Adaptive Position-Path Control of Vehicles without a Feedback Linearization
https://doi.org/10.17587/mau.16.523-530
Abstract
The topic of the article is the mobile objects' control, a model of which is presented by the equations of kinematics and dynamics of rigid bodies and the specific features of control for maneuvers requiring pitch angles of 90 degrees or over. Such tasks may involve specific problems, which do not allow us to present the desired dynamics of the closed-loop system in the form of a linear equation, that is, the system cannot be linearized by a feedback. The problem is solved due to application of the adaptive control systems with a reference model. In the article a procedure is proposed for a synthesis of a basic position-trajectory control. Basic control for a reference model was designed on the base of the method of Lyapunov functions. Adaptation of the basic control is carried out by the proportional and integral algorithms. The article presents a block-diagram of the closed-loop system and proves the stability of the adaptive control system. It shows that in a linear approximation, a characteristic equation of the closed-loop system is a product of a characteristic equation of the reference model, the mobile object, and the adaptation subsystem. The authors also present the modeling results. The proposed approach can also be used for different nonlinear systems with peculiarities. For example, in the electrical drives the field control voltage ensures a nonzero nominal flux at the first stage. Then, the supply control voltage ensures a nominal shaft rotation speed or torque. This approach allows us to control the shaft rotation speed with a zero field control voltage.
About the Authors
V. Kh. Pshikhopov
Southern Federal University
Russian Federation
Russian Federation
M. Yu. Medvedev
Southern Federal University
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Черноусько Ф. Л., Болотник Н. Н., Градецкий В. Г. Мобильные роботы: проблемы управления и оптимизации движений // Труды XII Всероссийского совещания по проблемам управления. ВСПУ-2014. Москва, ИПУ РАН. 2014.
2. XII Всероссийское совещание по проблемам управления: аналитический обзор. URL: http://vspu2014.ipu.ru/taxonomy/term/101
3. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю. Управление подвижными объектами в определенных и неопределенных средах. М.: Наука, 2011. 350 с.
4. Еругин Н. П. Построение всего множества систем дифференциальных уравнений, имеющих заданную интегральную кривую // Прикладная математика и механика. 1952. Вып. 6. С. 659-670.
5. Бойчук Л. М. Метод структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления. М.: Энергия, 1971. 112 с.
6. Галиуллин А. С. Методы решения обратных задач динамики. М.: Наука, 1986. 224 с.
7. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю., Гайдук А. Р., Нейдорф Р. А., Беляев В. Е., Федоренко Р. В., Костюков В. А., Крухмалев В. А. Система позиционно-траекторного управления роботизированной воздухоплавательной платформой: математическая модель // Мехатроника, автоматизация и управление. 2013. № 6. С. 14-21.
8. Пшихопов В. Х., Медведев М. Ю., Гайдук А. Р., Нейдорф Р. А., Беляев В. Е., Федоренко Р. В., Костюков В. А., Крухмалев В. А. Система позиционно-траекторного управления роботизированной воздухоплавательной платформой: алгоритмы управления // Мехатроника, автоматизация и управление. 2013. № 7. С. 13-20.
9. Pshikhopov V. Kh., Medvedev M., Gaiduk A., Belyaev V., Fedorenko R., Krukhmalev V. // Position-trajectory control system for robot on base of airship. 2013 Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control. 2013. P. 3590-3595.
10. Pshikhopov V. Kh., Medvedev M. Yu., Gaiduk A. R., Fedorenko R. V., Krukhmalev V. A., Gurenko B. V. Position-Trajectory Control System for Unmanned Robotic Airship. Preprints of the 19th World Congress the International Federation of Automatic Control. Cape Town, South Africa. August 24-29, 2014. P. 8953-8958.
11. Pshikhopov V. Kh., Medvedev M. Y., and Gurenko B. V. Homing and Docking Autopilot Design for Autonomous Underwater Vehicle // Applied Mechanics and Materials Vols. 490-491 (2014). P. 700-707. Trans Tech Publications, Switzerland. doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.490-491.700.
12. Пшихопов В. Х., Федотов А. А., Медведев М. Ю., Медведева Т. Н., Гуренко Б. В. Позиционно-траекторная система прямого адаптивного управления морскими подвижными объектами // Инженерный вестник Дона. 2014. № 3.
13. Пшихопов В. Х., Суконкин С. Я., Нагучев Д. Ш., Стракович В. В., Медведев М. Ю., Гуренко Б. В., Костюков В. А., Волощенко Ю. П. Автономный подводный аппарат "Скат" для решения задач поиска и обнаружения заиленных объектов // Известия ЮФУ. Технические науки. 2010. № 3 (104). С. 153-162.
14. Гайдук А. Р. Синтез нелинейных систем на основе управляемой формы Жордана // Автоматика и телемеханика. 2006. № 7. С. 3-13.
15. Рутковский В. Ю., Крутова И. Н. Принцип построения и некоторые вопросы теории одного класса самонастраивающихся систем с моделью // Самонастраивающиеся автоматические системы: Труды I Всесоюзной конференции по теории и практике самонастраивающихся систем (10-14 декабря 1963). 1965. С. 46-63.
16. Рутковский В. Ю., Ссорин-Чайков В. Н. Самонастраивающиеся системы с пробным сигналом // Самонастраивающиеся автоматические системы: Труды I Всесоюзной конференции по теории и практике самонастраивающихся систем (10-14 декабря 1963). 1965. С. 93-111.
17. Zemlyakov S. D. Some problem of analytical synthesis in model reference control systems by the direct method of Lyapunov. Theory of self adaptive control system // Proc. of International Symposium, England, Teddington, 1965. New-York: P. H. Hummon Plenum Press, 1966. P. 175-179.
18. Рутковский В. Ю. Работы института проблем управления в области беспоисковых адаптивных систем и систем управления космическими аппаратами // Автоматика и телемеханика. 1999. № 6. С. 42-49.
19. Земляков С. Д., Рутковский В. Ю. О некоторых результатах развития теории и практики применения беспоисковых адаптивных систем // Автоматика и телемеханика. 2001. № 7. С. 103-121.
20. Рутковский В. Ю., Глумов В. М., Суханов В. М. Физически реализуемый алгоритм адаптивного управления с эталонной моделью // Автоматика и телемеханика. 2011. № 8. С. 96-108.
21. Земляков С. Д., Рутковский В. Ю. Алгоритм функционирования адаптивной системы с эталонной моделью, гарантирующий заданную динамическую точность управления нестационарным динамическим объектом в условиях неопределенности // Автоматика и телемеханика. 2009. № 10. С. 35-44
22. Глумов В. М., Земляков С. Д., Рутковский В. Ю., Суханов В. М. Применение принципа построения адаптивных систем с эталонной моделью к задачам мониторинга текущего состояния трансмиссионных валов // Автоматика и телемеханика. 2003. № 5. С. 131-146.
23. Медведев М. Ю. Алгоритмы адаптивного управления исполнительными приводами // Мехатроника, автоматизация и управление. 2006. № 6. С. 17-22.
Review
For citations:
Pshikhopov V.Kh., Medvedev M.Yu. Adaptive Position-Path Control of Vehicles without a Feedback Linearization. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2015;16(8):523-530. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.16.523-530
Views:
619
.png)
Email this article 