Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Алгоритм управления по выходу нелинейными системами с компенсацией возмущений и помех измерения

https://doi.org/10.17587/mau.20.3-15

Полный текст:

Аннотация

Синтезирован алгоритм управления динамическими объектами с компенсацией параметрической неопределенности, внешних возмущений и помех измерения. Предполагается, что доступны измерению только выходные сигналы объектов, а не их производные. Объекты описываются нелинейной системой дифференциальных уравнений с векторными входными и выходными сигналами. В отличие от большинства существующих схем управления в настоящей статье размерности помехи измерения и выходного сигнала равны, источники сигналов помех и возмущений различны, параметрические и внешние возмущения могут присутствовать в любом уравнении модели объекта. Для одновременной компенсации возмущений и помех измерения предлагается выделить два канала. По первому каналу будет оцениваться часть помехи измерения, которая позволит частично восстановить информацию о не зашумленном выходе объекта. По второму каналу будет осуществляться компенсация возмущения. Таким образом, для одновременной компенсации возмущений и помехи измерения требуется минимум два независимых канала измерения. Получены достаточные условия расчета параметров алгоритма в виде разрешимости линейного матричного неравенства. Показано, что уравнение замкнутой системы, полученной на базе предложенного алгоритма, зависит от возмущения и наименьшей составляющей помехи. Если же в сигнале помехи нельзя выделить наименьшую компоненту, то результаты переходных процессов зависят от той компоненты помехи, которая будет выбрана при синтезе системы управления. Таким образом, в отличие от большинства существующих схем управления, где уравнение замкнутой системы зависит от возмущения и помехи, полученный алгоритм обеспечивает лучшие результаты переходных процессов, поскольку они зависят не от всего вектора помехи, а только от ее наименьшей (одной) компоненты. Приведены результаты моделирования для нелинейного объекта третьего порядка и результаты синхронизации электрического генератора, подключенного к электроэнергетической сети. Численные примеры иллюстрируют эффективность предложенной схемы и робастность по отношению к случайным составляющим в помехе измерения и возмущениях.

Об авторах

И. Б. Фуртат
Институт проблем машиноведения РАН, Университет ИТМО.
Россия
д-р техн. наук, доц., вед. науч. сотр.


П. А. Гущин
Институт проблем машиноведения РАН, Университет ИТМО.
Россия
канд. техн. наук, ст. науч. сотр.


А. А. Перегудин
Институт проблем машиноведения РАН, Университет ИТМО.
Россия
инженер-исследователь.


Список литературы

1. Fradkov A. L., Andrievsky B., Evans R. J. Synchronization of Passifiable Lurie Systems Via Limited-Capacity Communication Channel // IEEE Trans. on Circuits and Systems—I: Regular papers. 2009. Vol. 56, N. 2. P. 430—439.

2. Андриевсикй Б. Р., Матвеев А. С., Фракдов А. Л. Управление и оценивание при информационных ограничениях: к единой теории управления, вычислений и связи // АиТ. 2010. № 4. С. 34—99.

3. Fradkov A. L., Andrievsky B., Ananyevskiy M. S. Passification based synchronization of nonlinear systems under communication constraints and bounded disturbances // Automatica. 2015. Vol. 55. P. 287—293.

4. Furtat I. B., Fradkov A. L., Liberzon D. Compensation of disturbances for MIMO systems with quantized output // Automatica. 2015. Vol. 60. P. 239—244.

5. Fradkov A. L., Andrievsky B., Peaucelle D. Estimation and Control Under Information Constraints for LAAS Helicopter Benchmark // IEEE Trans. on Control Systems Technology. 2010. Vol. 18, N. 5. P. 1180—1187.

6. Furtat I. B., Fradkov A. L. Robust control of multimachine power systems with compensation of disturbances // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2015. Vol. 73. P. 584—590.

7. Степанов О. А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации: учеб. пособие для вузов. СПб: Электроприбор, 2009.

8. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. М.: Техносфера, 2007.

9. Квакернаак Х., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. М.: Мир, 1977.

10. Paarmann L. D. Design and Analysis of Analog Filters: A Signal Processing Perspective. Springer Science & Business Media, 2001.

