнальными (релейными) алгоритмами настройки и мажорирующими функциями-71
3.2.1. Полная адаптивная структура с сигнальной настройкой и мажорирующими функциями.-72
3.2.2. Упрощенные адаптивные структуры с сигнальной настройкой и мажорирующими функциями старших степеней роста.-74
3.3. Исходные непрямые адаптивные системы с сигнально настраиваемыми моделями-79
3.3.1 Система с непрямым адаптивным управлением и сигнальной настраиваемой моделью.-80
3.3.2. Система с непрямым составным адаптивно-линейным управлением и сигнально настраиваемой моделью-82
3.3.3. Непрямые системы с усредненным адаптивным и адаптивно-линейным управлением с сигнально настраиваемой моделью-85
3.4. Непрямые полные и упрощенные адаптивные системы с сигнально (релейно) настраиваемыми моделями, поостренные на основе метода мажорирующих функций-86
3.4.1. Полная структура с непрямым адаптивным управлением и сигнальной (релейной) настройкой с мажорирующими функциями роста-86
3.4.2. Полная структура с непрямым составным адаптивно-линейным управлением и сигнальной (релейной) настройкой с мажорирующими функциями-87
3.4.3. Упрощенная структура непрямого адаптивного управления с сигнальной (релейной) настройкой и мажорирующими функциями-89
3.4.4. Упрощенная; структура с непрямым составным; адаптивно-линейным управлением, .сигнальной: (релейной) настройкой;и мажорирующими функциями-89
3.4. Резюме основных результатов, полученных в третьей главе-90
4. Прямые и непрямые адаптивные системы управления много-масовыми нелинейными упругими механическими объектами с параметрической и сигнальной настройками и мажорирующими функциями-92
4.1. Математические модели многомассовых нелинейных упругих механических объектов. Управляемость и наблюдаемость. Постановка задач управления упругими колебаниями 92:
4.Г. 1. Математические модели многомассовых нелинейных упругих: механических объектов. Две формы моделей..-92
4.1.2. Управляемость и наблюдаемость многомассовых упругих механических объектов-97
4.1.3. Математическая? модель многомассового упругого механического объекта с учетом зазоров в упругих связях-101
4.1.4. Постановка задач управления упругими:механическими объектами-102
4.1.5; Важное замечание об обоснованности применения;стационарных наблюдателей в реализации адаптивных систем:управления.;не полностью измеримыми упругими объектами-105
4.2. Прямые адаптивные системы управления с эталонной моделью и параметрической настройкой: с мажорирующими функциями: для многомассовых упругих механических объектов с зазорами--106'
4.2.1. Предварительные замечания-106
4.2.2. Прямая: адаптивно-линейная система с параметрической настройкой и мажорирующими функциями для управления многомассовым нелинейным упругим механическим объектом-108
4.2.3. Возможные дальнейшие упрощения адаптивной системы с параметрической настройкой и мажорирующими функциями:-111
4.3; Прямая и непрямая адаптивные системы управления с сигнальной (релейной) настройкой и мажорирующими функциями для многомассовых нелинейных упругих механических объектов-113
4.3.1. Прямая адаптивно-линейная система управления? с сигнальной настройкой и мажорирующими функциями для многомассовых нелинейных упругих механических объектов.-113
4.3.2. Непрямая: адаптивно-линейная система управления с сигнально> настраиваемой моделью и мажорирующими функциями: для; многомассовых нелинейных упругих механических объектов-114
4.4. Резюме основных результатов, полученных в четвертой главе-117
5. Методики поблочного расчета прямых и непрямых адаптивных систем с параметрической и сигнальной настройками,.мажорирующими функциями и наблюдателями для многомассовых НЕЛИНЕЙНЫХ УПРУГИХ МЕХАНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ-119
5.1. Предварительные замечания-119
5.2. Методика, расчета: прямых адаптивных систем- с параметрической настройкой и мажорирующими функциями' для і управления; многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами-120
5.2.1. Расчет блока стационарного наблюдателя-120-
52.2: Расчет линейного (модального) управления-122
5.2.3. Расчет эталонной модели-123
5.2.4. О структуре эталонной модели:в «физических переменных».--123
5.2.5. Расчет адаптивного управления с параметрической настройкой-124
5.3. Методика расчета прямых и непрямых адаптивных систем с сигнальной настройкой для управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами-126
