Исследуется решение так называемой задачи максимального быстродействия линейной системы управления, в которой, в отличие от классической задачи оптимального быстродействия с управлением релейного характера, для линейного объекта определяется линейный алгоритм управления, обеспечивающий предельное быстродействие системы. Эта задача имеет важное прикладное значение вследствие широкого применения на практике линейных законов управления. Задача сформулирована применительно к непрерывным объектам управления высокого порядка, описываемым соответствующей передаточной функцией или эквивалентной системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Время переходного процесса (время регулирования) синтезируемой системы понимается в смысле классической теории автоматического управления и определяется с использованием "трубки", значение которой принимается, в отличие от известных работ, равной требуемому (желаемому) небольшому значению перерегулирования системы в несколько процентов (2...5 %). Равенство величин, характеризующих "трубку" и желаемое перерегулирование синтезируемой системы, обеспечивает в дальнейшем однозначность решения задачи максимального быстродействия, которая ставится в следующей формулировке: требуется найти линейный алгоритм обратной связи, обеспечивающий замкнутой системе регулирования заданный порядок астатизма и переводящий объект управления из начального состояния в конечное, определяемое постоянным сигналом задания регулятора, с минимальным значением времени переходных процессов системы и заданным значением перерегулирования при выполнении ограничения на сигнал управления.

В настоящее время данная задача решена приближенно алгебраическим методом синтеза систем управления при определении желаемой передаточной функции конструируемой системы на основе типовых (эталонных) нормированных передаточных функций. Приближенный характер решения определяется тем, что эталонные передаточные функции, применяемые при синтезе быстродействующих систем, установлены эмпирически. В данной работе предлагается математически обоснованное решение задачи максимального быстродействия с использованием теории аналитического конструирования оптимальных регуляторов. Максимальное быстродействие и заданные ограничения на перерегулирование и сигнал управления в синтезируемой системе обеспечиваются предложенным способом выбора весовых коэффициентов квадратичного функционала качества. Подчеркнем, что предложенный метод синтеза быстродействующих систем в отличие от алгебраического метода применим к более широкому классу объектов управления: как минимально-фазовым, так и не минимально-фазовым, как содержащим нули, так и не содержащим. Метод иллюстрируется примером синтеза быстродействующей системы управления четвертого порядка, содержащим результаты ее моделирования.

Статья посвящена анализу методов решения систем многозначных логических уравнений методами итерации. С помощью итерационных методов решения реализуется математическое описание основного процесса функционально-логического моделирования, которое выполняется на этапе проектирования цифровых систем управления объектами для проверки правильности проекта. Рассмотрение многозначных (конечнозначных) значений логических сигналов на выводах блоков и элементов цифровых систем объясняется тем фактом, что в ряде случаев для анализа правильности временных соотношений при моделировании технических средств цифровых систем используется несколько значное представление двоичных логических сигналов, а также тем, что в последнее время ведется разработка логических элементов, реализующих четырех и более значную логику. На основе анализа структуры системы логических уравнений, используемой при моделировании цифровой аппаратуры, с применением графовых и логических моделей проводится анализ существования решений и их числа. Анализируются итерационные методы простой и обобщенной итерации, показывается связь между числом решений системы уравнений и ее графовым представлением, отражающим заданную схему соединения элементов технических средств цифровой системы управления. Для метода обобщенной итерации рассматриваются варианты с различным строением следа итерации, в частности, показывается, что при определенном строении следа итерации обобщенная итерация превращается в простую итерацию или итерацию Зейделя. Показано, что обобщенная итерация наиболее адекватно описывает процесс моделирования переключения логических сигналов в моделируемой схеме технических средств цифровых систем управления. Показано соответствие между различными вариантами функционально-логического моделирования цифровых систем и используемыми методами итерационного решения систем логических уравнений.

Обсуждается разработка алгоритмов построения доверительного интервала для математического ожидания помехи зашумленного сигнала. Показано, что характеристики помехи можно использовать как информативные признаки начала зарождения дефекта технического объекта. Отмечено, что задача определения динамики изменения технического состояния объекта оказывается более важной, чем контроль начала возникновения неисправности, поскольку при незначительном развитии неисправности или отсутствии ее развития не возникает необходимость в остановке объекта на ремонт. Сильная же динамика развития дефекта требует принятия безотлагательных мер. Отмечено, что своевременное решение этой задачи особенно актуально для объектов нефтеи газодобычи и других подобных объектов. Показано, что доверительные интервалы для характеристик помехи зашумленного сигнала могут быть использованы как информативные признаки определения динамики развития неисправности. Разработаны алгоритмы определения доверительного интервала для математического ожидания помехи.

Предложена технология определения скрытого периода зарождения неисправности технических объектов и динамики ее развития с использованием доверительного интервала для математического ожидания помехи. Для этого в момент времени, когда объект находится в нормальном состоянии, строится доверительный интервал для математического ожидания помехи, и составляется множество возможных значений, попавших в этот интервал. Через определенный промежуток времени эта процедура повторяется. Отмечено, что при возникновении неисправности ширина доверительного интервала увеличивается. Поэтому находится разность множеств возможных значений математического ожидания помехи в предыдущий и настоящий моменты времени. Устанавливается соответствие между значением этой разности и степенью развития повреждения. По разности множеств возможных значений математического ожидания помехи выявляется динамика развития неисправности во времени. Затем делаются соответствующие выводы типа "неисправность развивается с равномерной интенсивностью", "неисправность развивается интенсивно", "неисправность развивается очень интенсивно" и т.д. В зависимости от степени развития неисправности проводятся соответствующие профилактические или ремонтные работы с остановкой или без остановки работы объекта контроля.

