Введение к работе
Актуальность проблемі. Создание конкурентоспособных образцов аэрокосмической техники в современных условиях требует максимального сокращения сроков проектирования. .Эта цель может быть достигнута на основе эффективных систем автоматизированного проектирования.
Данная работа посвящена технической задаче проектирования цифровых систем стабилизации (ЦСС). Эта задача япляотол общей применительно к целому классу аэрокосмических объектов (самолеты, вертолеты, ракеты, космические аппараты) а также других движущихся объектов. В качестве конкретной технической задачи рассмотрена задача синтеза цифровой системы стабилизации вертикальной перегрузки противокорабельной ракеты.
Для ЦСС недостаточно развиты машинно - ориентированные методы проектирования. Традиционный подход, основанный на частотных характеристиках эффективен только для систем невысокого порядка со скалярным управлением, близких к непрерывным и мало пригоден для автоматизации проектирования. В методе аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР) особенно в его дискретном варианте недостаточно изучена проблема выбора весовых матриц на основе первичных инженерных критериев. В методе модального синтеза отсутствует регулярная процедура нахождения управления, в связи с чем результат не всегда будет гарантированным.
В соответствии с этим представляется актуальной разработка новых машинно - ориентированных методов синтеза ЦСС, в которых полностью или частично были бы преодолены перечисленные недостатки известных методов.
Цель работы. Одним из путей создания метода синтеза, свободного от перечисленных недостатков является объединение подходов АКОР и модального управления, когда весовые матрицы строятся так, что функционал достигает минимума при желаемом распределении полюсов замкнутой системы. При этом устраняется как неопределенность выбора весовых матриц, присущая АКОР, так и неоднозначность процедуры нахождения управления, присущая модальному синтезу.
С другой стороны машинно - ориентированный метод проектирования содержит в себе не только формализованную расчетную процедуру. Проектировщик должен предъявлять требования к проектируемой системе, а при неудовлетворительных показателях изменять эти требования. Причем эта неформальная процедура принятия решений должна осуществляться в терминах понятных инженеру - проектировщику.
Поэтому особую важность приобретает вопрос о рациональном со-
четании формальных, и неформальных процедур при проектировании ЦСС.
Проведенный в работе обзор показал, что перечисленным условиям отвечает подход, основанный на построении весовых матриц с использованием связи асимптотических собственных значений и векторов, которые получаются при стремлеіши весовой матрицы управления к нулевой. Асимптотические модальные соотношения позволяют установить предельные возможности системы в классе линейных управлений. Кроме того применение этого подхода позволяет рационально сочетать формальные и неформальные процедуры в процессе проектирования. Формальные процедуры сводятся к быстродействующим алгоритмам, позволяющим эффективно реализовать диалог, а неформальные сводятся к простым и понятным инженерным решениям.
В соответствии с изложенным целью работы является разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения цифровых систем стабилизации на основе асимптотических модальных соотношений.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы теории систем управления в пространстве состояний, теории матриц, включая теорию матричных уравнений, а также некоторые разделы теории оптимального управленния.
Научная новизна. В работе получены следующие новые научные результаты.
Предложен метод синтеза линейных дискретных систем на основе асимптотических модальных соотношений в непрерывной модели.
Разработаны методы и алгоритмы решения матричных алгебраических уравнений Лурье-Риккати и Ляпунова для дискретных систем.
Предложен метод синтеза линейных дискретных систем на основе асимптотических модальных соотношений в дискретной модели.
Разработаны алгоритмы, пакеты программ и инженерная методика синтеза цифровых систем стабилизации на основе асимптотических модальных соотношений, положенные в основу диалоговой системы проектирования ЦСС.
Па основе разработанного подхода к проектированию решена конкретная техническая задача синтеза цифровой системы стабилизации вертикальной перегрузки противокорабельной ракеты.
Практическая ценность работа. На основе алгоритмов, предложенных в работе, разработаны пакеты программ для ЕС ЭВМ и ПЭВМ, совместимых о IBM PC, предназначенные для использования в конкретной автоматизированной системе проектирования. Пакеты в точение ряда лет эксплуатировались заказчиком и показали свою высокую эффек-
тивность, как с точки зрения простоты эксплуатации, так и с точки зрения сокращения сроков проектирования, что подтверждено соответствующим актом о внедрении.
Апробация полученных результатов. Результати работы доклодша-~" лись на научном семинаре под руководством профессора Малышева В.В. в Московском авиационном институте в 1990, 91. 92 годах.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в двух статьях в журналах "Автоматика и телемеханика", "Изв. АН СССР Техническая кибернетика" и в четырех отчетах' о НИР.
Структура и объел работы. Основной текст диссертации состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 130 страниц машинописного текста, 13 рисунков и список литературы из 60 названий.