Введение к работе
Актуальность и постановка проблемы. Непрерывно расширяющаяся сфера применения систем автоматического управления есть результат, отражающий достижения в области науки и бурного развития различных технических средств. Требования же к системам, качеству их функционирования, надежности, способности работать в условиях неполной априорной и текущей информации постоянно растут. Практика и появляющиеся возможности технической реализации непрерывно "генерируют" новые или/и модифицируют старые постановки задач анализа и синтеза систем управления.
Это в полной мере относится не только к объектам технологического характера, но и к таким сложнейшим объектам, которыми являются системы управления морскими судами.
Проектирование систем управлення, наделенных способностью функционировать в условиях неполной информации о параметрах объекта, его состоянии и взаимодействии со средой, возможно с привлечением адаптивных методов.
Систематическое развитие теоретических и теоретико-прикладных аспектов адаптниных систем с 60-х годов осуществляется усилиями многих российских и зарубежных ученых, чему посвящена обширная литература. Определяющими в развитии основ теории адаптивных систем явились труды Б.И Петрова, ЯЗ. Цьшкина, А.А. Красовского, В.Ю. Рутковского, ВВ. Солодовникопа. В.А. Якубовича, И.Б. Ядыкина, В.Н. Афанасьева, В.Р.Носова, П И. Чинаева. ВИ. Букова, А.В Тимофеева, АЛ. Фрадкова, В.Н. Фомина, P.M. Юсупова , A.M. Цыкунова, а также таких зарубежных ученых, как B.D. Anderson, K.J Astrom, R M. Dresler, P. Eykopff, R. Kelly, P.V. Kokotovic, J.D.
Landau, D. Luenberger, M.D. Mesarovic, K..S. Narendra, G.N. Saridis, KM Vucobratovic...
Все существующие к настоящему времени прямые (с эталонными моделями) і непрямые (идентификационные, или с настраиваемыми моделями адаптивные системы управления с параметрическими алгоритмами настроим нелинейных и, в общем случае, нестационарных объектов синтезированы і предположении, что неизвестны только параметры объектов, а их нелинейна) структура считается полностью известной и используется в построеши законов и алгоритмов адаптации (такой уровень априорной информации называют параметрическим). При этом наиболее полные результаты получень для систем с линейными объектами и интегральными алгоритмами настройки их параметров (Земляков С.Д., Рутковскнй В.Ю., Landau J.D. и др.).
Большинство результатов в адаптивном управлении нелинейными объектами с параметрической неопределенностью, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями при самых общих допущениях, получены с разнос время разными авторами и обобщены в рамках единообразной схемы скоростного градиента, развитой и всесторонне изученной в работах (Афанасьев В.Н., Фрадков А.Л., Фомин В.Н., Тимофеев А.В., Kelly R., Ortega R,Hflp.).
Одним из основных методов, используемых при синтезе адаптивных нестационарных систем* управления с последействием, является метол анализа устойчивости с применением функционалов Ляпунова - Красовского Модифицированные функционалы Ляпунова - Красовского позволили сформулировать новые критерии устойчивости и существенно уточнить область параметров, в которых система асимптотически устойчива.
Принципиальная особенность метода алгоритмического конструирования нестационарных систем, заключающаяся в назначении функционала качества, сужает класс задач построения динамических систем с неполной
информацией, так как значительное количество методов организации юполнительных цепей системы, на которые возлагаются задачи парирования іестацнонарности процессов, предложенных разработчиками и успешно функционирующих на практике, не связаны с функционалами качества работы :истемы. К таким методам можно отнести организацию амонастраивагощихся систем, работающих на границе устойчивости, іеспоисковьіх самонастраивающихся систем с контролем высокочастотной и іизкочастотной составляющих спектров движения координат системы, и 1Н0ГИХ других, построенных на основе анализа конкретных схем, выявления іа основе анализа закономерностей и использование этих закономерностей іля организации дополнительных цепей.
Іесмотря на то, что в настоящее время имеются как теоретические основы гонструнровання адаптивных систем, так я впечатляющие примеры юатичацин нестационарных систем управления, практика и появляющиеся іозможности реализации сложных алгоритме» требуют дальнейшего развития іроблематикн. Необыкновенно широкой областью приложения методов онструировання нестационарных систем является проектирование систем правления подвижными объектами, в частности, морскими судами.
Ісль работы. Настоящая диссертационная работа посвящена построению и юделнрованню адаптивных автопилотов морских судов. Целью щссертанионкоН работы является теоретическое обобщение применения іетолоп конструирования нссгациоиармых систем управления основанных на ісгю.тьзованпії ф>нкіінґі Ляпунова и решение научно-прикладной проблемы ишсза алгоритмов адаптации для задач управления морскими судами.
/1стоды исследования. При синтезе алгоритмов адаптации использовались ронстуры. основанные на применении функционалов Ляпунова. Этот аппарат озволил получим, алтритмы как для объектов с постоянными, но еизвестнымн парамерами, обьсктов с постоянно действующими на них
возмущениях. Доказательство теоремы о стремлении к нулю координатного и параметрического рассогласования между объектом и моделью проводится с использованием квадратической функции Ляпунова. Для исследования синтезированных алгоритмов адаптации использовалось моделирование на ЭВМ.
Научная новизна. Полученные в диссертации теоретические результаты являются расширением области применения методов синтеза алгоритмов адаптации для нестационарных динамических систем управления, в частности, для систем управления морскими суднами.
Практическая ценность. Полученные в работе теоретические результаты позволили разработать методику построения адаптивного автопилота поддержания заданного курса морского судна и поворота. Проведено моделирование системы управления морским судном с адаптивным автопилотом.
Разработанная методика синтеза алгоритмов адаптации для достаточно широкого класса технических объектов может быть применена в различных областях практики - экологии, 'здравоохранении, фармацевтической промышленности и др..
Внедрение. Разработанная методика проектирования нестационарных систем управления может применяться для решения ряда задач управления морскими судами различного класса. Ряд морских транспортных компаний Вьетнама в настоящее время рассматривают возможности использования этой методики, что подтверждено соответствующим» документами
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах Морского Университета г. Хо III и Мина (Вьетнам) и Института машиноведения им. А.А. Благонравопа Российской Академии Наук.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в брошюре "Проектирование адаптивных автопилотов для морских судов". М.: Изд. Имаш АН РФ, 1998, 48 стр. и отчете по научно-исследовательской работе "Конструирование адаптивных автопилотов" для Морского Научно -Технического Центра Вьетнама (Maritime Consulting & Scientific - Technical Center, Ho Chi Minh City - Viet Nam); "Design the Adaptive autopilot for ship": Transportation Magazine; november, 1998.
Структура и объем диссертации. Диссертация написана на английском языке и :остонт из пяти глав, включая Введение, трех глав, посвященных анализу математических моделей динамики морских судов, автопилотов и синтезу злгоритмов адаптации и пятой главы, представляющей результаты математического моделирования адаптивной системы управления курсом и товоротом морского судна. Приведен список реферируемой литературы. Эбъем работы составляет 102 страницы машинописного текста, 32 рисунка, 2 таблиц и 16 графиков. Библиография содержит 24 наименования, из них 15 на шглийском языке и 9 на русском.