5.3.1. Расчет блоков прямой адаптивной системы с сигнальной настройкой-127
5.3.2. Расчет настраиваемой модели в непрямой адаптивной системе с сигнальной настройкой-127
5.3.3: Расчет сигнальной настройки и адаптивного управлениям непрямой системе-128
5.4. Методика расчета.типовых промышленных и специальных электромеханических систем.с подчиненным управлением (с учетом и без учета электромагнитных процессов)-128
5.4.1. Типовая (промышленная) система с подчиненным управлением двухмассовым упругим электромеханическим объектом. Предварительные замечания-128
5.4.21 Принцип подчиненного управления-130
5.4.3. Расчетные формулы типовых настроек контурных П- и ПИ-регуляторов в электромеханической системе подчиненного управления-135
5.5. Резюме основных результатов, полученных в пятой главе-138
6. Разработка семейства адаптивных электромеханических систем с наблюдателями для управления двухмассовыми нелинейными упругими механическими объектами-141
6.1. Предварительные замечания.-141
6.2. Расчетные уравнения следящей системы двухмассовым упругим электромеханическим объектом и подчиненным управлением-144
6.3. Методика расчета линейного (модального) управления двухмассовым упругим электромеханическим объектом-147
6.4. Методика расчета идентификатора, состояния (наблюдателя) двухмассового упругого электромеханического объекта-149 .
6.5. Структура модального регулятора с наблюдателем-152
6.6. Разработка прямой адаптивной системы с сигнальной настройкой и мажорирующими функциями для управления ? двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом (с наблюдателем).-153
6.7. Разработка прямой адаптивной системы с параметрической настройкой и мажорирующими функциями для управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом (с наблюдателем)-158
6.8. Разработка непрямой адаптивной системы с сигнально настраиваемой моделью и мажорирующими функциями для управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом (с наблюдателем)-164
6.9. Разработка непрямой адаптивной системы с сигнально настраиваемой моделью и мажорирующими функциями без наблюдателя для управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом-166
6.10. Рекомендации по построению и расчету адаптивных систем управления двухмассовыми нелинейными упругими электромеханическими объектами с бездатчиковыми исполнительными приводами-170
6.11. О построении комбинированных адаптивных систем управления: система с сигнально-параметрической адаптацией-171
6.12. Резюме основных результатов, полученных в шестой главе-172
7. Расчет, исследование, отладка и микроконтроллерная реализация СЕМЕЙСТВА АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХМАССОВЫ-МИ НЕЛИНЕЙНЫМИ УПРУГИМИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ С НЕОПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И НЕПОЛНЫМИ ИЗМЕРЕНИЯМИ-174
7.1. Расчет, исследование и отладка трехконтурной и двухконтурной следящих систем с подчиненным управлением и П-регуляторами без учета и с учетом упругих свойств электромеханического объекта-174
7.2. Расчет и исследование эффективности модального управления с наблюдателем в управлении двухмассовым линейным упругим электромеханическим объектом с постоянными параметрами-179
7.3. Расчет, исследование и отладка прямой адаптивной системы с сигнальной настройкой и наблюдателем для управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом с неопределенными параметрами и неполным измерением-188
7.4. Исследование и отладка прямой адаптивной системы с параметрической настройкой и наблюдателем для управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом с неопределенными параметрами и неполным измерением-192
7.5. Исследование и отладка непрямой адаптивной системы с сигнально настраиваемой моделью и наблюдателем для управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом с неопределенными параметрами и неполным измерением-196
7.6. Исследование и отладка непрямой адаптивной системы с сигнально настраиваемой моделью (без наблюдателя) для управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом с неопределенными параметрами и неполными измерениями-198
7.7. Бортовая микроконтроллерная реализация бортовых адаптивных систем управления двухмассовым нелинейным упругим электромеханическим объектом в задачах стабилизированного наведения-200
