Рассматривается отличный от классических решений подход к задаче терминальной стабилизации динамических систем. Решена задача терминального управления линейными динамическими объектами, в том числе с учетом внешних возмущений, со строгими ограничениями на вид траекторий выходного сигнала, начиная с нулевого момента времени. Решение последовательно изложено в порядке усложнения описания объекта управления от скалярного невозмущенного случая до общего случая линейной системы произвольного порядка с неизвестными внешними ограниченными возмущениями. Вид ограничений может быть обусловлен как техническими требованиями к поведению объекта управления, так и эмпирически, согласно предпочтительным требованиям к характеру переходных процессов. В данной работе показано, что при синтезе регулятора можно установить вид ограничений на выходной сигнал таким образом, чтобы выполнялось условие терминальной стабилизации выходного сигнала при ограниченном сигнале управления. Состояние объекта предполагается известным, начальные условия известны либо принадлежат известному ограниченному множеству, условия управляемости и наблюдаемости выполнены. Результат основан на идее использования такого функционального преобразования для описания выходного сигнала, которое позволяет перейти от постановки задачи с жестко заданными границами выходного сигнала к задаче обеспечения устойчивости по новой переменной без ограничений по выходу. Доказано, что такое преобразование существует, и что обратное преобразование обеспечивает выполнение исходной задачи при ограниченном сигнале управления. Полученный метод управления сравнивается с двумя известными результатами с помощью компьютерного моделирования. Показано, что качество управления соизмеримо с рассмотренными аналогами по уровню сигнала управления, но при этом обладает вариативностью в выборе траекторий замкнутой системы, что значительно расширяет область применения предложенного метода терминального управления на практике.

Обсуждается решение задачи разработки системы регулирования давления пара в общей паровой магистрали ТЭЦ с автоматическим подбором параметров регулятора с использованием генетического алгоритма.

Описан один из возможных вариантов регулирования производительности котла, заключающийся в обеспечении взаимосвязанной работы пяти ключевых элементов: главного регулятора — системы управления верхнего уровня; регулятора тепловой нагрузки, регуляторов загрузки мельниц, регуляторов первичного воздуха и аэросмеси — подчиненных контуров управления. Главный регулятор функционирует в условиях существенной неопределенности и оказывает влияние на работоспособность всего технологического комплекса по выработке тепла и электроэнергии.

Математическая модель рассматриваемого в работе технического объекта управления получена методом пассивного эксперимента на основании обработки годового объема данных по работе котла БКЗ(Е)-420-140 Благовещенской ТЭЦ. Исследования показали, что объект управления может быть представлен в виде динамической системы с постоянным запаздыванием, изменяющимися (переключающимися) параметрами и структурой в различных режимах функционирования, с относительной степенью передаточной функции, большей или равной единице. Для работы с данным многорежимным объектом разработана система управления, содержащая два эквивалентных фильтр-корректора — задающий и выходной; неявную эталонную модель; синтезированный (на этапе структурного синтеза) на основе критерия гиперустойчивости В. М. Попова комбинированный (адаптивно-робастный) алгоритм управления.

На заключительном этапе исследования — имитационном моделировании — проведено сравнение работы двух алгоритмов управления — разработанного адаптивно-робастного и классического пропорционально-интегрального. Для обеспечения качественной работы была выполнена процедура автоматического поиска параметров для регуляторов обеих систем управления на основе генетического алгоритма (параметрический синтез) и оценка качества их работы с помощью интегральной квадратичной ошибки.

Полученные в статье результаты могут быть использованы для обеспечения эффективной работы крупных теплоэнергетических систем, тепловых, электрических и атомных станций.

В первой части статьи авторами предложен комплексный метод для решения задачи синтеза комбинированных позиционно-силовых систем управления (СУ) электроприводами (ЭП) многозвенных подводных манипуляторов (МПМ), устанавливаемых на автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА), работающие в режиме посадки на грунт или на объекты работ с последующей жесткой фиксацией этих АНПА с помощью специальных устройств. Для реализации этого метода, во-первых, был выполнен синтез самонастраивающихся корректирующих устройств (СКУ), позволяющих обеспечить стабилизацию переменных динамических параметров ЭП на базе коллекторных двигателей постоянного тока на заданном номинальном уровне, во-вторых, осуществлен синтез наблюдателей с переменной структурой, позволяющих при создании следящих СУ МПМ использовать только датчики положения выходных валов их ЭП, и, в-третьих, выполнен синтез позиционно-силовых регуляторов, которые за счет минимизации выбранного квадратичного критерия качества позволили обеспечивать точную отработку заданных перемещений выходных валов ЭП с поддержанием на них требуемых моментов.

Во второй части статьи приводится описание работы позиционно-силовой СУ всеми ЭП МПМ, обеспечивающей возможность создания требуемых силовых воздействий его рабочего инструмента на поверхности объектов работ в процессе движения по сложным пространственным траекториям в подводной среде. Созданная СУ обеспечивает успешное выполнение силовых операций даже при наличии непрерывно меняющихся и заранее неизвестных параметров взаимодействий звеньев МПМ с вязкой средой, с учетом скорости течения жидкости, вязких трений и присоединенных к звеньям МПМ массы и моментов инерции жидкости.

Работоспособность и эффективность синтезируемых позиционно-силовых СУ была подтверждена результатами компьютерного моделирования. Анализ этих систем и результатов моделирования позволил определить условия, при которых необходимо точно учитывать различные особенности воздействия вязкой среды на звенья МПМ при выполнении сложных технологических операций.

