Сравнение методов классической и синергетической теорий управления движением автономного подводного аппарата

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. 

1. Тарасов Н. Н., Тахтамышев М. Г. Алгоритм принятия решений при управлении балластной системой подводного аппарата // Проблемы управления. 2011. № 1. С. 74—77.

2. 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.

3. Ивель В. П., Герасимова Ю. В. Адаптивная система вертикального позиционирования автономного подводного аппарата // Наука и мир. 2014. Т. 1. № 2(6). С. 161—164.

4. Чернухин Ю. В. Искусственный интеллект и нейрокомпьютеры. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997. 273 с.

5. 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.

6. Hyakudome T. Design of Autonomous Underwater Vehicle // International Journal of Advanced Robotic Systems. 2011. Vol. 8, N. 1. P. 131—139.

7. Бочаров Л. Необитаемые подводные аппараты: состояние и общие тенденции развития // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2009. № 7. С. 62—69.

8. 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.

9. Лукомский Ю. А., Лукомский Ю. А., Чугунов В. С. Системы управления морскими подвижными объектами. Л.: Судостроение, 1988. 272 с.

10. Тарасов Н. Н., Тахтамышев М. Г. Алгоритм принятия решений при управлении балластной системой подводного аппарата // Проблемы управления. 2011. № 1. С. 74—77.

11. Мирошник И. В., Никифоров В. О., Фрадков А. Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 2000. 549 с.

12. Дружинина М. В., Никифоров В. О., Фрадков А. Л. Методы адаптивного управления нелинейными объектами по выходу // Автоматика и телемеханика. 1996. № 2. С. 3—33.

13. Перельман И. И. Анализ современных методов адаптивного управления с позиции приложения автоматизации технологических процессов // Автоматика и телемеханика. 1991. № 7. С. 3—32.

14. Мирошник И. В., Никифоров В. О. Адаптивное управление пространственным движением нелинейных объектов // Автоматика и телемеханика. 1991. № 7. С. 78—87.

15. Колесников А. А. Синергетическая теория. М.: Энергоатомиздат, 1994. 344 с.

16. Синергетика: процессы самоорганизации и управления: часть 2 / Под общ. Ред. А. А. Колесникова. Таганрог: ТРТУ, 2005. 358 с.

17. Колесников А. А. Синергетические методы управления сложными системами: теория системного синтеза. М.: Едиториал УРСС / КомКнига, 2012. 240 с.

18. 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.