11. Haykin S. Adaptive Filter Theory. Prentice-Hall, Inc., 1991.

12. Katzenelson J., Gould L. A. The design of nonlinear filters and control systems. Part II // Information and Control. 1964. Vol. 7, N. 2. P. 117—145.

13. Браммер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюси. Детерминированное наблюдение и стохастическая фильтрация. М.: Наука, 1982.

14. Степанов О. А. Фильтр Калмана. История и современность. (К 80-летию Рудольфа Эмиля Калмана) // Гироскопия и навигация. 2010. № 2 (69). С. 107—121.

15. Ahrens J., Khalil K. High-gain observers in the presence of measurement noise: A switched-gain approach // Automaica. 2009. Vol. 45. P. 936—943.

16. Boizot N., Busvelle E., Gauthier J. An adaptive high-gain observer for nonlinear systems // Automatica. 2010. Vol. 46. P. 1483—1488.

17. Sanfelice R., Praly L. On the performance of high-gain observers with gain adaptation under measurement noise // Automatica. 2011. Vol. 47. P. 2165—2176.

18. Prasov A., Khalil H. A nonlinear high-gain observer for systems with measurement noise in a feedback control framework // IEEE Trans. Automat. Contr. 2013. Vol. 58. P. 569—580.

19. Wang L., Astolfy D., Hongye S., Marconi L., Isidori A. Output stabilization for a class of nonlinear systems via high-gain observer with limited gain power // IFACPapersOnLine. 2015. Vol. 48 P. 730—735.

20. Astolfy D., Marconi L. A high-gain nonlinear observer with limited gain power // IEEE Trans. Automatic Control. 2015. Vol. 60. P. 3059—3064.

21. Nekhoroshikh A., Furtat I. Robust Stabilization of Linear Plants under Uncertainties and High-Frequency Measurement Noises // Proc. of the 25th Mediterranean Conference on Control and Automation, Malta. 2017.

22. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления / Под ред. Н. Д. Егупова. М.: Изд-во МТТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.

23. Pigg S., Bodson M. Adaptive Algorithms for the Rejection of Sinusoidal Disturbances Acting on Unknown Plants // IEEE Trans. on Control Systems Technology. 2010. Vol. 18, N. 4. P. 822—836.

24. Поляк Б. Т., Топунов М. В. Подавление ограниченных внешних возмущений: управление по выходу // АиТ. 2008. № 5. C. 72—90.

25. Цыкунов А. М. Робастное управление с компенсацией возмущений. М.: Физматлит, 2012.

26. Furtat I. B. Control of Linear Time-Invariant Plants with Compensation of Measurement Noises and Disturbances // Accepted at the 56th IEEE Conference on Decision and Control (CDC2017), December 12—15, 2017, Melbourne, Australia.

27. Furtat I. B. Disturbance Compensation Algorithm Under Saturation of Control Signal // Proc. of the 20th World Congress of The International Federation of Automatic Control, France. 2017. P. 6724—6729.

28. Anderson P. M., Fouad A. A. Power Systems Control and Stability. Iowa State University Press, 1997.

29. Guo G., Hill D. J., Wang Y. Nonlinear output stabilization control for multimachine power systems // IEEE Trans. on Circuits and Systems. 2000. Part 1. Vol. 47, N. 1. P. 46—53.

30. Dehghani M., Nikravesh S. K. Y. Nonlinear state space model identification of synchronous generator // Electric Power Systems Research. 2008. Vol. 78. P. 926—940.

31. Fridman E. A refined input delay approach to sampleddata control // Automatica. 2010. Vol. 46. P. 421—427.


Для цитирования:


Фуртат И.Б., Гущин П.А., Перегудин А.А. Алгоритм управления по выходу нелинейными системами с компенсацией возмущений и помех измерения. Мехатроника, автоматизация, управление. 2019;20(1):3-15. https://doi.org/10.17587/mau.20.3-15

For citation:


Furtat I.B., Gushchin P.A., Peregudin A.A. Output Feedback Algorithm for Nonlinear Systems with Compensation of Bounded Disturbances and Measurement Noises. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2019;20(1):3-15. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.20.3-15

Просмотров: 94


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