Для линейных объектов высокого порядка (n l 4) практически неизвестны аналитические (точные) алгоритмы управления в форме обратной связи, оптимальные по критерию быстродействия, и для них остается актуальной задача синтеза приближенно быстродействующих законов управления. В этой части работы развивается подход к синтезу быстродействующих систем высокого порядка, предложенный в первой части статьи, использующий идею преобразования исходной задачи быстродействия к аналогичной задаче управления объектами, описываемыми моделями первого или второго порядка, для которых известны оптимальные по быстродействию алгоритмы управления. Данные алгоритмы лежат в основе исследуемого подхода к синтезу быстродействующих систем, который предполагает нахождение специальных функций, описывающих связь фазовых координат моделей объекта низкого порядка (они по аналогии с работами А. А. Колесникова называются агрегированными переменными или макропеременными) с фазовыми координатами исходного объекта высокого порядка, а также расчет параметров используемых моделей низкого порядка, которые обеспечивают в определенном смысле их адекватность исходному объекту и, соответственно, высокое быстродействие синтезируемых систем. В данной части работы, в отличие от первой ее части, при синтезе используются две модели объекта не первого, а второго порядка, которые характеризуются условной и приближенной адекватностью по отношению к исходной модели объекта высокого порядка. В случае условной адекватности параметры модели низкого порядка находятся точно с использованием собственных чисел и векторов исходного объекта, а при приближенной адекватности — с применением метода наименьших квадратов. На основе указанных двух моделей второго порядка разрабатываются две методики синтеза квазиоптимальных регуляторов, которые отличаются использованием нелинейных обратных связей, обеспечивающих повышенное быстродействие конструируемой системы управления, достаточно близкое к предельным значениям. В частности, в примере показано, что при наличии небольшого допустимого перерегулирования время регулирования синтезированной системы может быть меньше, чем в оптимальной системе управления. Таким образом, основное содержание работы посвящено результатам сравнительного анализа свойств указанных быстродействующих регуляторов, а также анализу особенностей и условий применимости предложенных методик синтеза.

Предлагается новый метод оценки параметров несмещенного синусоидального сигнала с экспоненциально затухающей амплитудой. Сигналы данного типа могут наблюдаться в широком диапазоне природных явлений, таких как распространение акустических волн, а также могут характеризовать сложное взаимодействие между компонентами энергосистем. Поэтому, на взгляд авторов, задача оценивания параметров синусоидальных сигналов с экспоненциально затухающей амплитудой является актуальной в настоящее время. Предполагается, что фаза, частота, коэффициент затухания амплитуды сигнала являются неизвестными функциями времени. Предлагается новый метод для параметризации синусоидального сигнала с экспоненциально затухающей амплитудой. На первом этапе сигнал представлен как выход линейного генератора, параметры затухающего синусоидального сигнала (амплитуда, фаза, коэффициент затухания и частота) неизвестны. Далее применяется жорданова форма матрицы и запаздывания для преобразования измеряемого сигнала, затем выводится линейная регрессионная модель, которая зависит от частоты и коэффициента затухания. На последнем этапе неизвестные параметры (частота, коэффициент затухания) рассчитываются из полученных моделей линейной регрессии. Численное моделирование демонстрирует эффективность предложенного алгоритма.

Рассматривается возможность использования измерительной информации о потребляемой мощности (ваттметрограмы) электродвигателем глубинно-насосной установки для диагностики технического состояния оборудования нефтяных скважин. Показано, что одним из возможных путей при этом может быть применение Noise-технологии к обработке сигналов ваттметрограмм.

Предложена технология формирования множества комбинаций эталонных и текущих информативных признаков из оценок нормированных корреляционных функций полезного сигнала ваттметрограммы и показано, что они эквивалентны информативным признакам динамограммы, получаемой от датчика усилия, установленного на подвеске штанговой глубинно-насосной установки. Показано, что они в одинаковой степени отражают техническое состояние скважины и ее оборудования, благодаря чему информативные признаки по ваттметрограмме могут быть использованы для решения задач контроля, идентификации и управления процессом добычи нефти со штанговой глубинно-насосной установкой.

Предложены варианты уменьшения погрешности результатов корреляционного анализа ваттметрограммы и вариант применения нормированных корреляционных функций полезного сигнала ваттметрограммы для решения задач идентификации технического состояния оборудования ШГНУ. Для повышения эффективности систем контроля предложено дублирование функции диагностики системы с применением спектральной технологии Noise-контроля начала и динамики развития неисправностей.

Приведены особенности реализации на промыслах. Рассмотрены возможные варианты применения нормированных корреляционных функций полезного сигнала ваттметрограммы для решения задач идентификации технического состояния скважин в процессе ее эксплуатации. Приводится упрощенная структурная схема дистанционной системы контроля и управления ШГНУ по сигналам ваттметрограммы, которая внедрена на скважинах нефтедобывающего управления "Бибиэйбатнефть" в Азербайджане. Показано, что предложенные в работе алгоритмы и технологии анализа помехи ваттметрограмм, в принципе, могут найти широкое применение во многих областях экономики, где применяются электродвигатели.

