Введение к работе
Актуальность темы. Современный уровень развития тоники характеризуется неуклонным повышением разнообразности и сложности управляемых объектов в проектируемых системах управления. Типичным является случай, когда отсутствует точное математическое описание объекта или происходит изменение его параметров неизвестным образом в широких пределах. В подобных условиях большими возможностями обладает адаптивный подход к построению систем управления.
В современной теории управления особое место занимают гибридные адаптивные системы, чему способствует множество объективных факторов. С одной стороны, развитие современного производства и повышение его эффективности неизбежно ведет к интенсификации и автоматизации производства, связанными с усложнением объектов управления. Резко возрастает объем вычислительных работ, необходимый для определения управляющего воздействия, которое должно воспроизводиться системой управления; увеличивается время сбора, обработки и выдачи информации. С другой стороны, постоянно совершенствуются и удешевляются средства микроэлектроники и вычислительной техники, улучшаются качественные показатели цифровых вычислительных машин и устройств цифровой техники - такие как вес, габариты, надежность, мощность и т.п., что позволяет использовать эти средства в качестве встроенных элементов систем автоматического управления.
Кроме того, повышение требований к показателям качества функционирования систем управления приводит к тому, что многие практические задачи не могут быть решены средствами "непрерывной" автоматики.
В результате в настоящее время основным баювым элементом при построении адаптивных контуров в системах автоматического управления является ЭВМ. Наличие ЭВМ в основном контуре системы управления непрерывным
объектом приводит к тому, что измерение информа іида&адиНЮИіММЬІШ
ного функционирования, а также ее обработка и выдача происходят в дискретные моменты времени, т.е. система управления оказывается гибридной.
Отличительная особенность гибридных систем управления заключается в том, что объект управления в них функционирует во времени непрерывно, а измерение выходных координат и подача управляющих воздействий происходят в дискретные моменты. Присутствие в системе управления цифрового регулятора обусловливает использование цифроаналогового (ЦАП) и аналого-цифрового (АЦП) преобразователей. Структура типичной гибридной системы управления представлена на рис. 1.
fit)
Рис. 1
Разработаны различные методы и подходы к решению задач синтеза гибридных систем прямого адаптивного управления (ГСПАУ), однако проблема их построения остается по-прежнему весьма актуальной.
Таким образом, существует проблема, имеющая важное научное и прикладное значение, состоящая в развитии метода проектирования беспоисковых ГСПАУ; решение этой проблемы направлено на создание высокоэффективных систем автоматического управления динамическими объектами, функционирующих в условиях существенной априорной неопределенности.
Цель работы состоит в развитии метода проектирования высокоэффек-тивных~рибрндіімк-иетем прямого адаптивного управления на основе критерия і ьАлктгына* *
^«Мм»>. . і, І...ШЧ,.,.
гиперустойчивости и применения специального нелинейного преобразования координат при построении быстродействующих адаптивных контуров систем управления динамическими объектами.
Методы исследований. Основу меюдологии исследований составляют
теория гиперустойчивости и концепция положительности динамических сис
тем. При развитии метода синтеза беспоисковых ГСПАУ использовался под-
I ход, связанный с нелинейным степенным преобразованием координат и осно-
ванный на применении в теории управления алгебр Ли и групп Ли. В работе использованы общие методы теории управления, теории устойчивости, теории систем, теории адаптивных систем, а также теория дифференциально-разностных уравнений и теория матриц.
Научная новизна работы.
Предложен метод синтеза гибридных адаптивных систем управления непрерывными объектами в классе беспоисковых ГСПАУ с эталонной моделью (ЭМ) с использованием нелинейного преобразования координат.
Решены задачи синтеза беспоисковых ГСПАУ с явными и неявными эталонными моделями.
Обобщен метод синтеза алгоритмов беспоисковых ГСПАУ для объектов с запаздыванием по состоянию.
