novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.25.447-457novtexmech-1612Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGСтруктурно-параметрический синтез гибридной периодической системы комбинированного управления многорежимным объектом в условиях неопределенностиStructural and Parametric Synthesis of a Hybrid Repetitive Control System for Uncertain Multi-Mode PlantЕреминЕ. Л.EreminE. L.

Д-р техн. наук, проф.

г. Благовещенск

Blagoveshchensk, 675016, Amur Region

СмирноваС. А.SmirnovaS. A.

Аспирант, инженер

г. Благовещенск

Graduate Student, Engineer

Blagoveshchensk, 675016, Amur Region

sofya-books-1999@mail.ruШеленокЕ. А.ShelenokE. A.

Д-р техн. наук, доц.

г. Хабаровск

Khabarovsk, 680035, Khabarovsk Region

cidshell@mail.ruАмурский государственный университетРоссияAmur State UniversityRussian FederationТихоокеанский государственный университетРоссияPacifi c National UniversityRussian Federation202405092024259447457Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20242024Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1612

Рассмотрена задача построения гибридной периодической системы адаптивно-робастного управления для одного класса многосвязных объектов, функционирующих в условиях структурной и параметрической неопределенности при постоянном действии внешних возмущений и переключений.

Выполнена процедура структурного и параметрического синтеза системы управления. На этапе структурного синтеза, во-первых, на основе критерия гиперустойчивости разработан непрерывный децентрализованный комбинированный регулятор. Во-вторых, с использованием метода непрерывных моделей построена непрерывно-дискретная система управления. Основной особенностью этапа синтеза структуры контура управления является обеспечение справедливости интегрального неравенства В. М. Попова за счет определения специальных оценок, гарантирующих положительную определенность нелинейной нестационарной части исследуемой системы. На этапе параметрического синтеза системы в среде инженерных и технических расчетов MATLAB Simulink выполнено оптимизационное моделирование синтезированной непрерывной и построенной гибридной периодических систем управления с использованием одного из методов функциональной оптимизации — генетического алгоритма. Формирование функционала для оценки качества работы предложенной системы проведено с использованием критерия обобщенной работы систем автоматического управления. На этапе имитационного моделирования первоначально осуществлен поиск параметров регулятора непрерывной периодической системы, при которых обеспечивается минимальное значение заданного функционала. Затем при заданном шаге дискретизации элементов контура управления проведена оптимизация гибридной периодической системы в целях улучшения качества ее работы. Результаты имитационного моделирования, с одной стороны, подтверждают выполнение поставленных целей функционирования непрерывной и гибридной систем управления. С другой стороны, вычислительные эксперименты свидетельствуют о достаточно высокой эффективности применения генетических алгоритмов для повышения качества работы систем управления, синтезированных с использованием критерия гиперусточивости.

Полученные в статье результаты могут быть использованы при разработке гиперустойчивых непрерывных и дискретно-непрерывных неаффинных систем управления одноканальными и многосвязными динамическими объектами, математические модели которых могут содержать различные типы запаздываний.

Article deals with the problem of constructing a hybrid adaptive-robust repetitive control system for one class of a MIMO plants which operating with structural and parametric uncertainty and constant action of an external disturbances. A procedure for structural and parametric synthesis of a control system is proposed. At the structural synthesis stage with the help of hyperstability criterion the authors are developing a decentralized combined controller. After that using the method of continuous models the authors are built a continuous-discrete control system. The main feature of a control loop structure synthesis stage is to ensure the validity of V. M. Popov’s integral inequality. For this purpose, the authors determining the special estimates that guarantee positivity for nonlinear non-stationary part of the system under consideration. At the system’s parametric synthesis stage the authors are use the environment of engineering and technical calculations "Matlab — Simulink" to perform optimization modeling of the continuous and hybrid repetitive control systems. This action is carried out using one of the functional optimization methods — a genetic algorithm. Authors use the criterion of generalized operation for automatic control systems to form the functionality for assessing the quality of the proposed system. At the simulation stage initially for continuous repetitive system it was searched its controller parameters which ensure the minimum value of the specified functional. Then, with a given discretization step of the control loop elements, the hybrid periodic system was optimized in order to improve the quality of its operation.

