Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Хайруллин Ринат Маратович. Алгоритмы синтеза систем управления с подвижными многообразиями скольжения при неопределенных возмущениях : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01 / Хайруллин Ринат Маратович; [Место защиты: ГОУВПО "Казанский государственный технический университет"].- Казань, 2010.- 173 с.: ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ РАЗРЫВНОГО УПРАВЛЕНИЯ НА СКОЛЬЗЯЩИХ РЕЖИМАХ И ЕГО РАЗВИТИЕ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ 14

1.1. Введение 14

1.2. Краткое изложение применяемой и развиваемой для систем с линейными объектами теории и методов разрывного векторного управления 17

1.2.1. Метод решения задачи приведения системы с разрывным управлением в скользящий режим 17

1.2.2. Сопоставление методов управления линейными стационарными системами со скалярным управлением 20

1.3. Общий подход к построению управления при неопределенных ограниченных возмущениях 21

1.4. К доказательству условий приведения в скольжение для номинальных систем и с учетом неопределенных возмущений 23

1.5. Метод формирования управляющих воздействий с уменьшением значения интеграла от модуля управления в процессе приведения в скольжение и на скользящем режиме 25

1.6. Выводы 29

ГЛАВА 2 АЛГОРИТМ СИНТЕЗА ПОДВИЖНОЙ ГИПЕРПЛОСКОСТИ СКОЛЬЖЕНИЯ В РЕШЕНИИ ОСНОВНОЙ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ 30

2.1. Введение 30

2.2. Постановка задачи

2.3. Построение разрывного управления, приводящего систему в скользящий режим 32

2.4. Построение подвижной гиперплоскости скольжения по заданным показателям качества скользящего режима 42

2.5. Исследование процесса управления объектом до попадания на гиперплоскость скольжения 57

2.6. Стабилизация программного продольного движения летательного аппарата 62

2.7. Выводы 72

ГЛАВА 3 ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ В ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ МОДЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ НА ПОДВИЖНЫХ МНОГООБРАЗИЯХ СКОЛЬЖЕНИЯ ПРИ НЕОПРЕДЕЛЕННЫХ ВОЗМУЩЕНИЯХ 73

3.1. Введение 73

3.2. Постановка задачи 74

3.3. Вывод уравнений скользящего движения 75

3.4. Методы построения векторного разрывного управления 78

3.5. Алгоритмы построения многообразия скольжения 82

3.6. Выводы 89

ГЛАВА 4 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В СКОЛЬЗЯЩЕМ РЕЖИМЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ ДЕЙСТВИИ НЕОПРЕДЕЛЁННЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ 90

4.1. Введение 90

4.2. Моделирование процессов управления полетом возвращаемого 91

космического аппарата в условиях неопределенности 91

4.3. Применение результатов исследования в задаче оптимальной стабилизации бокового движения летательного аппарата при действии неопределенных возмущений 110

4.4. К построению энергосберегающих управлений на скользящих режимах при неопределенности 121

4.5. Вывод агрегированной системы производственных объектов в скользящем режиме на заданную мощность в условиях неопределенных возмущений 126

4.6. Выводы 135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 138

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 144

ПРИЛОЖЕНИЕ А 151

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 159

ПРИЛОЖЕНИЕ В 167

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 178

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 179

ПРИЛОЖЕНИЕ Д  

Введение к работе:

Актуальность темы. Среди различных методов, позволяющих эффективно управлять объектами при неопределенных возмущениях, важное место занимают разрывные управления на скользящих режимах. Возможности таких режимов наиболее полно были выявлены и использованы в работах по теории систем с переменной структурой (СПС). Применение СПС на скользящих режимах обусловлено их преимуществами в связи с уменьшением размерности системы и возможностью получения инвариантности к неопределенным возмущениям во многих случаях их практического применения. Исследования в данной области теории автоматического управления являются одними из наиболее перспективных и актуальных.

