Д-р техн. наук, проф.
г. Тула.
Д-р техн. наук, проф.
г. Тула.
Предлагается продолжить обсуждение проблем, теоретических основ и практических особенностей построения и синтеза робастных систем управления с большим коэффициентом усиления, позволяющих управлять многомерными нелинейными динамическими объектами высокой размерности с функциональными неопределенностями. Если проблемы не решаются на том уровне, где они появились, необходимо подняться на уровень выше, на более высокую ступень понимания законов природы или словами мастера Люй-Ши Чунь Цю (Китай III век до н.э.):"Мальчик ростом пять чи ведет быка за уздечку и бык подчиняется ему во всем. Это происходит оттого, что человек в данном случае следует естественности" (законам природы). В основу философии дзюдо ("мягкий путь") заложены принципы использования силы и энергии противника для достижения победы. Целью настоящей работы является демонстрация теоретических аспектов и практических особенностей методов синтеза оптимальных систем управления по критерию максимальной точности воспроизведения на примере робастных систем, позволяющих управлять динамическими объектами с функциональными неопределенностями, в том числе неустойчивыми; неминимально-фазовыми; нейтральными; обладающими свойствами дифференцирования. Простота (на уровне инженера) и универсальность, математическая строгость и физическая обоснованность данного подхода заключается в использовании философии дзюдо: подавлении динамики функционально неопределенного объекта и внешних возмущений за счет бесконечно большого коэффициента усиления при конечном сигнале управления с сохранением устойчивости. Теоретически исчерпывающее решение задачи робастного управления дает идея построения систем, устойчивых при неограниченном увеличении коэффициента усиления. Свойствами устойчивости при этом обладают оптимальные системы, синтезированные с применением квадратичных функционалов качества, не зависящих явно от управляющего сигнала, и при ограничении на управляющий сигнал. Существенно, что в отличие от непрерывных систем с не измеряемыми возмущениями и малоизвестным объектом, в которых условия инвариантности предполагают использование бесконечно больших коэффициентов усиления, в релейных (разрывных) системах эквивалентный эффект достигается с помощью конечных управляющих воздействий. Приятным бонусом является повышение точности до оптимального значения и снижение установившейся ошибки до теоретически строго нулевой ошибки регулирования, причем все коэффициенты ошибок (по положению, скорости, ускорению, рывку и т. д.) также равны нулю при наличии внешних и внутренних помех. Фактически, оптимальная по точности система управления эквивалентна системе с астатизмом n-го порядка: регулятор содержит n последовательно включенных интеграторов.
This work is proposed to continue the discussion of the problems, theoretical foundations and practical features of the construction and synthesis of robust control systems with high gain, allowing us to control multidimensional nonlinear dynamic objects of high dimensional with functional uncertainties. If problems could not be solved at the level where they appeared, it is necessary to rise the level of understanding of the laws of nature, or in the words of master Lui-Shi Chun Qiu (China, 3rd century BC): "The boy of five chi growth leads the bull by the bridle and the bull obeys him in everything. This is because the person in this case follows naturalness" (the laws of nature). The judo philosophy ("soft way") is based on the principles of using the power and energy of the opponent to achieve victory. The purpose of this work is to demonstrate the theoretical aspects and practical features of the methods of synthesis of optimal control systems by the criterion of maximum reproduction accuracy using the example of robust systems, which allow to control dynamic objects with functional uncertainties, including unstable objects, no minimal-phase objects, neutral objects and objects with differentiation properties. The simplicity (at the level of the engineer) and universality, mathematical rigor and physical validity of this approach is based on the judo philosophy: suppressing the dynamics of a functionally uncertain object and external disturbances by the infinitely large gain with the finite control signal and at the same time maintaining sustainability. Theoretically exhaustive solution of the problem of robust control is given by the idea of constructing systems that are stable with an unlimited increase of the gain coefficient. The sustainability properties are valid for optimal systems that were synthesized using quadratic quality functionals that do not explicitly depend on the control signal, and using a restriction on the control signal. It is significant that in contrast to continuous systems with un-measurable disturbances and not well known control object (in which the conditions of invariance imply the use of infinitely large gain), in relay (discontinuous) systems the equivalent effect is achieved with the help of finite control signal. A nice bonus is the highest accuracy which leads to mathematically zero error of regulation, thus all error coefficients (of position, speed, acceleration, acceleration derivative, etc.) is also equal to zero in the presence of external and internal interferences. In fact, the optimal accuracy control system is equivalent to a system with astatism of the n-th order: the regulator contains n serial connected integrators.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.