novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.20.663-668novtexmech-713Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, CONTROL AND INFORMATION PROCESSINGСравнение методов классической и синергетической теорий управления движением автономного подводного аппаратаComparison of the Methods of Classical and Synergetic Theories of Control of the Movement Autonomous Underwater MachineКолесниковА. А.KolesnikovA. A.

д-р техн. наук, проф.

D. Sc., Professor

ЯкименкоО. И.YakimenkoO. I.

аспирант

iakimenko_olga@mail.ruРадионовИ. А.RadionovI. A.

канд. техн. наук, доц.

radionovivan@sfedu.ruКалийД. С.KaliyD. S.

аспирант

kaliy.d@yandex.ruИнститут компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университетаРоссияInstitute of computer technology and information security "Southern Federal University"Russian Federation2019071120192011663668Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20192019Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/713

Рассмотрена проблема нелинейного синтеза законов управления движением автономного подводного аппарата (АПА) в вертикальной плоскости. Задачами синтеза являются выход подводного аппарата на заданную глубину с заданной скоростью. На основе нелинейной математической модели АПА выполнен синтез законов управления двумя различными способами: с использованием метода классической теории автоматического управления — пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора (ПИД регулятора) и с использованием синергетической теории управления — метода аналитического конструирования агрегированных регуляторов (АКАР). Классические методы теории автоматического управления предполагают линейное или линеаризованное математическое описание управляемых процессов и скалярное управление, что не может не сказаться как на адекватности математического описания процессов, так и на эффективности разработанных алгоритмов. Такие структуры оказываются малоэффективными, поскольку не позволяют получить необходимый запас устойчивости системы и являются приближенными. К тому же скалярный принцип управления часто ограничивает возможность эффективного воздействия на систему, игнорируя потенциальные каналы управления. Используемый в работе векторный принцип управления позволяет более эффективно воздействовать на систему через различные каналы управления. Предполагаемые законы синергетического управления наделяют рассматриваемый объект свойствами асимптотической устойчивости во всей допустимой области изменения переменных состояния.

Рассмотрены результаты компьютерного моделирования движения АПА, которые подтверждают достижение целей управления. 

The article deals with the problem of nonlinear synthesis of the laws of motion control of an autonomous underwater vehicle (APA) in the vertical plane. The tasks of the synthesis are the output of the underwater vehicle to a predetermined depth at a given speed. Based on the non-linear mathematical model of the APA, the control laws are synthesized by two different approaches: using the classical automatic control theory method, the proportional-integral-differential controller (PID controller), and using the synergetic control theory, the analytical design method for aggregated regulators (ADAR). Classical methods of the theory of automatic control assume a linear or linearized mathematical description of controlled processes and scalar control, which cannot but affect the adequacy of the mathematical description of processes and the efficiency of the developed algorithms. Such structures are ineffective because they do not allow to obtain the necessary stability margin of the system and are approximate. In addition, the scalar control principle often limits the ability to effectively influence the system, ignoring potential control channels. The vector control principle used in the work allows to more effectively influence the system through various control channels. The assumed laws of synergetic control endow the object in question with properties of asymptotic stability in the entire admissible region of change of state variables.

The results of computer simulation of the APA motion, which confirm the achievement of control goals, are considered.