* 4. Предложена методика построения гибридных нелинейно преобразо-
ванных адаптивных систем управления неминимально-фазовыми объектами.
, Практическая ценность результатов работы. Основные результаты
диссертационной работы были получены автором при проведении исследований, выполнявшихся в 2000-2003 гг. в рамках НИР -хРазвитие нелинейных методов математического моделирования и эквивалентных преобразований в задачах устойчивости динамических систем и управления движением» (гос. per. №01.20.0012498).
Результаты, полученные в работе, являются теоретической и методической основой для проектирования и разработки гибридных систем управления
динамическими объектами в условиях априорной неопределенности, обладающих высокоэффактивными контурами параметрической самонастройки.
Практическая значимость полученных алгоритмов адаптации при по
строении гибридных систем управления заключается в их универсальности и
достаточно хорошей рабо госпособности в условиях априорной неопределенно
сти для объектов, функционирование которых подвержено действию внешних
возмущений. При этом предлагаемые алгоритмы адаптации обладают относи
тельной простотой и не требуют для реализации больших вычислительных ре
сурсов. >
Новизна и значимость технических решений подтверждаются патентами и публикациями в научных изданиях.
Отдельные результаты исследований используются в учебном процессе Амурского государственного университета, в дисциплине «Теоретические основы автоматизированного управления», в курсовом и дипломном проектировании по специальности 220200 - «Автоматизированные системы обработки информации и управления».
На защиту выносятся:
Методика исследования свойств гиперустойчивости систем управления, полученных в результате нелинейного преобразования фазовых координат ли-
нейных динамических объектов.
Развитие, обоснование и применение метода синтеза беспоисковых
ГСПАУ непрерывными объектами с использованием критерия гиперустойчи- *
вости и нелинейного преобразования фазовых координат.
Метод синтеза беспоисковых ГСПАУ для линейных динамических объектов с запаздыванием по состоянию.
Разработка метода синтеза беспоисковых ГСПАУ неминимально-фазовыми объектами.
Апробация результатов работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на VIII, IX, X, XI Всероссий-
ских семинарах "Нейроинформатика и ее приложения" (Красноярск, 2000, 2001, 2002, 2003), на XIV, XV, XVI международных научных конференциях "Математические методы в технике и технологиях" (Смоленск, 2001; Тамбов, 2002; Ангарск, 2003), на международной молодежной научно-технической конференции "Интеллектуальные системы управления и обработки информации" (Уфа, 2001), на III, IV Всероссийских научных Internet-конференциях "Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках" (Тамбов, 2001, 2002), на II. III международных научно-практических конференциях "Моделирование. Теория, методы и средства" (Новочеркасск, 2002, 2003), на I, III, IV региональных научно-практических конференциях "Молодежь XXI века: шаг в будущее" (Благовещенск, 2000, 2002, 2003), на III Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов" (Благовещенск, 2003). В целом работа обсуждалась на научных семинарах в ХГГУ, АмГУ.
На созданные в процессе диссертационного исследования программы имитационного моделирования гибридных систем управления получены свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2002610819; 2002611347; 2002611741; 2002611753; 2003610980.
Публикации и личный вклад автора. Основное содержание диссертацион-
' ной работы отражено в 24 публикациях, в том числе в 8 статьях и 3 патентах.
В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат следую-
г щие научные и практические результаты: в [1, 2, 12] - постановка задачи, метод
решения, доказательство утверждений; в [13 - 20, 22, 23] - постановка задачи, метод решения и алгоритмы адаптивных систем; в [3. 5, 8] - способ упрощения технической реализации адаптивных систем, синтез алгоритмов функционирования и разработка структурных схем; в [9, 10, 11] - синтез алгоритмов функционирования, разработка структурных схем.
Основные результаты работы получены автором самостоятельно и опубликованы без соавторства [4, 6, 7, 21,24].
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Работа изложена на 149 страницах, содержит 31 рисунок, 132 библиографических источника.