Теория СПС разрабатывается с середины прошлого века. Основные положения были разработаны СВ. Емельяновым, Е.А. Барбашиным, В.И. Уткиным, а также в работах и монографиях коллективов авторов. Дальнейшее развитие теория СПС, и в особенности, теория скользящих режимов, нашла в работах В.И. Уткина, Э.М. Джафарова, Б.Н. Петрова, СВ. Емельянова, СК. Коровина, А.И. Зотеева, Г.И. Лозгачева, СМ. Цонкова, Г.Л. Дегтярева, Т.К. Сиразетдинова, СН. Васильева, Д.Б. Изосимова, Л.Г. Ащепкова, А.Г. Лукьянова, А.С Мещанова и многих других авторов. В последние годы исследованиям СПС посвящено большое количество работ в России, в США, в Китае и в других странах. В то же время сравнительно малоисследованными остаются вопросы построения СПС на скользящих режимах с подвижными многообразиями пересечения гиперплоскостей скольжения, в частности, в управлении угловым движением авиационных и ракетно-космических летательных аппаратов и системами производственных объектов при неопределенности с малыми энергетическими затратами на управление. В первых трех главах диссертации данные задачи решаются на основе развития и разработки методов и алгоритмов синтеза управления и подвижных многообразий скольжения, которые в четвертой главе применяются для управления указанными техническими и производственными объектами.

Целью диссертационной работы является развитие и разработка эффективных (в смысле сравнительно простой реализации при достаточно высоких показателях качества переходных процессов и малых энергетических затратах), алгоритмов и методик построения разрывных управлений и их подвижных многообразий скольжения с учетом постоянного воздействия на системы управления ограниченных неопределенных внешних и параметрических возмущений.

Предметом и объектом исследования являются управляемые системы дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши с разрывным управлением с учетом неопределенных ограниченных параметрических и внешних возмущений.

Задачи исследования:

1. Разработка и развитие алгоритмов и методов:

1.1. приведения управляемых номинальных систем и систем при действии неопределенных возмущений в скользящий режим с уменьшением энергозатрат на управление в результате отключения управления на конечных интервалах времени по определенному условию без потерь в качестве управления;

  1. синтеза подвижных многообразий скольжения с обеспечением заданных прямых показателей качества переходных процессов управления и синтеза с воспроизведением в скольжении желаемых модельных движений в условиях постоянного воздействия на систему управления неопределенных ограниченных возмущений;

  2. синтеза разрывного управления с идентификацией неопределенных возмущений.

  1. Определение области начальных условий, при движении из которой изображающая точка системы без перерегулирований по отношению к начальным условиям попадает за малое время на многообразие скольжения при неопределенных возмущениях.

  2. Применение разработанных алгоритмов управлений при действии неопределенных возмущений для различных технических и производственных объектов.

  3. Моделирование систем управления угловым движением авиационно-космических летательных аппаратов, выводом систем производственных объектов на заданную мощность с разработкой программного обеспечения и выработкой практических рекомендаций по применению разработанных алгоритмов и методов на основе анализа результатов моделирования.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использованы методы системного анализа, современной теории автоматического управления, теории управления полетом авиационно-космических летательных аппаратов, математического моделирования, динамического моделирования систем производственных объектов. Расчеты выполнены на ПЭВМ с помощью специально разработанных программ на алгоритмическом языке Borland C++ и в системе автоматизации математических расчетов MatLab.

Научная новизна:

  1. Разработаны алгоритмы и методики приведения систем с векторным управлением в скользящие режимы на многообразиях пересечений (в общем случае подвижных гиперплоскостей скольжения) скольжения в системах с многомерными линейными объектами с учетом неопределенных возмущений.

  2. Разработаны алгоритмы и методы синтеза подвижных многообразий скольжения и разрывного управления с идентификацией неопределенных возмущений.

  3. Получена методика задания скоростей приведения в скользящий режим и определения области начальных условий, двигаясь из которой изображающая точка системы не приобретает перерегулирований по отношению к начальным условиям.

  4. Разработаны комплексы программ моделирования процессов управления, получаемых на основе применения разработанных алгоритмов и методов.