многорежимный объект управленияструктурно-параметрическая неопределенностьгибридная децентрализованная периодическая система управлениякритерий гиперустойчивостиметод непрерывных моделейгенетический алгоритмmulti-mode control plantstructural and parametric uncertaintyhybrid decentralized repetitive control systemhyperstability criterioncontinuous models methodgenetic optimization algorithmИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00246, https://rscf.ru/project/23-29-00246/.This research was funded by RSF, No 23-29-00246, https://rscf.ru/project/23-29-00246/.ReferencesWang Y., Han Y., Tang Z., Liu W., Wang P. Reciprocal of Exponential Varying-Parameter RNN Solving Repetitive Tracking Control Problems with Tolerance of Random Initial Error Compounded with Noise Perturbation // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2023.Wang Y., Han Y., Tang Z., Liu W., Wang P. Reciprocal of Exponential Varying-Parameter RNN Solving Repetitive Tracking Control Problems with Tolerance of Random Initial Error Compounded with Noise Perturbation, IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2023.Qian K., Li Z., Zhang Z., Li G., Xie S. Q. Data-Driven Adaptive Iterative Learning Control of a Compliant Rehabilitation Robot for Repetitive Ankle Training // IEEE Robotics and Automation Letters. 2023. Vol. 8, N. 2. P. 656—663.Qian K., Li Z., Zhang Z., Li G., Xie S. Q. Data-Driven Adaptive Iterative Learning Control of a Compliant Rehabilitation Robot for Repetitive Ankle Training, IEEE Robotics and Automation Letters, 2023, vol. 8, no. 2, pp. 656—663.Saltık M. B., Jayawardhana B., Cherukuri A. Iterative Learning and Model Predictive Control for Repetitive Nonlinear Systems via Koopman Operator Approximation // 2022 IEEE 61st Conference on Decision and Control (CDC). 2022. P. 3059—3065.Saltık M. B., Jayawardhana B., Cherukuri A. Iterative Learning and Model Predictive Control for Repetitive Nonlinear Systems via Koopman Operator Approximation, 2022 IEEE 61st Conference on Decision and Control (CDC), 2022, pp. 3059—3065.Toujeni N., Chaouki M., Gasmi M. Repetitive Control based on Integral Sliding Mode Control of Matched Uncertain Systems // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2020. Vol. 9, N. 12. P. 446—455.Toujeni N., Chaouki M., Gasmi M. Repetitive Control based on Integral Sliding Mode Control of Matched Uncertain Systems, International Journal of Advanced Computer Science and Applications, 2020, vol. 9, no. 12, pp. 446—455.Ma G., Liu X., Pagilla P. R., Ge S. S. Asynchronous repetitive control of switched systems via periodic event-based dynamic output feedback // IMA Journal of Mathematical Control and Information. 2020. Vol. 37, Iss. 2. P. 644—673.Ma G., Liu X., Pagilla P. R., Ge S. S. Asynchronous repetitive control of switched systems via periodic event-based dynamic output feedback, IMA Journal of Mathematical Control and Information, 2020, vol. 37, iss. 2, pp. 644—673.Zhang Z., Serrani A. Adaptive Robust Output Regulation of Uncertain Linear Periodic Systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 2009. Vol. 54, N. 2. P. 266—278.Zhang Z., Serrani A. Adaptive Robust Output Regulation of Uncertain Linear Periodic Systems, IEEE Transactions on Automatic Control, 2009, vol. 54, no. 2, pp. 266—278.Шеленок Е. А. Периодические системы нелинейного управления в условиях неопределенности: дис. ... д-ра техн. наук. Хабаровск, ТОГУ, 2022.Shelenok E. A. Nonlinear Repetitive Control Systems Under Uncertainty: dissertation... Dr. tech. sciences, Khabarovsk, PNU, 2022 (in Russian).Еремин Е. Л., Шеленок Е. А. Синтез системы периодического комбинированного управления одним классом неаффинных объектов с запаздыванием в условиях неопределенности // Информатика и системы управления. 2023. Т. 75, № 1. C. 103—117.Eremin E. L., Shelenok E. A. Synthesis of the combined repetitive control system for one class of undefined non-affine plants with delay under uncertainty conditions, Information Science and Control Systems, 2023, vol. 75, no. 1, pp. 103—117 (in Russian).Цыкунов А. М. Робастное управление линейными объектами с переключениями // Проблемы управления. 2017. № 4. С. 2—7.Tsykunov A. M. Robust control of linear objects with switching, Control Sciences, 2017, no. 4, pp. 2—7 (in Russian).Цыкунов А. М. Децентрализованное робастное управление многосвязными структурно неопределенными объектами // Автоматика и телемеханика. 2010. № 12. С. 111—121.Tsykunov A. M. Decentralized Robust Control of Multiconnected Structurally Indeterminate Objects, Avtomatika i Telemekhanika, 2010, no. 12, pp. 111—121 (in Russian).Еремин Е. Л. L-диссипативность гиперустойчивой системы управления при структурных возмущениях. IV // Информатика и системы управления. 2013. Т. 36, № 2. C. 100—106.Eremin E. L. L-dissipativity of hyperstable control system in structural indignation. IV, Information Science and Control Systems, 2013, vol. 36, no. 2, pp. 100—106 (in Russian).