Для проверки достоверности разработанного алгоритма построения доверительного интервала для математического ожидания помехи зашумленного сигнала и технологии определения скрытого периода зарождения неисправности технических объектов и  динамики ее развития проведены  вычислительные эксперименты с использованием средства  компьютерной  математики  MATLAB.

Наличие в автоматической системе объекта с запаздыванием, превышающего по значению максимального временного параметра объекта регулирования, снижает качество работы типовых регуляторов (интегральный, пропорционально-интегральный, пропорционально-интегрально-дифференциальный). Присутствие в системе такого запаздывания требует обращения к тому или иному классу регуляторов, компенсирующих отрицательные влияния запаздывания.  В  настоящей  работе  рассматривается  известный  своими  преимуществами  ПИ  регулятор  с  пере менными или переключаемыми параметрами, относящийся к классу регуляторов с переменной структурой (РПС), не использующих скользящий режим. Ввиду того, что используемый регулятор содержит переключаемые параметры и рассматривается объект с запаздыванием, то использование аналитических подходов к параметрической оптимизации системы крайне сложно. Это приводит к необходимости обращаться к алгоритмическим методам.

В  настоящей  работе  используется  градиентный  алгоритм,  в  котором  составляющие  градиента  вычисляются с  помощью  функций  чувствительности  с  их  известными  преимуществами.  Сформированный  алгоритм  автоматической параметрической оптимизации (АПО) вычислил оптимальные параметры РПС для заданного объекта исходя из  минимума  интегрального  квадратичного  критерия.  Достоверность  найденного  вектора  настройки  регулятора, сформированного алгоритмом АПО, подтверждается вычислительной методикой. Алгритм АПО с достаточной для практики точностью решил поставленную задачу параметрической оптимизации. Полученный положительный опыт оптимизации ПИ регулятора с переменными параметрами позволяет применить его к другим РПС, не использующим скользящий режим и, таким образом, в дальнейшем расширить практику применения градиентного алгоритма на основе функций чувствительности для такого класса РПС при различных законах переключения структур регулятора.

Рассматривается функциональная  схема системы воздушных сигналов  самолета с неподвижным невыступающим приемником потока, построенным на основе оригинального ионно-меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, на приемной плате которого установлено отверстие-приемник для восприятия статического давления набегающего воздушного потока. Отмечается, что недостатки традиционных систем воздушных сигналов (СВС) самолета, построенных на основе вынесенных за обшивку фюзеляжа и установленных в набегающем воздушном потоке приемников воздушных давлений, приемников температуры торможения, флюгерных датчиков аэродинамических углов атаки и скольжения, устраняются в оригинальной СВС с неподвижным невыступающим приемником потока.

Приводятся модели операторной чувствительности и динамических погрешностей измерительных каналов, обусловленных случайной стационарной атмосферной турбулентностью и случайными пульсациями потока в месте расположения ионно-меточного датчика на фюзеляже самолета.

Для снижения стационарных динамических погрешностей измерительных каналов СВС с неподвижным невыступающим приемником потока, обусловленных атмосферной турбулентностью, рекомендуется использовать оптимальный линейный фильтр Винера, методика синтеза которого раскрывается на примере канала измерения истинной воздушной скорости.

Для снижения стационарных случайных динамических погрешностей измерительных каналов СВС с неподвижным невыступающим приемником из-за пульсаций потока вблизи фюзеляжа в месте расположения ионно-меточного датчика рекомендовано использовать принцип комплексирования. В качестве дополнительного компонента комплексной системы воздушных сигналов предлагается использовать аэромеханическую измерительно-вычислительную систему, построенную на основе метода VIMI с наблюдателем Люэнбергера, которая моделирует движение самолета на данном режиме полета и по параметрам полета, измеряемым с высокой точностью с помощью невыступающих приемников, "восстанавливает" воздушные сигналы, входящие в уравнения движения самолета.

Приводится структура, методика и алгоритмы определения воздушных сигналов в каналах аэромеханической измерительно-вычислительный системы с наблюдателем Люэнбергера. На примере измерения истинной воздушной скорости проводится анализ и количественная оценка остаточной динамической погрешности комплексированного канала комплексной СВС самолета с неподвижным невыступающим приемником потока.

Использование низкоорбитальных группировок малых или сверхмалых спутников для решения задач дистанционного зондирования Земли представляется перспективным направлением развития космической деятельности. Реализация такой перспективы требует изучения широкого круга новых задач, одной из которых является разработка систем управления такими группировками. Принципиально новым аспектом в содержании этой задачи являются возможности использования связи между спутниками и сети связи космической системы в целом. При этом выбор подхода к разработке системы управления зависит от того, в каком режиме может происходить информационный обмен — в режиме реального времени или с временными задержками. В статье рассматриваются различные варианты орбитального построения группировок спутников, предопределяющие режимы информационного обмена. Объектом исследований является космическая система, в которой информационный обмен может происходить с временными задержками. Задачей исследований является разработка методики для оценки влияния пропускной способности сети связи на эффективность функционирования космической системы. Показателями эффективности являются оперативность выполнения заявок и производительность космической системы — объем данных, доставляемый группировкой спутников на Землю в течение определенного периода времени. Основой методики является имитационная модель, в которой моделируется функционирование спутников и объектов наземной инфраструктуры, использование разработанного прототипа системы управления и соответствующий информационный обмен в сети связи.