<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">novtexmech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Мехатроника, автоматизация, управление</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1684-6427</issn><issn pub-type="epub">2619-1253</issn><publisher><publisher-name>Commercial Publisher «New Technologies»</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17587/mau.20.131-142</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">novtexmech-592</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>SYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Применение многомерной линеаризации в синтезе квазиоптимальных регуляторов по функционалу обобщенной работы</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Application of Multidimensional Linearization in Quasi-Optimal Controllers Synthesis in the Functional of Generalized Work</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Ловчаков</surname><given-names>В. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Lovchakov</surname><given-names>V. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Доктор технических наук, профессор.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Lovchakov Vladimir I. - Full  Professor, Department of electrical engineering and  electrical equipment.</p><p>Tula, 300600.</p></bio><email xlink:type="simple">lovvi50@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Тульский государственный университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Tula State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2019</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>06</day><month>03</month><year>2019</year></pub-date><volume>20</volume><issue>3</issue><fpage>131</fpage><lpage>142</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Commercial Publisher «New Technologies», 2019</copyright-statement><copyright-year>2019</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Commercial Publisher «New Technologies»</copyright-holder><license xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://mech.novtex.ru/jour/article/view/592">https://mech.novtex.ru/jour/article/view/592</self-uri><abstract><p>Исследуется решение  задачи  аналитического конструирования оптимальных  регуляторов  (АКОР)  в  постановке А. А. Красовского  для устойчивых многомерных  объектов, описываемых  матричным  дифференциальным уравнением  с полиномиальными нелинейностями от фазовых  координат. Исследуемый  класс  объектов управления, получивших название  полиномиальных, достаточно  широк для приложений: указанные модели используются для описания движения систем  самой различной  природы — устройств  электромеханики, химических реакторов, промышленных  объектов  с рециклом, биологических и экологических систем  и др.</p><p>Для решения указанной задачи  АКОР  наиболее  приспособлен  метод степенных  рядов,  который  в отличие  от других  позволяет  найти  законы  управления в наиболее  широкой  области  фазового  пространства объекта.  Однако  его реализация сопряжена  с выполнением большого объема вычислений, является  в меньшей  степени  формализованной и соответственно приспособленной  к программированию. В данной  работе предложен  метод синтеза  квазиоптимальных регуляторов, который  во многом ослабляет отмеченные  недостатки метода степенных  рядов за счет использования процедуры многомерной линеаризации описания полиномиальных объектов, осуществляемой за счет расширения пространства состояния объекта  новыми  координатами, представляющими  собой произведения исходных  фазовых координат, и применения аппарата  теории матриц  с кронекеровским (прямым)  произведением. Предлагаемый метод синтеза  позволяет  найти  в форме полиномиальной  функции  приближенное  решение  задачи  АКОР  с высокой  точностью, причем  его  реализация  отличается  предельной  простотой  вследствие   использования  в  основном  известного программного  обеспечения решения линейно-квадратичных задач оптимального управления.</p><p>Точность  решения задачи  АКОР  определяется  точностью  выбираемой  для исследуемого  объекта  квазилинеаризованной  модели  соответствующей степени  (k  =  2, 3,...). Подчеркнем, что  в  линеаризованной модели  k-й степени учитываются полиномиальные  составляющие  k-й степени  описания  объекта  управления.  В  связи  с  этим  предложенный  метод  синтеза  обеспечивает   точность  решения  не  меньшую, чем  стандартный метод  степенных  рядов  с удержанием  его членов  до k-й степени  включительно. Однако  точность  разработанного  метода  синтеза, как  правило, существенно  выше вследствие  учета  при конструировании регулятора функциональной матрицы  используемой квазилинеаризованной модели, зависящей  от расширенного  вектора  состояния объекта, содержащего  произведения фазовых  координат  исходного  объекта.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The paper investigates the task of the analytically  design of an optimal controllers (ADOC)  as defined by A. A. Krasovskij for stable multidimensional objects, which are described by matrix differential equations with polynomial non-linearity from phase coordinates.  The  investigated class of polynomial  control objects has a wide application: these models are used to describe the motion of systems with a very different nature — electromechanical  equipment, chemical reactors, industrial recycling facilities, biological and ecological systems,  etc.</p><p>The  most suitable  task  solution  for the ADOC  is the power series method,  which  in comparison  with other methods, allows to finding  control laws in widest range of the  object’s phase  space.  However, its realization  is dealt  with  a large amount  of calculations  and it is less formalized, so it comparatively  hard for programming. In this paper the quasi-optimal controller’s synthesis method is suggested. It can reduce the disadvantages  of the previously mentioned  power series method. It  uses the multidimensional linearization  of polynomial  objects procedure which  implements  extension  of the object state space with new coordinates. These coordinates are the products of the original phase coordinates and the application of the matrix theory with the Kronecker product. The synthesis method can help to find an approximate  ADOC task solution with a high degree of accuracy.  The  method  is very easy to use, because it mainly  based on uses of well-known software for the linear quadratic  task solution in the optimal control.</p><p>The  ADOC  task  solution  accuracy  is defined  by the accuracy  of the corresponding degree (k  = 2, 3...)  that  chosen for the object of the quasi-linearized model under study. It must be noted, that the kth  power polynomial  components  of the control objects described,  is considered  in the kth   power linearized  model.  