7.8. Резюме основных результатов, полученных в седьмой главе-207
Заключение-209
Список литературы-212
Введение к работе
Актуальность проблемы и подход к ее решению. Интенсификация промышленного производства, освоение высокопроизводительных технологий, создание высокоточных и маневренных объектов наземной, воздушной, морской и космической техники гражданского и военного назначения выдвигают задачи создания комплексов, управляющих высокоэффективными и прецизионными агрегатами и техническими установками, среди которых многостепенные взаимосвязанные нелинейные механические объекты с Є- протяженной геометрией и упругими деформациями занимают одно из передовых мест по числу применений. К такими объектам относятся разнообразные механические конструкции металлорежущих станков, роботов-манипуляторов промышленного и экстремального применения, наземных мобильных установок военного назначения, быстроходных надводных подвижных объектов, высокоманевренных летательных аппаратов и многих других устройств. Важно отметить, что в условиях, когда возможности современного конструирования и применения новейших материалов с целью достижения высокой точности и высокой производительности сложных А механических объектов исчерпываются, дальнейшее повышение их эффективности может быть достигнуто только методами построения и средствами реализации более сложных систем управления. Таким образом, задачи повышения динамической точности и быстродействия функционирования сложных механических объектов решаются созданием адекватных таким задачам более эффективных систем управления их движением, и этот путь не имеет альтернативы. Это позволяет говорить о том, что развитие высоких технологий и техники новых поколений выдвигает задачи создания так называемых мехатронных комплексов, объединяющих в Одно взаимоувязанное целое теоретические, проектные и конструкторские решения в области точной механики и электроники, управления и автоматизации, информатики и вычислительной техники.
...... Универсализация решения задач создания мехатронных комплексов требует развития проблематики, связанной с разработкой и совершенствованием методов и средств автоматического управления многостепенными взаимосвязанными механическими объектами с априорно неопределенным и/или сложным нелинейным математическим описанием, неполными измерениями,, быстро и в широких пределах изменяющимися параметрами и геометрической конфигурацией, свойствами и условиями функционирования, воздействиями внешней среды. В такой постановке одним из признанных методов решения задач управления механическими объектами являются адаптивные методы, в рамках которых беспоисковые (аналитические) адаптивные системы относятся к интенсивно развиваемому направлению ив силу аналитического задания критериев и законов адаптации принципиально рассчитаны на реализацию средствами современной вычислительной техники в темпе текущего времени [1-35].
В свою очередь, в области адаптивного управления в последние годы, особенно за рубежом, резко возрос интерес: к разработке адаптивных систем, специализированных для класса многостепенных механических объектов, к динамической точности пространственного движения которых предъявляются повышенные требования. Кроме того, остается актуальным решение очень важной в технике задачи принудительного гашения; упругих колебаний, вызывающих разрушительные явления в механических объектах и препятствующих попыткам реализовать в них управление с предельным быстродействием, определяемым ресурсом исполнительных приводов.
Современный этап- в проектировании сложных комплексов, управляющих высокоэффективными и прецизионными агрегатами и установками, связан с решением задач снижения влияния различных факторов, вызывающих нарушение рабочих режимов управляемых объектов. К таким факторам можно отнести отсутствие априорной информации о существенно нестабильных значениях массо-инерционных и упругих параметров механических объектов, случайные изменения нагрузки; взаимовлияние степеней подвижности объектов; варьирование параметров объектов от образца к образцу и варьирование параметров стандартных систем регулирования при замене исполнительных приводов и отдельных блоков управления, при неточной или ошибочной их настройке.