Поляк Б. Т., Хлебников М. В., Щербаков П. С. Линейные матричные неравенства в системах управления с неопределенностью // Автоматика и телемеханика. 2021. № 1. С. 3—54.Polyak B. T., Khlebnikov M. V., Shcherbakov P. S. Linear matrix inequalities in control systems with uncertainty, Avtomatika i Telemekhanika, 2021, no. 1, pp. 3—54 (in Russian).Polyak B., Tremba A. Sparse solutions of optimal control via Newton method for under-determined systems // Journal of Global Optimization. 2020. Vol. 76, N. 3. P. 613—623.Polyak B., Tremba A. Sparse solutions of optimal control via Newton method for under-determined systems, Journal of Global Optimization, 2020, vol. 76, no. 3, pp. 613—623.Pyrkin A. A., Vedyakov A. A., Bobtsov A. A., Ortega R. A Robust Adaptive Flux Observer for a Class of Electromechanical Systems // International Journal of Control. 2020. Vol. 93, N. 7. P. 1619—1629.Pyrkin A. A., Vedyakov A. A., Bobtsov A. A., Ortega R. A Robust Adaptive Flux Observer for a Class of Electromechanical Systems, International Journal of Control, 2020, vol. 93, no. 7, pp. 1619—1629.Бобцов А. А., Колюбин С. А., Пыркин А. А. Алгоритм управления по выходу с компенсацией синусоидального возмущения для линейного объекта с параметрическими и структурными неопределенностями // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. Т. 79, № 3. С. 68—72.Bobtsov A. A., Kolyubin S. A., Pyrkin A. A. Output control algorithm with disturbance cancellation for linear plant with parametric and structural uncertainties, Scientific and Technical Bulletin of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2012, vol. 79, no. 3, pp. 68—72 (in Russian).Никифорова Л. В. Система управления структурно и параметрически неопределенным неаффинным объектом с запаздываниями нейтрального типа и по управлению // Информатика и системы управления. 2021. Т. 70, № 4. C. 110—121.Nikiforova L. V. Control system for structurally and parametrically undefined non-affine plant with neutral type delay and control delay, Information Science and Control Systems, 2021, vol. 70, no. 4, pp. 110—121 (in Russian).Попов В. М. Гиперустойчивость автоматических систем. М.: Наука, 1970.Popov V. M. Hyperstability of automatic systems, Moscow, Nauka, 1970 (in Russian).Landau I. D. Adaptive Control Systems: The Model Reference Approach. N. Y.: Marсel Dekker, 1979.Landau I. D. Adaptive Control Systems: The Model Reference Approach, New York, Marсel Dekker, 1979.Еремин Е. Л., Цыкунов А. М. Синтез адаптивных систем управления на основе критерия гиперустойчивости. Бишкек: Илим, 1992.Eremin E. L., Tsykunov A. M. Synthesis of Adaptive Control Systems Based on the Hyperstability Criterion, Bishkek, Ilim, 1992 (in Russian).Деревицкий Д. П., Фрадков А. Л. Прикладная теория дискретных адаптивных систем управления. М.: Наука, 1981.Derevitsky D. P., Fradkov A. L. Applied theory of discrete adaptive control systems, Moscow, Nauka, 1981 (in Russian).Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: пер. с польск. И. Д. Рудинского. М.: Горячая линия — Телеком, 2006.Rutkovskaya D. Neural networks, genetic algorithms and fuzzy systems: trans. from Polish. I. D. Rudinsky, Moscow, Hotline, Telecom, 2006 (in Russian).Holland J. H. Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control, and Artificial Intelligence. The MIT Press, Cambridge, 1992.Holland J. H. Adaptation in Natural and Artificial Systems: An Introductory Analysis with Applications to Biology, Control, and Artificial Intelligence, The MIT Press, Cambridge, 1992.Смирнова С. А. Оптимизация регулятора самоорганизующейся системы комбинированного управления многорежимным структурно неопределенным объектом с переключениями // Информатика и системы управления. 2022. Т. 74, № 4. С. 131—139.Smirnova S. A. Optimization of the regulator of selforganizing system of combined control of a multi-mode structurally undetermined object with switching, Information Science and Сontrol Systems, 2022, vol. 74, no. 4, pp. 131—139 (in Russian).Справочник по теории автоматического управления / Под. ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987. 712 с.Krasovskyi A. A. ed. Handbook on the theory of automatic control, Moscow, Nauka, 1987, 712 p. (in Russian).Фрадков А. Л. Синтез адаптивной системы стабилизации линейного динамического объекта // Автоматика и телемеханика. 1974. № 12. С. 96—103.Fradkov A. L. Synthesis of an adaptive stabilization system for a linear dynamic object, Avtomatika i Telemekhanika, 1974, no. 12, pp. 96—103 (in Russian).Khalil H. K. Nonlinear Systems. New Jersey: Prentice Hall, 2002.Khalil H. K. Nonlinear Systems, New Jersey, Prentice Hall, 2002.em for one class of undefined non-affine plants with delay under uncertainty conditions, Information Science and Control Systems, 2023, vol. 75, no. 1, pp. 103—117 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.