Therefore, suggested synthesis method  provides an accurate  solution as a common  power series method, holding its terms to the kth  power inclusive.  However, the devised synthesis  method  as a rule gives more  accurate  results,  because  it takes  into  account  the  functional  matrix  of the  used quasilinear  model of the object state augmented  vector containing the original object’s phase coordinates products.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>объект управления</kwd><kwd>полиномиальная нелинейность</kwd><kwd>линеаризация модели</kwd><kwd>функционал обобщенной работы</kwd><kwd>аналитическое конструирование оптимальных регуляторов</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>control  object</kwd><kwd>polynomial  non-linearity</kwd><kwd>linearization  of the  model</kwd><kwd>functional  of the  generalized  work</kwd><kwd>analytical  design of optimal controllers (ADOC)</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Красовский А. А. и др. Справочник по теории автоматического управления. М.: Наука, 1987.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Krasovskij A. A. Spravochnik po teorii avtomaticheskogo  upravlenija (Control Theory), Moscow, Nauka Publ., 1987 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Колесников А. А. и др. Современная прикладная теория управления: В 3 т. Москва; Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kolesnikov  A.  A.  Sovremennaja prikladnaja   teorija  upravlenija   (Modern  Applied   Control  Theory),  Moscow,  Taganrog, TRTU Publ., 2000  (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Портер В. А. Обзор теории нелинейных систем // ТИИЭР. 1976. Т. 64, № 1. С. 23—30.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Porter   W.   A.   The   Review   of   the   Non-linear  Systems Theory, IEEE Publ., 1976, vol. 64, no.  1, pp.  23—30 (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сейдж Э. П., Уайт Ч. С. Оптимальное управление системами. М.: Радио и связь, 1982. 392 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sage  A. P., White C. C. Optimum Systems  Control, Moscow, Radio  i svjaz’ Publ., 1982, 392 p. (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Афанасьев В. Н., Колмановский В. Б., Носов В. Р. Математическая теория конструирования систем управления. М.: Высшая школа, 1998. 576 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Afanas’ev V. N., Kolmanovskij V. B., Nosov  V. R. Matematicheskaja teorija konstruirovanija  sistem upravlenija  (Mathematical Theory  of  Control Systems’  Design), Moscow, Vysshaja shkola  Publ., 1998, 576 p. (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Красовский А. А., Буков В. И., Шендрик В. С. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными объектами. М.: Наука, 1977. 272 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Krasovskij A. A., Bukov V. I., Shendrik V. S. Universal’nye algoritmy   optimal’nogo   upravlenija   nepreryvnymi   ob`ektami   (Universal  A lgorithms  of  the  Optimum Continuous Object   Control), Moscow, Nauka Publ., 1977, 272 p (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Буков В. Н. Адаптивные прогнозирующие системы управления полетом. М.: Наука, 1987. 232 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bukov V. N. Adaptivnye  prognozirujushhie  sistemy upravlenija poletom (Adaptive Predictive Flight-Control  Systems), Moscow, Nauka Publ., 1987, 232 p. (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Филимонов Н. Б. Проблема качества процессов управления: смена оптимизационной парадигмы // Мехатроника, автоматизация, управление. 2010. № 12. С. 2—10.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Filimonov N. B. Problema  kachestva  processov upravlenija: smena optimizacionnoj paradigmy (Problem of quality of control processes:  change of an  optimising paradigm), Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie, 2010, no.  12, pp.  2—10 (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Уонем М. Линейные многомерные системы управления. Геометрический подход. М.: Наука, 1980. 376 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Uonem  M. Linejnye  mnogomernye  sistemy upravlenija.  Geometricheskij  podhod (Linear multidimensional control systems.  The geometrical approach), Moscow, Nauka, 1980, 376 p. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ланкастер П. Теория матриц. М.: Наука, 1982. 269 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lankaster   P.  Teorija   matric   (Matrix  Theory),  Moscow, Nauka Publ., 1982, 269 p. (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ловчаков В. И., Ловчаков Е. В., Сухинин Б. В. Метод многомерной линеаризации полиномиальных систем управления // Изв. ТулГУ. Сер. Технические науки. 2009. Вып. 1. Ч. 2. С. 18—26.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lovchakov  V. I.,  Lovchakov  E. V., Suhinin  B.  V. Metod mnogomernoj linearizacii polinomial’nyh sistem upravlenija (Linearization  Method  of  the   Polynomial  Control  Systems),  Tula, Izvestija TSU  Publ., 2009, Tehnicheskie nauki  Series, no.  1, part  2, pp.  18—26 (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ловчаков В. И., Ловчаков Е. В., Шибякин О. А. Многомерная линеаризация объектов управления с полиномиальными нелинейностями // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2018. Iss. 12 (в печати).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lovchakov V. I., Lovchakov E. V., Shibyakin O. A. Mnogomernaya linearizaciya  ob"ektov upravleniya  s polinomial’nymi nelinejnostyam   (Multidimensional  linearization of  control objects with  polynomial nonlinearities),  Journal  of Advanced  Research  in Technical    Science, 2018, iss. 12 (in  print).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пупков К. А., Капалин В. И., Ющенко А. С. Функциона льные ряды в теории нелинейных систем. М.: Наука, 1976. 448 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pupkov K. A., Kapalin V. I., Jushhenko A. S. Funkcional’nye rjady v teorii nelinejnyh  system (Series  of Functions in the Non-linear systems  Theory), Moscow, Nauka Publ., 1976, 448 p. (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ловчаков В. И., Сухинин Б. В., Фомичев А. А., Феофилов Е. И. Основы теории синтеза оптимальных систем управления электротехническими объектами: Уч. пособие с грифом УМО специальности. Тула, Издательство ТулГУ, 2009. 160 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lovchakov  V. I.,  Suhinin  B.  V.,  Fomichev  A.  A.,  Feofilov E. I. Osnovy teorii sinteza optimal’nyh  sistem upravlenija jelektrotehnicheskimi ob`ektami (Synthesis of the  Optimum Control Systems   for  the   Electrotechnical  Objects:   Fundamentals),  Tula, TSU  Publ., 2009, 160 p. (in  Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