Характерные примеры разработки и серийного освоения управляющих комплексов для указанных классов сложных механических объектов представляет такая наукоемкая продукция ОАО "Ковровский электромеханический завод» («КЭМЗ»), конкурентоспособная на мировом рынке военной техники, каковой являются электромеханические (и электрогидравлические) системы гироскопической стабилизации и наведения артиллерийского и зенитно-ракетного вооружения, установленного на подвижных платформах . Основным режимом применения таких объектов вооружения является стрельба с хода без снижения скорости, и методы повышения динамической точности и быстродействия их систем стабилизации и наведения средствами управления являются в то же время и методами повышения эффективности огня, не имеющими альтернативы.
Однако потенциальные возможности современных бортовых систем управления указанными классами объектов не всегда могут быть эффективно реализованы. Главные причины, препятствующие повышению быстродействия электромеханических следящих систем, ярко проявляющиеся в широко распространенных задачах двухплоскостной стабилизации и наведения наземных подвижных объектов, являются:
• колебания движущегося по пересеченной местности основания (наклон и рыскание), передающиеся на стабилизируемое оружие или инструмент в виде периодических возмущений;
• динамическое влияние колеблющегося основания на уравновешенные подвижные массивные части вооружения или инструмента и взаимовлияние механизмов степеней подвижности друг на друга при выполнении задач в движении;
• упругие деформации и зазоры редукторных передач и элементов конструкций, имеющих протяженную геометрию.
Упругие деформации звеньев механических конструкций и передач являются одним из доминирующих факторов, препятствующих повышению эффективности управляемых механических объектов, подлежащих подавлению средствами управления. В многостепенных механических объектах с собственными частотами, лежащими в полосе пропускания исполнительных приводов, определяемой их предельно возможным быстродействием, упругие колебания возбуждаются при любой попытке реализовать это предельное быстродействие в управлении, что приводит к снижению качественных показателей объектов, повышенному износу, поломкам и авариям промышленного оборудования, тормозит рост его производительности. В силу приблизительно одинаковых требований к прочностным характеристикам механических конструкций объектов в самых различных областях техники значения низших собственных частот упругих колебаний в них всегда находятся в одних и тех же пределах (2-15 Гц) независимо от масштабов (массогабаритных показателей) исполнения объектов, и опасность возбуждения упругих колебаний препятствует любым попыткам реализовать потенциально весьма высокие предельные возможности быстродействия собственно исполнительных электрических или гидравлических приводов механизмов степеней подвижности управляемых объектов [36-40]. Однако построение подавляющего большинства современных систем автоматического управления движением базируется на традиционной для техники управления последних десятилетий идеологии так называемого подчиненного управления, основным вычислительным электронным модулем реализации которого является операционный усилитель. Очевидно, что в силу самих предпосылок к расчету двух- или трехконтурных следящих систем с подчиненным управлением такое их построение ни в коей мере не учитывает проявление упомянутых ранее особенностей (неидеальностей) динамики сложных многостепенных взаимосвязанных нелинейных упругих механических объектов с неопределенными параметрами, изменяющейся геометрией и внешними возмущениями, носящими периодический и ударный характер.Так, предельно возможное в рамках широко распространенного в технике метода, подчиненного управления быстродействие, отвечающее идеализированному представлению одной степени подвижности объекта в виде: жестко присоединенной к исполнительному приводу нагрузки, с. неизменной; инерционной характеристикой; соответствует полосе пропускания следящей системы до 100-250 с-1/рад,.т.е. 16-40Гц [41-43]. Таким образом, при наличии? упругих деформаций с частотами; лежащими в пределах 2 -15 Гц, реальное быстродействие систем должно быть снижено многократно, что приводит к значительному недоиспользованию потенциальных возможностей современных исполнительных приводов. Очевидно также, что снижение быстродействия систем не решает проблему устойчивости к возникновению упругих колебаний, так как последние могут беспрепятственно возбуждаться под действием ударной нагрузки [40].. С другой стороны, вынужденное снижение быстродействия? (добротности) следящих систем с подчиненным управлением в такой значительной: степени ухудшает реакцию систем на возмущения, что приводит к большим динамическим ошибкам («провалам») этих систем в режимах стабилизированного наведения [44]. Таким образом, сами современные электрические, (и гидравлические) приводы создают необходимые предпосылки: для совершенствования»: систем управления, исполнительным ядром которых они являются.
