Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 23, № 6 (2022)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ 

283-288 118
Аннотация

Рассматривается проблема синтеза адаптивного наблюдателя переменных состояния линейной нестационарной одноканальной динамической системы.  Предполагается, что сигнал управления и выходная  переменная  измеряемы.  При этом допускается, что матрица  состояния  объекта  управления содержит  известные  переменные  и неизвестные  постоянные параметры, а матрица  (вектор) управления неизвестна. Синтез  наблюдателя основан  на методе  GPEBO  (обобщенный наблюдатель, основанный  на оценке  параметров), предложенном  в работе [1]. Синтез  адаптивного наблюдателя предусматривает предварительную параметризацию исходной  системы  и преобразование  ее к линейной  регрессионной  модели с дальнейшей  идентификацией неизвестных параметров.  Для идентификации неизвестных постоянных  параметров  был использован  классический алгоритм  оценки  — метод наименьших  квадратов с фактором  забывания  (forgetting factor). Данный подход хорошо себя зарекомендовал в случаях, когда  известный  регрессор является  "частотно  бедным" (т.  е. спектральный  состав регрессора содержит менее r/2 гармоник, где r — число неизвестных параметров) или не удовлетворяет так  называемому  условию  незатухающего возбуждения.  Для  иллюстрации работоспособности  предложенного  метода в статье  представлен пример, в котором  рассмотрен  нестационарный объект  второго  порядка  с четырьмя  неизвестными параметрами. Была  проведена  параметризация исходной  динамической модели  и получена  линейная  статическая регрессия, содержащая шесть неизвестных параметров  (включая вектор  неизвестных начальных  условий  переменных  состояния  системы).  Синтезирован адаптивный наблюдатель  и представлены результаты  компьютерного  моделирования, иллюстрирующие достижение  заданной  цели.  Основным  отличием  от результатов, опубликованных ранее в работе [2], является  новое допущение  о том, что не только  линейная  нестационарная система  содержит  неизвестные  параметры в матрице  состояния, но и матрица  (вектор) по управлению содержит неизвестные  постоянные  коэффициенты.

289-294 58
Аннотация

Рассматриваются методы использования различных  канонических форм при реализации средств  функционального диагностирования и оценивания переменных  технических систем, описываемых  линейными  динамическими моделями с возмущениями. Исследуются идентификационная и жорданова  канонические формы реализации матрицы, описывающей  динамику системы.  Приводятся основные  соотношения, описывающие  процесс  построения  средств  диагностирования  и оценивания, и проведен  сравнительный анализ  результатов их использования при решении  указанных задач. Показано, что идентификационная каноническая форма дает соотношения, на основе которых могут быть разработаны строгие  алгоритмы  решения  задачи  диагностирования и оценивания. В то же время каноническая форма Жордана предполагает использование эвристических методов в ходе решения отмеченных  задач. Анализ показал, что жорданова форма более предпочтительна в случаях, когда при построении  средств диагностирования и оценивания возможна полная развязка от внешних  возмущений, поскольку  она позволяет  получить  более простые расчетные  соотношения.  Вместе с тем, если возможна  только  частичная  развязка от возмущений, идентификационная каноническая форма дает соотношения, на основе  которых  могут  быть разработаны  строгие  алгоритмы  решения, в то время  как  жорданова форма требует  использования эвристик и не всегда приводит  к оптимальному решению.  Явным  преимуществом жордановой  формы является  то, что она обеспечивает  устойчивость проектируемой системы  автоматически — исходя из вида матрицы  этой формы, в то же время идентификационная каноническая форма предполагает обязательное  использование  обратной связи по сигналу  невязки, который  необходимо специально  генерировать.  Последнее  обстоятельство при использовании жордановой  формы в ряде случаев  позволяет  уменьшить  размерность  проектируемых средств диагностирования и оценивания. Предложен  новый  метод  обеспечения  чувствительности средств  диагностирования к дефектам  за счет анализа  матрицы  наблюдаемости системы и новых правил  построения  матриц, описывающих эти средства.  Теоретические результаты  иллюстрируются практическим примером известной  трехтанковой системы.