автономный подводный аппаратсистема автоматического управленияматематическая модельПИД регуляторметод АКАРинвариантысинтез регуляторасинергетическая теория управленияautonomous underwater vehicleautomatic control systemmathematical modelPID controllerADAR methodinvariantscontroller synthesissynergistic control theoryReferencesТарасов Н. Н., Тахтамышев М. Г. Алгоритм принятия решений при управлении балластной системой подводного аппарата // Проблемы управления. 2011. № 1. С. 74—77.Tarasov N. N., Tahtamyshev M. G. Control problems, 2011, no. 1, pp. 74—77 (in Russian).Евстигнеева Л. В., Тарасов Н. Н., Тахтамышев М. Г. Синтез алгоритма для одной задачи управления морскими подвижными объектами // Проблемы управления. 2007. № 4. С. 84—88.Evstigneeva L. V., Tarasov N. N., Tahtamyshev M. G. Control problems, 2007, no. 4, pp. 84—88 (in Russian).Ивель В. П., Герасимова Ю. В. Адаптивная система вертикального позиционирования автономного подводного аппарата // Наука и мир. 2014. Т. 1. № 2(6). С. 161—164.Ivel’ V. P., Gerasimova Yu. V. Nauka i Mir, 2014, vol. 1, no. 2(6), pp. 161—164 (in Russian).Чернухин Ю. В. Искусственный интеллект и нейрокомпьютеры. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997. 273 с.Chernuhin Yu. V. Artificial Intelligence and Neurocomputers, Taganrog, Publishing house of TRTU, 1997, 273 p. (in Russian).Пшихопов В. Х., Чернухин Ю. В., Федотов А. А. Разработка интеллектуальной системы управления автономного подводного аппарата // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2014. № 3. С. 87—101.Pshihopov V. H., Chernuhin Yu. V., Fedotov A. A. Izvestiya Yuzhnogo federal’nogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 2014, no. 3, pp. 87—101 (in Russian).Hyakudome T. Design of Autonomous Underwater Vehicle // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2011. Vol. 8, N. 1. P. 131—139.Hyakudome T. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2011, vol. 8, no. 1, pp. 131—139.Бочаров Л. Необитаемые подводные аппараты: состояние и общие тенденции развития // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2009. № 7. С. 62—69.Bocharov L. Ehlektronika: Nauka, Tekhnologiya, Biznes, 2009, no. 7, pp. 62—69 (in Russian).Бардачевский Н. Н., Безсуднов Е. Ю. Состояние и перспективы применения необитаемых подводных аппаратов в области гидрографических исследований и подводной навигации // Сборник материалов международной научной конференции "СибОптика-2013", 2013. Новосибирск: СГГА. Т. 2. С. 124—128.Bardachevskij N. N. Sbornik materialov mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii "SibOptika-2013", 2013, Novosibirsk, SGGA, vol. 2, pp. 124—128 (in Russian).Лукомский Ю. А., Лукомский Ю. А., Чугунов В. С. Системы управления морскими подвижными объектами. Л.: Судостроение, 1988. 272 с.Lukomskij Yu. A., Chugunov V. S. Marine Mobile Control Systems, Leningrad, Sudostroenie, 1988, 272 p. (in Russian).Тарасов Н. Н., Тахтамышев М. Г. Алгоритм принятия решений при управлении балластной системой подводного аппарата // Проблемы управления. 2011. № 1. С. 74—77.Tarasov N. N., Tahtamyshev M. G. Problemy upravleniya, 2011, no. 1, pp. 74—77 (in Russian).Мирошник И. В., Никифоров В. О., Фрадков А. Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 2000. 549 с.Miroshnik I. V., Nikiforov V. O., Fradkov A. L. Nonlinear and adaptive control of complex dynamic systems, SPb., Nauka, 2000, 549 p. (in Russian).Дружинина М. В., Никифоров В. О., Фрадков А. Л. Методы адаптивного управления нелинейными объектами по выходу // Автоматика и телемеханика. 1996. № 2. С. 3—33.Druzhinina M. V., Nikiforov V. O., Fradkov A. L. Avtomatika i Telemekhanika, 1996, no. 2, pp. 3—33 (in Russian).Перельман И. И. Анализ современных методов адаптивного управления с позиции приложения автоматизации технологических процессов // Автоматика и телемеханика. 1991. № 7. С. 3—32.Perel’man I. I. Avtomatika i Telemekhanika, 1991, no. 7, pp. 3—32 (in Russian).Мирошник И. В., Никифоров В. О. Адаптивное управление пространственным движением нелинейных объектов // Автоматика и телемеханика. 1991. № 7. С. 78—87.Miroshnik I. V., Nikiforov V. O. Avtomatika i Telemekhanika, 1991, no. 7, pp. 78—87 (in Russian).Колесников А. А. Синергетическая теория. М.: Энергоатомиздат, 1994. 344 с.Kolesnikov A. A. Synergetic control theory, Moscow, Ehnergoatomizdat, 1994, 344 p. (in Russian).Синергетика: процессы самоорганизации и управления: часть 2 / Под общ. Ред. А. А. Колесникова. Таганрог: ТРТУ, 2005. 358 с.Kolesnikov A. A. ed. Synergetics: processes of self-organization and control, Taganrog, Publishing house of, TRTU, 2005, 358 p. (in Russian).Колесников А. А. Синергетические методы управления сложными системами: теория системного синтеза. М.: Едиториал УРСС / КомКнига, 2012. 240 с.Kolesnikov A. A. Synergetic methods of control of complex systems: the theory of system synthesis, Moscow, Editorial URSS, KomKniga, 2012, 240 p. (in Russian).Современная прикладная теория управления. Ч. II: синергетический подход в теории управления / Под ред. А. А. Колесникова. М.: ФЦ "Интеграция", Таганрог: изд-во ТРТУ, 2000. 559 с.Kolesnikov A. A. Modern applied control theory. Part II: a synergistic approach to control theory, Moscow, FC "Integraciya", Taganrog, publishing house, TRTU, 2000, 559 p. (in Russian).

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