Введение к работе
Актуальность диссертации
Теория автоматического регулирования одномерных объектов или процессов, т.е. систем с одним входом и одним выходом, достигла довольно высокой степени развития н располагает методами, позволяющими производить, достаточно эффективно расчет и проектирование таких систем.
Гораздо менее разработанной является теория регулирования
многомерных процессов, т.е. процессов со многими входами, когда необходимо отрабатывать векторные управляющие воздействия.
То же, но в еще большей степени, можно сказать о теории управления многомерными процессами, когда задача состоит не только в отработке, но и в выработке вектора оптимальных управляющих воздействий на основании заданной цели управления.
Еще менее разработанной является теория управления совокупностью многомерных процессов, подчиненных общей цели управления. В этом случае системы управления обычно представляют собой иерархические системы,
В теории управления к настоящему времени разработано множество методов синтеза систем автоматического управления. Среди них, наибольшее распространение получили: частотные и спектральные методы синтеза; методы передаточных функции; методы модального управления; методы на основе функции Ляпунова; методы оптимального управления; методы синтеза в условиях неопределенности (методы адаптивного, робастного, инвариантного управления); методы координированного управления на основе декомпозиции и агрегирования.
Для характеристики эффективности, точности, динамического качества системы управления в указанных выше методах используется целый ряд критериев и показателей качества. Такие как, частотные,
корневые, интеї раиьные и прямые (первичные, инженерные) показатели качества.
С инженерной точки зрения более естественным и целесообразным является оценка качества по прямым показателям, такими как, время регулирование, величина перерегулирования, статическая ошибка.
Широко распространенные частотные методы синтеза основанные на прямых показателях качества имеют область применения ограниченную линейными стационарными системами с одним входом. Более широкую ооласть применения имеют методы синтеза основанные на косиепных показателях качества. Анализ рассмотренных выше методов ешп еза показывает, что большинство современных методов (методы на основе функций Ляпунова; методы оптимального , модального, адат и иного, координированного управления) основываются па косвенных (интегральных, корневых) критериях качества. Применение косвенных критериев не всегда оказывается оправданным и пригодным для технических приложений. Это связано с тем обстоятельством, что до настоящего времени, в общем случае, не решена проблема выбора весовых коэффициентов (матриц) в интегральных критериях и желаемого расположения полюсов замкнутой системы управления в корневых методах гарантирующие заданные первичные показатели качества. Т.е. не всегда удается сформировать косвенный критерий, который адекватно отражал бы физическое содержание управляемого процесса.
Современный этап развития теории и техники управления характеризуется расширением и усложнением круга решаемых задач управления, постановкой повышенных требований к качеству системы управления, все это, в сочетании с ограниченными возможностями существующих методов синтеза и существования проблемы адекватною формирования критерия качества, требуют разработки новых методов синтеза на осч ;se прямого неформального задания требований к цели и
качеству функционирования системы управления. Применение концепции обратных задач динамики к управляемым системам позволяет, рассматривать проблему синтеза именно с ныше указанных позиций. К настоящему времени процедуры синтеза с позиций обратных задач динамики, разшпы еще недостаточно, особенно для многомерных систем. Поэтому, дальнейшая разработка конструктивных методов синтеза многомерных систем управления с позиции обратных задач динамики представляет собой актуальную и практически значимую проблему.
Цель и задачи исследовании
Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ и конструктивных процедур синтеза многомерных систем управления с позиций обратных задач динамики.
Для достижения поставленной целя были сформулированы и решены следующие задачи:
задача осуществления движения управляемой системы по предписанной программе;
задача осуществления движения управляемой системы по предписанной программе со свойствам» оптимальности;
задача осуществления движения управляемой системы по предписанной программе с адаптацией при параметрических и аддитивных внешних возмущениях.
Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в разработке теоретических основ и конструктивных процедур синтеза как линейных, так и нелинейных многомерных систем управления с позиций обратных задач динамики. Маучная новизна и основные научные результаты работы заключаются в следующем:
разработаны основы теории и копструктииние процедуры сшиеза законов управления движением многомерных систем по предписанным траекториям;
разработаны основы теории и конструктивные процедуры синтеза законов управления многомерными объектами на основе предписанных матемаиічєских моделей замкнутой системы;
разработана конструктивные процедуры синтеза оиишальних и адаптивных законов управления движением' многомерных обьектов по предписанным программам;
-- для задач осуществления предписанных программ движения обоснован и предложен принцип разделения управления на сумму двух составляющих частей - компенсирующую и управляющую.
Практическая ценность полученных результатов состоит:
в возможности прямого неформального задания требований к цели и качеству функционирования системы управления;
в относительной простоте и конструктивности процедур синтеза,
заключающееся в определении искомых законов управления ы конечной замкнутой форме -. в виде физически реализуемых алісбранческих и дифференциальных выражений;
ь возможности эффективною решения многочисленных нетрадиционных задач амомашческою управления в робототехнике, микроэлектронике,
- космическом приборостроении;
- в возможности решения вопроса об осуществимости поставленной задачи
управления.
Обоснованность научных положений и выводов диссеріанионной работы:
Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций подтверждается строгими математическими выкладками и доказагельствамн,
а также пуіем проведения моделирования на ЭВМ и натурных экспериментов.
Основные защищаемые положения.
-
Теория и процедуры синтеза законов управления движением многомерных систем управления по предписанным траекториям.
-
Теория п процедуры сишеза многомерных систем управления но предписанным математическим моделям замкнутой системы.
-
Теория и процедуры синтеза оптимальных и адаптивных законов управления движением многомерных систем управления по предписанным программам.
-
Принцип разделения управления на сумму двух составляющих частей -компенсирующую и управляющую.
Реализация результатов работы. Разрабокшная теория и процедуры синтеза систем управления внедрены:
-
В опытно-конструкторских разработках Бишкекского машиностроительного завода (г. Бишкек) по созданию систем управления приводными системами;
-
В разработках завода "Сетунь" (г. Бишкек) при создании машин и оборудования по выпуску сухого молока;
-
В дисциплины теория автоматического управления (ТАУ), оптимальные и адаптивные системы (ОАС) учебного процесса Кыргызского технического университета.
Публикации и личный цклад автора. Основное содержание диссертации опубликовано в научной монографии и более 30 печатных работах. Более 85% научных результатов. приведенных в монографии принадлежит диссертанту.
Апробация результатов. Основные результаты диссертационной работы были доложены: на второй Всесоюзной межвузовской научно-
технической конференции "Математическое, алгоритмическое и техническое
обеспечение ЛСУ ТП", г. Ташкент, 24-26 сентября 1980 г.;
на координационном совещании но проблемам адаптации и XI Всесоюзной
школе-семинаре по адаптивным системам, г. Фрунзе, 16-25 апреля 1982 г.;
на Vt Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические
режимы работы электрических машин и электроприводов", г. Бишкек, 2-5
октября 1991 г.;
на международной конференции "Проблемы механики н технологии", г.
Бишкек, 14-17 июня 1994 г.;
на научно-технических конференциях Кыргызского технического
университета, 1990-19^5 Гг.;
на IV научной конференции Кыргызско-Россинского Славянскою
университета, 1997г.
Структура и обы:А1 диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемых литературных источников (173 наименований) и приложений. Работа состоит из 226 машинописных страшні основного текста и 22 машинописных страниц приложения.