Другой необходимой предпосылкой создания более совершенных систем автоматического управления подвижными механическими объектами является идущий в настоящее время поистине революционный переход от реализуемой в течение предшествующих десятилетий аналоговой элементной базы электронных блоков бортовых систем управления к современной высокопроизводительной вычислительной микроконтроллерной технике бортового применения. Это создает условия для такого же кардинального пересмотра традиционных методов построения систем управления подвижными объектами и перехода к более современным методам управления. Привлечение же современной высокопроизводительной вычислительной техники только для реализации довольно простых традиционных линейных средств подчиненного управления такими механическими объектами; и игнорирование действительной сложности их динамики является ничем не оправданным; недоиспользованием потенциальных возможностей современной бортовой вычислительной техники.
Таким образом, задачи, связанные с разработкой эффективных систем автоматического управления; классом объектов с многорезонансными нелинейными упругими деформациями априорно неопределенным: и (или) сложным описанием, неполными измерениями, быстро и в широких пределах изменяющимися параметрами и внешними возмущениями, являются актуальными и решаются в данной работе в рамках беспоискового адаптивного подхода, получившего в последнее время значительное теоретическое и теоретико-прикладное развитие в отечественной и зарубежной научно-технической литературе.
Однако известные: беспоисковые схемы адаптивного управления: нелинейными и в общем случае нестационарными объектами, как, например, предложенные и развитые в работах [2-6, 9, 13-35], допускают такой уровень неопределенности правых частей описывающих их дифференциальных уравнений, когда они известны с точностью до постоянных или изменяющихся во времени неизвестных параметров, причем в первом, стационарном, случае обеспечивается асимптотическая устойчивость, а во втором, нестационарном -диссипативность адаптивных систем, а вид нелинейных правых частей с точностью до неизвестных параметров полностью воспроизводится в построении беспоисковых адаптивных алгоритмов. В опубликованных последнее время работах В.В. Путова [1, 7, 8, 15, 16, 45], ставится задача управления нелинейными и нестационарными объектами в условиях гораздо большей их неопределенности, чем параметрическая. Такая неопределенность, когда неизвестны не только параметры, но и само строение правых частей дифференциальных уравнений объектов, в [45] названа функционально-параметрической неопределенностью, и требование асимптотической устойчивости адаптивных систем управления такими объектами всюду заменяется требованием их диссипативности,. В этом новом подходе выдвигается некоторый класс считающихся известными функций, которые связаны с неизвестными правыми частями дифференциальных уравнений нелинейных объектов некоторыми оценочными (мажорирующими) соотношениями, и в построении адаптивных систем участвуют не сами функции правых частей уравнений нелинейных объектов, которые считаются неизвестными, а эти оценочные функции, названные автором подхода мажорирующими функциями, и решение проблемы определяется выбором класса достаточно простых и легко реализуемых мажорирующих функций, более или менее близко оценивающих нелинейное строение неизвестных объектов [45, 46].
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование, разработка, исследование и микроконтроллерная реализация нового семейства беспоисковых прямых и непрямых адаптивных электромеханических систем управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами с неопределенными параметрами и неполными измерениями, обеспечивающих предельно достижимое исполнительными электроприводами быстродействие упругих объектов с одновременным подавлением многорезонансных упругих колебаний в условиях широкого изменения параметров упругих связей и распределения-массоинерционных характеристик, неполных измерений и действия нелинейностей и внешних возмущений.
Целью ближайшего приложения полученных результатов является разработка нового поколения адаптивных регуляторов,, обеспечивающих значительное повышение точности и быстродействия электромеханических систем гироскопической стабилизации и наведения артиллерийского и зенитно-ракетного вооружения, разрабатываемых и производимых ОАО .... • «Ковровский электромеханический завод» и другими предприятиями -разработчиками подобных систем.