Управление перевернутым маятником на тележке является классической задачей теории управления. Динамика перевернутого маятника схожа с динамикой многих реальных систем, представляющих практический интерес, таких как маятниковые системы, ракетные пусковые установки, сигвеи и многие другие. Управление такой системой является сложной задачей в силу неустойчивости и нелинейности системы. Кроме того, физические ограничения, накладываемые на систему, также усложняют процесс проектирования системы управления. Большая часть нелинейностей обусловлена как самой конструкцией системы, так и влиянием внешних возмущений различного характера. В статье представлен подход к анализу системы "маятник—тележка", функционирующей в условиях внешних гармонических воздействий. Предлагаемый подход основан на исследовании характеристического показателя критериальной матрицы системы, именуемого функционал вырождения. Функционал вырождения, сконструированный на спектре сингулярных чисел критериальной матрицы системы, используется как качественный показатель, позволяющий определить диапазон частот гармонического воздействия, на котором система функционирует как единое целое. Для управления системой перевернутого маятника на тележке используется линейно-квадратичный регулятор. Предлагаемый подход иллюстрируется примером.

Обоснована необходимость проведения психофизиологического отбора водителя автотранспортного средства. Среди видов профессионального отбора психофизиологический отбор занимает особое место. Это связано с тем, что психофизиологические исследования позволяют достаточно быстро и объективно измерять большое число психофизиологических свойств. Психофизиологические характеристики человека могут количественно выражать профессионально важные качества и для профессий системы "человек—машина" обладают достаточно высокой прогностичностью. Также обоснована необходимость применения измерительных устройств неинвазивной формы для определения степени надежности водителя автотранспортного средства. Анализ статистики дорожно-транспортных происшествий дает основание считать, что наибольшее число происшествий наблюдается на участках дорог, где водитель испытывает большое нервно-психическое напряжение. Это подтверждает то, что надежность работы водителя согласуется с одной из основных закономерностей психофизиологии — успешностью выполнения работы в зависимости от психического напряжения. Согласно этой закономерности имеется оптимальный уровень эмоциональной напряженности человека, при котором он выполняет работу с наибольшей эффективностью.

Превышение этого оптимального уровня, как и снижение его, сопровождается ухудшением показателей работы. В психофизиологических исследованиях критериями оценки влияния различных дорожных условий на водителя являются значения психофизиологических показателей, соответствующие оптимальному уровню эмоционального напряжения. Исходя из этого определяется степень надежности действий водителя. При проведении эксперимента в целях определения психофизиологических характеристик водителя применение измерительных устройств неинвазивной формы дает возможность оценить степень надежности водителя.

Приведен обзор измерительных устройств для психофизиологических измерений неинвазивной формы. Дано описание наиболее популярных измерительных устройств, таких как электроэнцефалография, электрокардиография, электромиография, отслеживание глаз. Подробно рассмотрен принцип работы каждого измерительного устройства неинвазивной формы, описаны преимущества и недостатки каждого метода.

Предложено синхронизировать эти измерительные устройства и использовать их комплексно с использованием функциональной мощности универсальных вычислительных средств для более точной оценки психофизиологического состояния водителя автотранспортного средства.

В системе Земля—Луна существует множество различных семейств периодических орбит, такие как орбиты Ляпунова, гало-орбиты, вертикальные орбиты и т. д. Создание лунной космической станции требует, чтобы космический корабль имел возможность перелетать между этими орбитами. Орбиты Ляпунова использовались некоторыми миссиями и являются хорошо изученными орбитами, а периодические вертикальные орбиты могут обеспечивать большие амплитуды движения космического аппарата вне плоскости движения Луны, что позволяет избегать затенения орбит и использовать их как опорные для окололунных спутниковых систем связи. Современные исследователи в основном рассматривают использование двигателей большой тяги для перелета. По мере развития технологий электроракетных двигателей применение малой, но длительно действующей тяги для исследования дальнего космоса стало особенно актуальным. Это связано с высокими удельными характеристиками двигательных систем такого типа. В данной статье разработан алгоритм определения оптимального управления с двигателем малой тяги для перелета с орбиты Ляпунова на вертикальную орбиту. В качестве критериев оптимальности используется минимальное время перелета или минимальные затраты рабочего тела. В расчете для решения двухточечной краевой задачи теории оптимального управления используется алгоритм продолжения по параметру, который позволяет постепенно получить переход от некоторых простых результатов к конечной траектории перелета. Полученные результаты позволяют утверждать, что использование промежуточных осевых орбит позволяет использовать двигательные установки с меньшими уровнями тяги. При этом несколько увеличивается длительность перелета при практически неизменном расходе рабочего тела. Более того, использование метода гомотопии позволяет получить управление с уменьшенным расходом рабочего тела, при этом управление дросселированием двигателя становится дискретным. Результаты данного исследования и алгоритмы, предложенные в этой статье, могут быть использованы для определения оптимального программного управления и баллистического проектирования лунных миссий.