Preview

Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie

Advanced search

Synthesis of Fast-Acting Control Systems using the Theory of Analytical Design of Optimal Controllers

https://doi.org/10.17587/mau.17.84-93

Abstract

The method for synthesis of closed loop quasi-time-optimal high-order (n-order) control systems is developed for a wide class of objects with polynomial and rational nonlinearities. This method is based on the transition from the problem of time-optimal control to the corresponding problem of analytical design of an optimal controller for the considered object using the specifically given performance index. Well-known A. A. Krasovsky's power series method is modified to solve the latter problem, that allows to obtain the sequence of approximations to the optimal control with increasing accuracy. The proposed synthesis method has the following principal features: 1) the representation of the unit function in the time-optimal criterion by a positively defined polynomial or rational function, that ensures the smoothness of a Bellman function and applicability of the dynamic programming method to the solution of the time-optimal control problem with a significantly lower amount of computations (n times reduction for a n-th order object); 2) the control law is defined in the form of a rational expression of object coordinates, that significantly increases accuracy of optimal control approximation in comparison with A. A. Krasovsky's method under the same number of parameters; 3) the synthesis method has an iterative character and allows a relatively simple implementation; 4) the method is applicable for solution of both problems of time-optimal and energy-saving control design; 5) the obtained control is continuous, not relay one, which eliminates sliding and oscillatory modes that are undesirable for considered objects.

About the Authors

V. I. Lovchakov
Tula State University
Russian Federation


E. V. Lovchakov
"Service-Soft LLC"
Russian Federation


E. I. Kretov
Tula State University
Russian Federation


References

1. Павлов А. А. Синтез релейных систем, оптимальных по быстродействию. М.: Наука, 1966. 390 с.

2. Атанс М., Фалб П. Л. Оптимальное управление. М.: Машиностроение, 1968. 764 с.

3. Техническая кибернетика. Теория автоматического управления. Кн. 3. Ч. II. Теория нестационарных, нелинейных и самонастраивающихся систем автоматического регулирования / Под ред. проф. В. В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1969. 368 с.

4. Антомонов Ю. Г. Синтез оптимальных систем. Киев: Наукова думка, 1972. 320 с.

5. Иванов В. А., Фалдин Н. В. Теория оптимальных систем автоматического управления. М.: Наука, 1981. 336 с.

6. Фалдин Н. В. Синтез оптимальных по быстродействию замкнутых систем управления. Тула: ТулГУ, 1990. 100 с.

7. Клюев А. С., Колесников А. А. Оптимизация автоматических систем управления по быстродействию. М.: Энергоиздат, 1982. 240 с.

8. Колесников А. А., Гельфгат А. Г. Проектирование многокритериальных систем управления промышленными объектами. М.: Энергоатомиздат, 1993. 304 с.

9. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Гибридная схема решения задачи линейного быстродействия на основе формализма полиэдральной оптимизации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 7. С. 3-9.

10. Нейдорф Р. А. Нелинейное ускорение динамических процессов управления объектами первого порядка с учетом ограниченности воздействий // Вестник ДГТУ. Управление и диагностика в динамических системах. Ростов-на-Дону: Изд-во ДГТУ, 1999. С. 13-21.

11. Нейдорф Р. А., Чан Н. Н. Рекуррентно-диффеоморфный синтез квазиоптимальных по быстродействию ограниченных законов управления // Информатика и системы управления. 2006. № 2. С. 119-128.

12. Чан Нгуен Нгок. Синтез законов квазиоптимального по быстродействию управления объектами высокого порядка: дис.. кан. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2007. 212 с.

13. Сурков А. В., Сухинин Б. В., Сурков В. В. Количество интервалов управления оптимальных по быстродействию систем // Изв. ТулГУ. Сер. Технические науки. ТулГУ. 2010. № 1. С. 138-148.

14. Соловьев А. Э., Сухинин Б. В., Сурков В. В. Синтез оптимальных по быстродействию систем на основе теоремы об интервалах управлений // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2010. № 2. С. 57-63.

15. Соловьев А. Э. Частные случаи решения задачи аналитического конструирования оптимальных регуляторов // Изв. ТулГУ. Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Т. 2. ТулГУ. 2006. С. 173-176.

16. Ловчаков В. И. Функции переключения оптимального по быстродействию регулятора для четырехкратного интегратора // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 9. С. 3-5.

17. Ванько В. И. Вариационное исчисление и оптимальное управление. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 488 с.

18. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. 544 с.

19. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987. 712 с.

20. Современная прикладная теория управления. Т. 1. Оптимизационный подход в теории управления / Под ред. А. А. Колесникова. М.: ООО "ИСПО-Сервис", 2000. 408 с.

21. Садовой А. В., Сухинин Б. В., Сохина Ю. В. Системы оптимального управления прецизионными электроприводами. Киев: ИСИМО, 1996. 298 с.


Review

For citations:


Lovchakov V.I., Lovchakov E.V., Kretov E.I. Synthesis of Fast-Acting Control Systems using the Theory of Analytical Design of Optimal Controllers. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2016;17(2):84-93. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.17.84-93

Views: 516


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)