Достижение поставленной цели обеспечивается постановкой и решением в диссертационной работе следующих задач:
1. На основе систематического применения метода мажорирующих функций в построении беспосиковых адаптивных систем разработать структуры прямых и непрямых адаптивных систем с параметрической и сигнальной настройками, целесообразные для дальнейшего применения к задачам, решаемым в диссертации.
2. Построить математические модели многомассовых упругих механических объектов, удобных для применения к ним рассматриваемого адаптивного подхода, провести аналитическое исследование свойств их полной управляемости и наблюдаемости, учесть зазоры в упругих связях.
3. Построить на основе предложенных базовых структур, дополненных наблюдателями, общие прямые и непрямые адаптивные системы с сигнальной и параметрической настройкой и мажорирующими функциями для управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами с неопределенным описанием и неполными измерениями.
4. Разработать методики поблочного расчета построенных общих прямых и непрямых адаптивных систем с параметрической и сигнальной настройками, мажорирующими функциями, составным управлением и наблюдателями для многомассовых нелинейных упругих механических объектов с исполнительными электроприводами и подчиненным управлением.
5. Разработать семейство практически реализуемых прямых и непрямых адаптивных систем с сигнальной и параметрической настройками и мажорирующими функциями для управления конкретным классом двухмассовых нелинейных упругих электромеханических объектов с неопределенными параметрами и неполными измерениями.
6. Осуществить численные расчеты, исследование эффективности, отладку и микроконтроллерную реализацию семейства практических структур адаптивных систем управления двухмассовыми нелинейными упругими электромеханическими объектами с неопределенными параметрами и неполными измерениями.
Методы исследования: Основные теоретические и прикладные результаты работы получены: в рамках применения методов теории устойчивости и диссипативности систем , основанных на функциях Ляпунова; беспоисковых методов синтеза адаптивных систем управления линейными и нелинейными динамическими объектами, базирующихся на их точных и приближенных с мажорирующими функциями математических моделях; алгебраических методов теории; систем; методов аналитической механики, уравнений Лагранжа. и теории; малых колебаний упругих систем; численных методов интегрирования дифференциальных уравнений; компьютерных методов s исследования на базе стандартных программных продуктов; методов проектирования и экспериментального исследования, макетов и микроконтроллерных опытных образцов; в лабораторных и полигонных условиях.
Научные результаты, выносимые на защиту, их новизна. На защиту выносятся следующие результаты, вытекающие из поставленной цели: и решения сформулированных задач:
1. Базовые структуры упрощенных прямых и непрямых адаптивных систем с параметрической и сигнальной настройками и мажорирующими функциями (старших степеней), целесообразные для дальнейшего применения к задачам,, решаемым в диссертации.
2. Математические модели многомассовых упругих механических объектов, удобные для применения; к ним рассматриваемого адаптивного подхода, результаты аналитического исследования свойств их полной управляемости и наблюдаемости.
3. Прямые и непрямые адаптивные системы с сигнальной и параметрической настройкой, мажорирующими функциями и наблюдателями для управления многомассовыми нелинейными упругими механическими объектами с неопределенным описанием и неполными измерениями, построенные на основе предложенных базовых структур, дополненных наблюдателями
4. Методики поблочного расчета построенные прямых и непрямых адаптивных систем с параметрической и сигнальной настройками; мажорирующими функциями, составным управлением; и наблюдателями для многомассовых нелинейных упругих механических объектов с исполнительными электроприводами и подчиненным управлением.
