Адаптивное и робастное управление по выходу линейными неопределенными системами Холунин Сергей Анатольевич

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ. ОБЗОР МЕТОДОВ

1.1. Постановка задачи 9
1.2 Обзор существующих методов

1. Управление строго пассивными и строго минимально фазовыми объектами 12

2. Системы адаптивного управления с расширенной ошибкой 16

3. Алгоритм адаптации высокого порядка 19

4. Использование итеративных процедур синтеза 23

5. Метод шунтирования 24

2. СИНТЕЗ АЛГОРИТМА РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЛИНЕЙНЫМ
НЕОПРЕДЕЛЕННЫМ ОБЪЕКТОМ ПО ВЫХОДУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПРОЦЕДУРЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ

6. Модельные предпосылки 29

7. Постановка задачи 32

8. Синтез алгоритма адаптации 33

9. Результаты компьютерного моделирования 40

3. АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЛИНЕЙНЫМ НЕОПРЕДЕЛЕННЫМ
ОБЪЕКТОМ ПО ВЫХОДУ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОЦЕДУРЫ
ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ

10. Описание алгоритма последовательного компенсатора 47

11. Использование последовательного компенсатора в задаче слежения неопределенным линейным объектом в условиях возмущений

3.2.1. Постановка задачи 50

3.2.2.Синтез алгоритма стабилизации в случае

измеримости производных выходного сигнала 52

3. Синтез алгоритма робастного управления 53

4. Адаптивная настройка коэффициентов регулятора 60

5. Результаты компьютерного моделирования 61 3.3. Решение задачи слежения неопределенным линейным объектом с

нулевой ошибкой слежения при наличии внешнего возмущающего воздействия

1. Постановка задачи 64

2. Синтез алгоритма стабилизации в случае измеримости производных выходного сигнала 65

3. Синтез алгоритма управления для строго минимально-фазового объекта управления 66

4. Результаты компьютерного моделирования для строго минимально-фазового объекта управления 69

5. Синтез алгоритма стабилизации для минимально-фазового объекта управления 73

6. Результаты компьютерного моделирования для минимально-фазового объекта управления 80

4. РЕШЕНИЕ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

4.1. Управление летательным аппаратом по углу тангажа

4.1.1. Математическая модель продольного канала

летательного аппарата 86

4.1.2. Управление углом тангажа летательного аппарата 90

4.2. Управление системой впрыска инжекторного двигателя
внутреннего сгорания 98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 111

Введение к работе

Предметом исследований диссертационной работы является адаптивное и робастное управление линейной системой с неизвестными параметрами. В современной теории управления идеализация, основанная на предположении, что математическая модель объекта достаточно точно описывает его поведение и является заранее известной, практически уходит из рассмотрения. Имеющейся начальной (априорной) информации недостаточно для построения систем управления с оптимальными (или заданными) показателями качества. При решении практических проблем может оказаться, что ряд характеристик реального объекта могут быть заранее неизвестными или меняться в процессе его функционирования. В адаптивных системах управления недостаток априорной информации восполняется в процессе ее функционирования на основе текущих данных о поведении объекта. Эти данные обрабатываются в реальном масштабе времени и используются для повышения качества системы управления. Особый интерес получили задачи адаптивного управления с эталонной моделью линейным параметрически неопределенным объектом без измерения производных регулируемой переменной. Сегодня получено множество решений как в классе задач адаптивного, так и в классе задач робастного управления [ 1,2,14,21,40,42-45]. Эти методы служат для построения систем управления при значительной неопределенности параметров объекта управления и условий его функционирования (характеристик среды), имеющейся на стадии проектирования или до начала эксплуатации системы. Рассматриваются такие задачи управления, при которых динамические свойства объекта могут изменяться в широких пределах неизвестным заранее образом. Как правило, известные алгоритмы достаточно сложны в реализации [2,21,42-45] и, следовательно, не являются привлекательными для применения в силу сложности и громоздкости составляющих их регуляторов. Кроме этого, не все из существующих схем способны решить задачу синтеза закона управления для компенсации внешних возмущений, являющейся фундаментальной проблемой современной теории систем автоматического регулирования. В отличие от представленных методов адаптации, робастные подходы позволяют, как понизить размерность регуляторов, так и получить возможность строить инвариантные к влиянию помех системы управления. Однако проблемы связанные с нелинейностью и сложностью их построения все еще имеют место. Как правило, подходы к управлению при наличии возмущающего воздействия предполагают использование интегральных регуляторов, повышение у системы порядка астатизма или же встраивание известной модели возмущающего воздействия (комбинированные регуляторы). Однако, применение указанных подходов ограничивается классом измеряемых, ограниченных возмущений или же возмущений с известной моделью изменения параметров (класс априорно известных детерминированных возмущений). Таким образом, задача синтеза новых алгоритмов управления линейным неопределенным объектом является актуальной и представляет несомненный интерес, как с теоретической, так и с практической точек зрения.

Диссертационная работа организована следующим образом: В первой главе сформулированы постановка задачи и допущения на объект управления, командный сигнал (или эталонную модель) и модель возмущения. В этом же разделе приведен краткий обзор существующих методов адаптивного управления линейным неопределенным объектом по выходу и их сравнение.