295-301 48
Аннотация

Обсуждается  решение  задачи  анализа  и синтеза  системы  управления с нечетким регулятором  (нечеткой системы управления) на основе оценки  степени  устойчивости. По мере возрастания интереса  к нечетким системам  управления все более активно разрабатываются различные  подходы к исследованию таких  систем. Одно из наиболее активно развивающихся  направлений основывается  на модификации методов оценки  областей  устойчивости нелинейных САУ, однако, при решении  большинства  практических задач  этих  знаний  недостаточно, поскольку  разработчику необходимо  обеспечить  требуемые  качественные характеристики  переходного  процесса  (и, в частности, время  регулирования). В основу предлагаемого  решения  положен  критерий   абсолютной  устойчивости для  системы  с аппроксимированной  нелинейной характеристикой нечеткого  регулятора, которая  может быть получена  непосредственно  на основе применения  метода Сугено.  В статье  разрабатывается модифицированный под нечеткую систему  управления круговой  критерий  абсолютной устойчивости Якубовича,  использующий смещенную  АФЧХ  линейной  части.  При  таком  подходе  удается  получить вполне  конструктивное решение  задачи  синтеза  параметров  нечеткого  регулятора  в частотной  области.  На  примере нечетких систем  управления со статической и астатической линейными  частями  показаны  особенности  применения разработанного  подхода  и предложены  методики  синтеза  параметров  нечеткого  регулятора.  Проведен  анализ  влияния отдельных  компонент  нелинейного  преобразования на качество  переходного  процесса, и на основе этого дан ряд практических  рекомендаций по коррекции настроек  нечеткого  регулятора, обеспечивающих требуемое быстродействие.

302-308 47
Аннотация

В настоящее  время особую актуальность приобретают  исследования эргатических систем управления подвижными объектами, в которых важная  роль отводится  человеку-оператору. Эффективность функционирования таких  систем в  значительной мере  зависит  от  состояния  человека-оператора и, в  первую  очередь, от  его ситуационной осведомленности.  Недостаточная или  неадекватная осведомленность  оператора  о ситуации в подобных  системах  является одним  из основных  факторов  несчастных  случаев, связанных  с человеческой  ошибкой.  Поэтому  актуальной является задача создания  моделей профессиональной  деятельности человека-оператора, включая  модели его ситуационной осведомленности.  Показано, что в основе ситуационной осведомленности лежат  ментальные  модели человека-оператора. Их адекватность зависит  от многих  субъективных характеристик (факторов), свойственных человеку, например, от его интеллекта,  психического состояния, накопленного опыта.  Математическая формализация позволит  уменьшить субъективную составляющую в формировании  ситуационной осведомленности. Отмечено, что  важными  свойствами ситуационной осведомленности человека-оператора являются ассоциативность и ранжирование информации  в зависимости  от контекста решаемой задачи.  Поэтому  ситуационная осведомленность  обеспечивает  восприятие  текущей ситуации и позволяет  принимать  правильные  решения в ответ на те или иные угрозы. Приведены  уровни реализации ситуационной осведомленности у человека-оператора. Особенность первого уровня состоит в необходимости  совместной обработки  большого объема разнородной  информации  в целях  выявления значимых  фактов  и критической информации о внешних  объектах.  Задачей  второго  уровня  является  формирование  целостной  картины  ситуации, что основано  на имеющихся  знаниях  и предшествующем опыте.  Третий, самый  высокий, уровень  понимания ситуации основывается на  способности  человека  прогнозировать  действия  подвижных  объектов  и последствия этих  действий. Предложено формировать  модель ситуационной осведомленности  на основе  синергетического подхода  Хакена.  Как  и большинство других интеллектуальных систем, синергетическая модель Хакена  включает процессы обучения и распознавания. Дано описание  процесса распознавания критической ситуации с помощью обученной синергетической модели. Отмечено  значение параметра  внимания, который  характеризует важность  конкретной характеристики состояния  управляемого объекта в эргатической системе.  Исследованы  ассоциативные свойства  синергетической модели и ее способность ранжирования  исходной  информации  в процессе анализа  угроз при управлении вертолетом.

АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 

309-316 49
Аннотация

Описан   подход  к  решению  задачи  управления  дискретным   производством   на  основе  эталонной   имитационной модели.  В  качестве   объекта  исследования выбрана  производственная система,  представленная  типичным   технологическим  оборудованием.  Имитационная модель использует  математический аппарат  временных  сетей Петри.

Сформирован  и апробирован  метод автоматизированного получения  готовых  к использованию моделей  производства.  В основу  метода  положена  идея  синтеза  общей модели  производственного процесса  из моделей  типовых  технологических процессов.  В практике применения  сетей  Петри  сложность  разработки, последующей  интерпретации моделей, а следовательно, и внесения  изменений  — факторы, значимо  сдерживающие  их практическое использование.

Предложен  новый  способ влияния  на  критерий  оптимальности через  задание  различных  отношений  инциденций в сети  Петри.  В структуре  матрицы  инциденций выделены  неизменяемая и изменяемая части.  Использован способ задания  структуры  изменяемой  части  через  вектор  параметров, что  позволило  использовать   метаэвристический алгоритм  поиска  ее наилучшей  структуры. Сформулирована задача оптимального планирования производства, определенная  для  описанного  выше  подхода.  Биоинспирированный алгоритм  прыгающих  лягушек  адаптирован к  поиску наилучшей   для  заданного  критерия   оптимальности структуры   сети.  Изменения указанного алгоритма   позволили сократить  число шагов  поиска  и работать  с параметрами дискретного  типа.  В процессе  решения  использован  наиболее популярный  критерий  оптимальности. Полученные  теоретические результаты  находятся  в рамках  оптимизационно-имитационного подхода и являются его логическим  развитием.

