Введение к работе
Актуальность работы. В диссертационной работе на основе методов теории систем с глубокими обратными связями и разрывными управлениями на скользящих режимах разрабатываются декомпозиционные методы синтеза систем управления в задачах стабилизации, инвариантности к внешним возмущениям, автономного управления и наблюдения. Тот факт, что в системах с глубокими обратными связями и разрывными управлениями осуществляется декомпозиция общего движения по темпам позволяет охарактеризовать их как класс систем с разделяемыми движениями. Актуальность разработки декомпозиционных методов синтеза задач управления вызвана возрастающей сложностью моделей современных технологических объектов управления, связанная, с одной стороны, с высокой размерностью вектора состояний и сложностью описания часто нелинейного оператора объекта управления, а с другой - их функционированием в условиях параметрической неопределенности и при воздействии внешних неконтролируемых возмущений. Методы системы с разделяемыми движениями (помимо указанной выше декомпозиции) являются классическим способом подавления внешних и параметрических возмущений и линеаризации нелинейных систем с помощью обратной связи. Разделение общего движения систем управления по темпам позволяет разделить процесс вычислений на ЭВМ по различным временным циклам расчета, что расширяет возможности практической реализации алгоритмов управления в реальном времени в условиях ограниченности вычислительных ресурсов. В тоже время, грубость алгоритмов управления на основе систем с разделяемыми движениями к параметрігческим и внешним возмущениям также позволяет обойти вычислительные трудности за счет возможности приблизительных вычислений части модели объекта и простоты технической реализации алгоритмов.
Целью работы является разработка метода разделения движений в фундаментальных задачах теории управления - стабилизации с заданными темпами сходимости переходного процесса, инвариантности к неконтролируемым внешним возмущающим воздействиям, автономного управления и синтезу асимптотических наблюдателей состояний.
Методы исследования. Научные исследования работы обоснованы математически с использованием современной теории автоматического управления, методов разделения движений в классе систем с глубокими обратными связями и разрывными управлениями на основе скользящих режимов, теории асимптотических наблюдателей состояния, теории автономности, дискретных систем, линейной алгебры, дифференциального исчисления, теории инвариантности, теории устойчивости. Достоверность полученных теоретических результатов
подтверждена экспериментальными исследованиями на ПК, а также их практическим использованием в задачах управления топливоподачей в двигателях вігутреннего сгорания (ДВС) и асинхронным электроприводом.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.
Предложены декомпозиционные методы синтеза многомерных линейных и
нелинейных систем, функционирующих в условиях параметрической
неопределенности и при воздействии неконтролируемых внешних
возмущений, позволяющие разделить задачи высокой размерности на
независимо решаемые подзадачи меньшей размерности. Использование
методов систем с разделяемыми движениями позволило расширить класс
стабилизируемых, инвариантных, автономных и наблюдаемых систем:
в задаче стабилизации на основе блочной формы управляемости
разработан иерархический подход к выбору управляющих воздействий,
позволяющий обеспечить решение задачи стабилизации с заданными
темпами сходимости для линейных стационарных и нестационарных
систем при параметрической неопределенности модели объекта
управления;
в задаче обеспечения инвариантности к неконтролируемым возмущениям получены условия инвариантности с заданной точностью; в задаче автономного управления на основе метода расширения пространства состояний разработана процедура синтеза автономных систем, позволяющая с необходимостью и достаточностью определить класс автономных систем;
на основе метода динамической компенсации возмущений заданного класса предложены алгоритмы синтеза инвариантных систем для линейных и нелинейных систем управления, обеспечивающие грубость к параметрическим неопределенностям;
предложено каскадное решение задачи наблюдения для линейных и нелинейных систем в условиях параметрической неопределенности оператора объекта управления и при наличии внешних неконтролируемых возмущений, разработаны процедуры синтеза устройств наблюдения при релейных измерениях.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанный метод разделения движений в задачах синтеза систем управления может быть эффективно использованы для синтеза задач управления высокой размерности широким классом технических объектов, функционирующих в условиях неопределенности и при воздействии внешних неконтролируемых возмущений. Предложена микропроцессорная реализация алгоритмов управления асинхронным электроприводом и системой управления топливоподачей в ДВС.
Реализация результатов работы. Разработанные алгоритмы и методы построения каскадных систем управления использованы при
создании программного обеспечения контроллеров семейства "Январь на АО "АВТОВАЗ" (г. Тольятти).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 9-ом (Будапешт, 1984) и 14-ом (Пекин, 1999), Всемирных конгрессах IFAC, Международном симпозиуме по системам с переменной структурой и их приложениям, VSS'90 (Сараево, 1990), Всесоюзном совещании "Управление многосвязными системами" (Суздаль, 1990), Международном совещании по сингулярным возмущениям и решениям в системах управления (Переяславль - Залесскпй, 1993), симпозиум IFAC по синтезу нелинейных систем NOLCOS'95, (Лайк Тахо, США, 1995), II-IV Международных научно - практических конференциях "Проблемы развития автомобилестроения в России" (Тольятти, 1996-1998), Международном симпозиуме "Электронные системы управления впрыском топлива и зажиганием бензиновых двигателей"(Суздаль, 1997), Международном конгрессе "Нелинейный анализ и его приложения" (Москва 1998), IV Международной научно - технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП-98 (Новосибирск, 1998), VI и V Международных научно-технических конференциях по двигателям вігутреннего сгорания и моторным транспортным средствам MOTAUTO'98 (Витоша, Болгария 1998), MOTAUTO'99 (Пловдив, Болгария, 1999), Научно-технических семинарах по автоматическому управлению и регулированию теплоэнергетических установок (Москва, МГТУ, 1998, 1999), Международной конференции по проблемам управления (Москва, ИРУ РАН, 1999), Международной научно-практической конференции "Теория активных систем"(Москва, 1999), Международной конференции но мехатронике (Mechatronics, Швеция, 1998), IV Международной конференции по системам, автоматическому управлению и измерениям (SAUM, Югославия, 1998), International Conference on Machine Automation Mechatronics. Spell Profitability (Tampere, Finland, 1994), IFAC-Workshop "Motion Control" (Munich, 1995), Int. Conferences on "Modelling of Systems" MOSIS'95 (Ostrava, Czech Republic, 1995), MOSIS'96 (Krnow, Czech Republic, 1996), 2nd EPE Chapter Symposium on "Electric Drive Design and Applications" (Nancy, France, 1996), Int. Conference EDPE' 96 on "Electric Drives and Power Electronics"(High Tatras, Slovakia, 1996), The Third Russian-Korean International Symposium on Science and Technology (Russia, Novosibirsk, 1999). Результаты работы докладывались на семинарах Института проблем управления РАН (Москва, 1990 - 1999). Публикации. По результатам исследований опубликовано 32 печатных работы, список которых приведен в конце автореферата. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, одного приложения и списка литературы, включающего 130 наименований. Содержит 20^страниц.