Во второй главе рассматривается задача управления с эталонной моделью линейным объектом. Для решения поставленной задачи проводится процедура предварительной параметризации. Представлены схемы вспомогательных фильтров, использующихся для получения требуемых параметризаций объекта. При этом предполагается, что числитель передаточной функции объекта управления является гурвицевым, знаменатель может быть не устойчивым, а параметры, как числителя, так и знаменателя заданы не точно или не определены. Синтезируется регулятор, не предусматривающий измерения производных выходной переменной. За счет определенного изменения параметров регулятора, в системе можно достичь решения задачи слежения за эталонным сигналом с заданной точностью.

В третьей главе рассматривается метод последовательного компенсатора в задаче адаптивного управления линейным неопределенным объектом по выходу. В данном разделе показывается возможность отойти от необходимой процедуры предварительной параметризации. Сама по себе параметризация увеличивает динамический порядок системы и уменьшает ее быстродействие. Поэтому возможность отказаться от нее значительно упрощает как процедуру синтеза регулятора, так и его структуру вообще. В первой части главы описана суть метода последовательного компенсатора. Во второй части предложено использование данного алгоритма в задаче слежения неопределенным линейным объектом в условиях возмущений. Предполагая возмущение ограниченным и неизвестным, синтезируется регулятор для слежения за эталонным сигналом с заданной точностью. Так же в этом разделе рассматривается правила выбора и настройки параметров регулятора. В третьей части предлагается развитие метода последовательного компенсатора. Рассматривается регулятор выходной переменной линейного объекта с полной компенсацией внешнего детерминированного возмущения. Используется операторный метод синтеза, обеспечивающий нулевую ошибку слежения.

В 4 главе исследуется возможность применения рассмотренного в главе 3 подхода в задаче управления углом тангажа летательного аппарата и системой впрыска для инжекторных двигателей внутреннего сгорания. В силу того, что наше исследование имеет более теоретический характер нежели практический, рассмотрена упрощенная модель летательного аппарата и инжекторного двигателя внутреннего сгорания без учета влияния возмущающего воздействия. В разделе описывается математическая модель изолированного продольного движения летательного аппарата без крена. Летательный аппарат имеет постоянные, априорно-неопределенные параметры, значения которых лежат в заданной ограниченной области. Новизна научных решений:

Предложенные в диссертации подходы позволяют синтезировать алгоритмы адаптивного управления по выходу линейной системой с неизвестными параметрами как при условии внешнего возмущения так и при его отсутствии. Полученные алгоритмы превосходят известные аналоги, по таким параметрам как размерность и простота реализации синтезируемых регуляторов, использование априорной информации о возмущении и объекте управления [2,14,21,42-45]. Кроме этого показана возможность компенсирования возмущающего воздействия с заданной точностью, либо с нулевой ошибкой, в зависимости от поставленной задачи. Практическая значимость:

В качестве примеров в диссертации обсуждается конкретное применение полученных алгоритмов для задачи слежения реальными объектами. Рассматривается управление углом тангажа летательного аппарата и поддержания заданного стехиометрического соотношения для инжекторных двигателей внутреннего сгорания. Апробация работы: доклад на XXXI научной и учебно-методической конференции СПбГУИТМО, 6-8 февраля 2002 года (Бобцов А.А., Холунин С.А. Развитие методов робастного управления в задачах адаптации). доклад 9-ой Балтийской олимпиаде по автоматическому управлению ВОАС7002, 26-28 мая 2002 года (Bobtsov А.А., Holunin S.A. Robust control in the task of adaptation). доклад на XXXII научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО, посвященной 300-летию Санкт-Петербурга, 6-8 февраля

2003 года (Бобцов А.А., Холунин С.А. Простейший робастный регулятор в задаче слежения за эталонным сигналом без измерения производных выхода объекта управления). доклад на ХХХШ научной и учебно-методической конференции СПбГУ ИТМО, 3-6 февраля 2004 года (Бобцов А.А., Холунин С.А. Использование последовательного компенсатора в задаче слежения неопределенным линейным объектом в условиях возмущений).

Публикации работы:

По материалам диссертации опубликовано 5 работ ([7-9,36,37]). Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 52 наименования. Основная часть работы изложена на 103 страницах машинописного текста.

Похожие диссертации на Адаптивное и робастное управление по выходу линейными неопределенными системами

Адаптивное и робастное управление нелинейными системами по выходуНиколаев Николай Анатольевич

Синтез локально-оптимальных систем управления выходом для дискретных стохастических объектов с неполной информациейСмагин Сергей Валерьевич

Стабилизация неминимально фазовых аффинных систем методом виртуальных выходовТкачев, Сергей Борисович

Синтез стабилизирующего управления стохастическими системами с обратной связью по выходу на основе параметризацииЖилина, Татьяна Евгеньевна

Исследование соответствий вход-выход и вход-состояние систем, охватывающих реологические модели Кравченко Александр Анатольевич

Робастная стабилизация линейных дискретных систем со статической обратной связью по выходуРябов Антон Владимирович

Система поддержки принятия решений диспетчера по выходу из нештатных ситуаций на магистральном газопроводеКокорин, Антон Вячеславович

Информационно-поисковая система с ранжированием на основе нейронных сетей с бинарной функцией выходаЗанин Дмитрий Евгеньевич

Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]Склярова Татьяна Петровна

Супервизорное управление системами контроля климата в зданияхТюков, Антон Павлович