Достоверность результатов обеспечивается корректным использованием математического аппарата. Все выводы и алгоритмы получены на основе методов анализа и синтеза, со строгим доказательством выдвигаемых положений (лемм, предложений и теорем), с использованием допущений, общепринятых в теории управления и промоделированы на численных примерах систем управления. Ре-

з зультаты моделирования согласуются с данными методик и алгоритмов. Полученные алгоритмы и методики не противоречат результатам исследований других авторов и в частных случаях являются их новыми обоснованиями. Весь основной материал диссертации опубликован.

Практическая ценность полученных научных результатов заключается в том, что предложенные алгоритмы и методики позволяют синтезировать системы управления, обеспечивающие требуемое качество процессов управления при постоянном воздействии неопределенных возмущений. Проведение исследований было поддержано РФФИ (проекты №№ 03-01-00030, 03-01-96209, 06-01-00806), фондом НИОКР РТ (проект № 05-5.2-129) и АН РТ (государственный контракт 05-5/2-422(ПЛ)/2006 (Г)), а также Министерством образования и науки РФ в рамках аналитических ведомственных целевых программ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)», «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», и проектов № Т02-14.0-240 и № Т02-03. 2-29. Разработанные в диссертации методики и алгоритмы целесообразно использовать в системах управления космическими летательными аппаратами, легкими самолетами, а также другими системами и объектами, функционирующими при воздействии неопределенных возмущений.

Реализация результатов диссертационной работы подтверждена актами использования:

- в проектных разработках по созданию систем управления оптико-
электронными комплексами Федерального государственного унитарного пред
приятия «Научно-производственное объединение «Государственный институт
прикладной оптики»;

- в учебном процессе Казанского государственного технического универси
тета им А. Н.Туполева.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Метод формирования векторного разрывного управления, основанный на применении метода функций Ляпунова, обеспечивающий приведение системы, с учетом неопределенных возмущений в скользящий режим на подвижном многообразии.

  2. Алгоритм формирования разрывного управления и его модификаций, обеспечивающих уменьшение интеграла модуля от полного или стабилизирующего управления с сохранением качества переходных процессов.

  3. Метод построения разрывных управлений и подвижной гиперплоскости скольжения для стабилизации программных движений летательных аппаратов с целью упрощения решения основной задачи управления при неопределенности.

  4. Алгоритм синтеза подвижных многообразий скольжения для воспроизведения в системах с линейным нестационарным объектом желаемых модельных движений в условиях неопределенных возмущений (с построением разрывных управлений и выводом дифференциальных уравнений скользящего режима).

Апробация работы. Отдельные разделы диссертации были представлены: на 11 международных конференциях, в том числе на международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2004); на международной научно-практической конференции «Электронные сред-

ства и системы управления» (Томск, 2004); на XII, XIV, XV, XVI и XVII Международных молодежных научных конференциях «Туполевские чтения» (Казань, 2004, 2005, 2006, 2008, 2009); на VII Крымской Международной математической школе «Метод функций Ляпунова и его приложения» (Алушта, 2004); на 4-ой международной научно-практической конференции "Инфокоммуникационные технологии Республики Татарстан" (Казань, 2006);

на 10 всероссийских и межреспубликанских конференциях, в том числе на VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, 2004); на Всероссийской научно-практической конференции «Авиакосмические технологии и оборудование» (Казань, 2004);

на 5 республиканских научных конференциях, в том числе на II Республиканской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Автоматика и электронное приборостроение» (Казань, 2005).

Публикации. Основные результаты изложены в 38 печатных работах, - в том числе 4 статьи (1 в соавторстве), 8 научно-технических отчетов, 14 материалов и 12 тезисов докладов конференций и семинаров различного уровня.

Структура и объем работы. Диссертация с приложениями изложена на 192 страницах машинописного текста, в том числе основной текст на 138 страницах, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 80 наименований, и пяти приложений. В работе приведено 33 рисунка.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net