Разработанный подход к решению  задачи  оптимального  управления производством  развивает теорию  сетей  Петри, делает  ее более пригодной  для моделирования сложных  систем  с разветвленной структурой и большим  числом взаимных  связей.  На основе разработанных теоретических положений  представлен  тестовый  пример, характеризующий эффект от их применения. Определены  рекомендации по практическому использованию предложенного  подхода в смысле минимизации времени  принятия управленческих решений  с требуемой  точностью.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 

317-326 44
Аннотация

Изложены   методологические  и  технологические  аспекты   численного  синтеза   интегрированной  многофункциональной системы усвоения  навигационной информации, доставляемой разнесенными  в пространстве бортовыми датчиками   спутникового  позиционирования  подвижного  объекта  (технологической  платформы,  ТП)   и  совмещенными с  ними  трехкомпонентными  измерителями  вектора  кажущегося   ускорения   —  3D-ньютонометрами.  Современные методы и практики систем  наблюдения  и управления движущимися объектами  существенно  ориентированы  на глубокие  математически формализованные представления этой  предметной  области.  В свете  таких  представлений и следует  рассматривать содержание  статьи  о проблеме  комплементарности двух  различных  по физической  природе видов  информации  и о перспективах такого  исследования.

Основные  модельные  математически  формализованные конструкции  следуют  фундаментальной  калмановской парадигме   "состояние—измерение" и,  таким   образом, ориентированы  на  численное  решение  некорректно  поставленных  обратных  задач  определения  движения  ТП  как  твердого  тела  с возможностью  работы в реальном  времени. В качестве  базовой  системы  координат  выбрана  эллипсоидальная система, дополнительно к которой  введены  иные координатные системы, с неизбежной  необходимостью  обусловливающие решения  задач  благодаря  сформированной совокупности соответствующих транслирующих преобразований. Представлены алгоритмы  вычисления  кинематических  параметров  траектории и пространственной ориентации ТП,  характеристик каузальности движения  — сил и моментов, а также  предложены  численные  решения  проблем мобильной  векторной  гравиметрии и гравитационной градиентометрии. Разработан  алгоритм  имитации бортового мультипозиционирования,  обусловливающий проведение верифицирующих вычислительных экспериментов; их некоторые  результаты  приведены  в статье.  Программный комплекс,  реализующий рассматриваемые алгоритмы  имитации и решения, разработан  на языке  Julia  и позволяет получать  полный  набор данных  состояния  всех систем  в любой дискретной  временной  точке  имитатора.

327-336 42
Аннотация

Решается  задача  оперативного  выбора подходящей  в сложившихся условиях  функционирования конфигурации компонентов  избыточного  комплекса бортового оборудования  в интересах  обеспечения  высокой  отказоустойчивости комплекса, а также  достижения  других  эксплуатационно-технических характеристик. Основу  системы  управления избыточностью  комплекса  составляют супервизоры  конфигураций – программные  объекты  по  числу  заблаговременно отработанных  конкурентоспособных конфигураций разнородного  и неуниверсального оборудования  комплекса. Выбор предпочтительной конфигурации  предлагается осуществлять путем  выполнения  многоуровневого  арбитража, включающего две фазы парного арбитража  вычислителей комплекса и парный арбитраж супервизоров  конфигураций. Средства обоих видов арбитража  предлагается  включать в каждый  супервизор  конфигурации, что обеспечивает  его самодостаточность  при участии  в конкурсном отборе. Вторая  часть статьи  посвящена  арбитражу  вычислителей для реализации функций  управления избыточностью.  Подход применим  к вычислительной среде с множеством  сопоставимых по возможностям  вычислительных устройств  и содержит две фазы. В первой фазе осуществляется предварительный выбор конкурирующей пары вычислителей — претендентов  на реализацию в них функций  управления избыточностью. В перерыве между фазами  в вычислителях пары реализуются процедуры парного арбитража  конфигураций, приведенные в первой  части  статьи.  Во второй  фазе осуществляется окончательный выбор α-вычислителя,  в котором  будет реализован   победивший  в  арбитраже  супервизор.  Для  достижения   предельно  возможной  децентрализации процедур выбора и, как  следствие, исключения "узких"  в смысле надежности  мест предложены  дополнительно:  организация защищенного  обмена данными  между вычислителями на основе технологии  распределенного  реестра; процедура  парного арбитража  вычислителей, заключающаяся во взаимной  перекрестной валидации доминирующих супервизоров  предварительно  выделенной  пары за счет сравнения  матриц  предпочтений, включающей информационные  посылки  cубъектов арбитража.  Приводится методический пример, демонстрирующий особенности функционирования системы в условиях деградации  вычислителей. Предложенный подход может применяться для решения задач управления реконфигурированием разнородных  вычислительных средств комплексов оборудования  технических объектов.



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