5. Семейство практически реализуемых прямых и непрямых адаптивных систем с сигнальной и параметрической настройками- и мажорирующими функциями для , управления конкретным классом двухмассовых нелинейных упругих электромеханических объектов с неопределенными параметрами и неполными измерениями, которое составляют следующие структуры:
5.1. Адаптивная электромеханическая система с. сигнальной настройкой; мажорирующими функциями и наблюдателем (по измерению угловой скорости электропривода);
5:2. Адаптивная электромеханическая система с параметрической настройкой, мажорирующими функциями и наблюдателем (по измерению угловой скорости электропривода);
5.3. Адаптивная- электромеханическая система с сигнально настраиваемой! моделью, мажорирующими функциями и наблюдателем (по измерению угловой скорости электропровода);
5.4. Адаптивная электромеханическая система с сигнально настраиваемой моделью и мажорирующими функциями без наблюдателя;
5.5. Показано, что все четыре, перечисленные практически реализуемые адаптивные электромеханические системы могут быть легко трансформированы. в • соответствующие структуры адаптивных электромеханических систем для двухмассовых: нелинейных упругих объектов с бездатчиковыми электроприводами путем замены в них наблюдателей на новые, рассчитанные на измерение угловой скорости или углового положения объекта (наведения), что позволяет получить еще восемь структур практически реализуемых адаптивных электромеханических систем и говорить о разработке: семейства адаптивных систем.
6; Результаты численных, расчетов,, исследования: эффективности, отладки и микроконтроллерной реализации семейства; адаптивных систем управления классом, двухмассовых нелинейных упругих электромеханических. объектов с неопределенными параметрами и неполными измерениями;
Научная» новизна работы определяется тем, что в ней на основании систематического применения нового подхода к построению- беспоисковых адаптивных систем управления с мажорирующими функциями разработаны общие структуры прямых и непрямых адаптивных систем управления многомассовыми нелинейными упругими электромеханическими объектами с неопределенными параметрами и неполными измерениями; и общие методики их поблочного расчета, создающие научно-методическую основу теоретического построенияJ и практического освоения; нового поколения технически.реализуемых адаптивных электромеханических систем-управления промышленными и специальными; объектами с повышенными требованиями: к их быстродействию и точности, принципиально недостижимыми в рамках : широко распространенных типовых промышленных и специальных электромеханических систем с: подчиненным: упарвлением. Рассмотрены вопросы, конкретного приложения созданной в диссертации научно-методологической базы к: разработке, численному расчету и микроконтроллерной реализации нового семейства, адаптивных систем управления классом двухмассовых нелинейных упругих электромеханических объектов, типичных ДЛЯЇ прецизионных промышленных установок и технологий, а также наземной, морской и воздушной техники гражданского и. военного применения.
Степень обоснованности и достоверности; полученных научных результатов. Научные результаты диссертационной работы либо теоретически обоснованы в рамках метода функций Ляпунова %№ доказательством диссипативности в заданной области или в целом построенных адаптивных систем и показано, что применение мажорирующих функций позволяет расширить границы областей в которых сохраняется их работоспособность (диссйпативность: решений), либо указаны приемы агрегирования и декомпозиции адаптивных систем с составным управлением и наблюдателями, позволяющие обосновывать их работоспособность (диссйпативность в заданной области или в целом) с помощью применения; векторных функций Ляпунова.
Достоверность, результатов и выводов работы подтверждается корректным использованием указанных выше методов исследования, а также результатами экспериментального исследования? в процессе компьютерной отладки построенных в работе адаптивных систем управления двухмассовыми нелинейными упругими электромеханическими объектами, испытаний в лабораторных и промышленных условиях.
Значимость полученных результатов для теории и практики. Теоретическая; значимость работы определяется тем, что в ней разработаны и обоснованы теоретические положения и общие методики построения, новых прямых и непрямых адаптивных систем с сигнальной; и параметрической настройкой и мажорирующими функциями для целого общего класса многомассовых нелинейных упругих механических объектов с неопределенными параметрами и неполным измерением, что позволяет строить и рассчитывать многочисленные приложения к конкретным промышленным и специальным объектам с упругими свойствами сложной структуры (например, с двумя и более резонансными: частотами) в точности следуя методикам расчета,"проиллюстрированным в диссертационной работе на примерах разработки семейства адаптивных систем управления классом двухмассовых упругих электромеханических объектов.