Рассматривается задача прогноза возможных столкновений при движении двух аппаратов параллельными курсами и в условиях действия различного рода возмущений. Реализацию алгоритма прогноза критического события (КС) столкновения предполагается выполнять в реальном времени на базе бортовых вычислителей и сенсоров. Показано, что для линейных моделей с гауссовыми возмущениями такие алгоритмы могут быть построены на основе принципа больших уклонений и использования квазипотенциала КС Вентцеля—Фрейдлина вместе с прообразом квазипотенциала в виде кривой ÷-профиля КС, ведущей из аттрактора в КС. Эта процедура в статье демонстрируется на примере задачи мониторинга относительного движения двух автономных подводных аппаратов. С расширением сфер применения автономных подвижных объектов, таких как беспилотные летательные аппараты, надводные и подводные безэкипажные суда, растет потребность в моделях, не охватываемых традиционными системами с гауссовыми возмущениями. В данной работе сделана попытка использовать в качестве модели возмущений скачкообразные случайные процессы типа Пуассона и процессов рождения и гибели. В задачах анализа больших уклонений такие модели рассматривались А. Шварцем и А. Вайсом (А. Shwartz, А. Weiss). В работе этот подход используется для решения задачи прогноза на основе ÷-профиля КС или его аналога. Речь идет именно об аналоге, поскольку аттрактора в данном случае нет. Показано на примере той же задачи для двух аппаратов, но без гауссовых возмущений, что кривая, соединяющая состояние равновесия и КС, вполне отвечает роли ÷-профиля КС в алгоритме прогноза, хотя состояние равновесия в этом случае и не является устойчивым. Теперь можно ставить задачу прогноза больших уклонений на основе квазипотенциала КС и его прообраза для линейной системы с гауссовыми и пуассоновскими возмущениями вместе, но это предмет следующих исследований.

Рассмотрено кватернионное решение задачи оптимального управления разворотом космического аппарата (КА) как твердого тела из произвольного начального в назначенное угловое положение, которое учитывает нагружение конструкции. Решаемая задача отличается использованием нового критерия оптимальности. Оптимизация процесса управления основана на комбинированном функционале качества, который объединяет в заданной пропорции сумму времени, затраченного на разворот, и интеграл квадратичной формы угловой скорости за время разворота. В принятом функционале подынтегральное выражение отражает уровень динамических нагрузок на конструкцию КА. Предложенный способ управления вращением КА улучшает условия разворота с точки зрения минимально возможного нагружения конструкции КА. Аналитическое решение поставленной задачи получено на основе принципа максимума с использованием кватернионных моделей управляемого движения твердого тела. В явном виде раскрыты свойства оптимального вращения КА, определена структура оптимального управления. Показано, что во время маневра переориентации уровень нагружения конструкции КА не превышает заранее установленной величины, определяемой коэффициентами минимизируемого функционала; при этом время разворота минимально (насколько это возможно при заданном уровне динамических нагрузок). Для построения оптимальной программы управления записаны формализованные уравнения и расчетные формулы. Приведены аналитические уравнения и соотношения для нахождения оптимального управления. Даны ключевые соотношения, определяющие оптимальные значения параметров алгоритма управления поворотом КА. Описана реализация программного разворота. В случае осесимметричного нагружения КА получено решение задачи переориентации в замкнутой форме. Представлены численный пример и результаты математического моделирования, подтверждающие практическую реализуемость разработанного метода управления переориентацией КА. Актуальность изучаемой задачи оптимального управления КА вызвана тем, что максимально допустимое нагружение корпуса КА и других элементов его конструкции нередко становится существенным ограничением для движения около центра масс (особенно для научных КА и малых КА, чувствительных к динамическим нагрузкам).

Рассматривается задача разработки системы управления для группы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) мультироторного типа, совместно выполняющих транспортировку полезной нагрузки. Актуальность рассматриваемой задачи обусловлена ростом интереса к применению кооперативных беспилотных систем в логистике, промышленной автоматизации и спасательных операциях. Особенность рассматриваемой конфигурации заключается в том, что груз закреплен на жесткой раме, а каждый БПЛА соединен с ней посредством сферического шарнира, что создает систему с механическими связями. Такая конфигурация представляет интерес с точки зрения изучения сложных динамических систем с механическими связями и разработки эффективных методов группового управления. Для анализа и проектирования предложена математическая модель, описывающая динамику движения как отдельных аппаратов, так и всей связанной системы в целом, включая взаимодействие между летательными аппаратами и грузом.

На основе полученной математической модели разработан алгоритм управления, обеспечивающий устойчивое согласованное движение группы БПЛА вдоль заданных траекторий при сохранении требуемой ориентации груза. В работе показано, что предложенный алгоритм позволяет стабилизировать систему БПЛА при наличии внешних возмущений и движении вдоль сложных траекторий полета и демонстрируют возможность масштабирования на системы с большим числом аппаратов и различной конфигурацией нагрузки.

Результаты компьютерного моделирования подтверждают эффективность разработанной системы управления. Полученные выводы могут быть использованы при проектировании реальных прототипов систем совместной транспортировки, а также способствуют развитию методов группового управления БПЛА. Представленные результаты имеют практическую значимость для задач логистики, доставки грузов в труднодоступные районы и кооперативного применения БПЛА в различных сферах. Представленные подходы могут послужить основой для дальнейших исследований в области кооперативного управления беспилотными системами.