Практическая полезность результатов работы состоит в том, что:
во-первых, созданы полезные в инженерном проектировании простые, лаконичные, прозрачные и легко поддающиеся компьютеризации методики - I расчета семейства реализуемых адаптивных систем управления электромеханическими объектами, требующие весьма ограниченного объема априорных сведений (паспортных данных исполнительных электроприводов, количества и приблизительного диапазона изменения учитываемых резонансных частот и массоинерционных параметров, расположения датчика);
• во-вторых, выполнены расчеты, лабораторная отладка на базе микроконтроллеров фирмы Infineon Technologies и прогонные испытания при комплексных экстремальных воздействиях образцов семейства адаптивных систем управления для класса двухмассовых упругих электромеханических объектов, полезных в качестве основы ОКР и внедрения в конкретные изделия, например, номенклатуры ОАО «»КЭМЗ» или ОАО «Завод имени Дегтярева».
Реализация результатов работы. Теоретические положения методики расчета и конкретные структуры семейства адаптивных систем для управления двухмассовыми упругими электромеханическими объектами использованы в НИР и НИОКР:
• Автоматизированный комплекс энергосберегающих многоагрегатных электромеханических стендов наземных испытаний (2002 г.) Шифр -ГНТД/САУ-57. Сроки - 03.12.2002 - 31.12.2002. Источник финансирования -федеральный бюджет и мерйя Санкт-Петербурга;
• Исследования по разработке архитектуры и алгоритмическо-программного обеспечения многофункциональной СБИС для бортовых систем управления движением» по договору № 115/01-ЭТ/6091/САУ-236 от 10 мая 2001 г. Источник финансирования - федеральная целевая программа РАСУ (федеральный фонд развития электронной техники). Сроки - 01.03.2002.— 31.12.2002;
• Разработка и исследование адаптивных систем автоматического управления нелинейными многостепенными упругими механическими объектами с неполными измерениями. Шифр - ГТАТ/САУ64. Источник финансирования - министерство науки и образования. Сроки - 01.01.2003 31.12.2004;
• Автоматизированный информационно-управляющий комплекс для энергосберегающих стендов наземных испытаний авиационных силовых агрегатов и трансмиссий. Шифр - АКТ/САУ-60. Источник финансирования министерство науки и образования. Сроки - 01.01.2003 - 31.12.2004;
• Автоматизированная мобильная установка оперативного контроля взлетно-посадочной полосы для прогнозирования безаварийной посадки в экстремальных погодных условиях. Шифр - АКТ-САУ-62. Источник финансирования министерство науки и образования. Сроки - 01.01.2003 -31.12.2004;
• Автоматизированная энергосберегающая мобильная установка оперативного контроля взлетно-посадочной полосы для прогнозирования безаварийной посадки в экстремальных погодных условиях. Шифр -ГНТД/САУ-66. Сроки - 17.06.2003 - 30.11.2003. Источник финансирования -федеральный бюджет и мерия Санкт-Петербурга;
Практическая полезность результатов работы подтверждена актами использования (внедрения) на предприятиях ОАО «Ковровский электромеханический завод», ОАО «Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики» (СКБ ПА), ОАО «Завод имени Дегтярева», ФГУП НИОКП «Планета» (Холдинговая компания «Ленинец»), Научно-производственная компания «Созвездие».
Апробация работы. Основные теоретические и прикладные результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на 12 международных и всероссийских научно-технических конференциях, в том числе на XII, XIV, XV и XVI междунар. научно-техн. конф. «Экстремальная робототехника» (2001, 2003, 2004 и 2005 годы г.Санкт-Петербург) и на Второй междунар. научно-техн. конф. «Автоматизация и информатизация в машиностроении» (2001 г., г. Тула), I и II всероссийских научно-техн. конф. «Управление и информационные технологии» (2003 год г.Санкт-Петербург и 2005 год г.Пятигорск), на Первой всероссийской научно-техн. конф. с межд. участием «Мехатроника, автоматизация и управление» (2004 год г. Владимир).
