Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 21, № 11 (2020)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

611-621 68
Аннотация

В теории и практике построения автоматических систем важное место занимает проблема синтеза линейных стационарных систем автоматического регулирования (САР) с заданными показателями динамического качества процессов регулирования, которые связывают с видом и параметрами переходной характеристики системы. Исходные требования к динамическому качеству САР возможно формализовать посредством задания желаемой структуры и параметров передаточной функции (ПФ) системы — коэффициента усиления, нулей и полюсов.

В механизме формирования желаемой ПФ синтезируемой САР необходимо учитывать фактор компенсации нулей и полюсов объекта управления: они хотя и исключаются из ПФ канала "уставка—выход", но становятся полюсами синтезируемой системы и неизбежно проявляются в ее динамике при действии внешних возмущений.

В первой части статьи анализируется эффект компенсации нулей и полюсов объекта управления в САР, а также исследуется влияние фактора неминимально-фазовых нулей на динамику систем. Данный эффект и его негативные результаты наглядно проявляются в классическом компенсационном подходе к синтезу регуляторов по априори заданной (желаемой, эталонной) ПФ замкнутой САР.

Во второй части статьи изложен классический полиномиальный метод синтеза модальных компенсаторов, принципиальным недостатком которого является появление неконтролируемых ("паразитных") нулей. Предлагаются новые схемы регулирования, совмещающие функциональные возможности компенсационного и модального подходов. Обсуждаются и анализируются два метода синтеза САР с желаемыми полюсами и нулями системы, исключающие эффект появления "паразитных" нулей. В первом методе в структуру регулятора включаются последовательное и параллельное корректирующие звенья (КЗ). Последнее содержит малые постоянные времени, которые порождают быстрозатухающие моды, влиянием которых на процессы регулирования можно пренебречь. Во втором методе также используется последовательное КЗ, однако вместо параллельного КЗ используется модальная обратная связь (МОС). Ключевое значение при этом играет свойство инвариантности нулей ПФ объекта при замыкании его МОС. Обсуждается возможность компенсации нежелательных левых нулей объекта, которые попадают в область локализации спектров быстрозатухающих мод.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

622-629 50
Аннотация

Рассмотрены пути интеллектуализации процессов управления автономными необитаемыми подводными аппаратами (АНПА) на примере решения трех задач, от которых во многом зависит успешное применение АНПА.

Первой задачей является создание системы управления (СУ) АНПА, обеспечивающей достижение цели миссии в условиях возникновения нештатных ситуаций, обусловленных как внешними, так и внутренними причинами, а также преднамеренного и непреднамеренного противодействия. Показано, что для построения СУ АНПА в наибольшей степени подходит децентрализованная мультиагентная структура, в которой каждая система АНПА является самостоятельным независимым интеллектуальным агентом с собственной системой управления. СУ должна быть оснащена набором адаптивных алгоритмов, обеспечивающих: управление АНПА в условиях возникновения нештатных ситуаций с учетом ограничений по запасу электроэнергии, скорости хода, точности автономной подводной навигации, дальности гидроакустической связи; рациональное распределение энергоресурсов по системам АНПА в соответствии со сложившейся обстановкой; сохранение функциональной устойчивости АНПА при частичной неисправности технических средств.

Второй задачей является создание системы подводной навигации, обеспечивающей выполнение миссий АНПА на больших удалениях от пункта базирования. Поскольку навигация АНПА с использованием только бортовых средств (инерциальной навигационной системы и лага) не обеспечивает необходимой точности, необходимым условием плавания АНПА на большие расстояния является выполнение обсервации с использованием внешних источников, выбор которых в сложившихся условиях представляет собой нетривиальную задачу.

Третьей задачей является создание системы сетевой подводной связи (СПС), обеспечивающей групповое применение АНПА. Наземным аналогом СПС является сетевая радиосвязь. Но если последняя достаточно хорошо развита, то первая только делает начальные шаги. Обусловлено это как более поздней практической востребованностью СПС, так и множеством фундаментальных физических факторов, затрудняющих развитие СПС, к которым относятся: существенно ограниченная полоса частот, которая может использоваться на практике для передачи сигнала; большое время распространения гидроакустического сигнала по сравнению с радиосигналом; образование протяженных зон тени и замирания связного сигнала вследствие его многолучевого распространения; значительные доплеровские искажения; быстрая изменчивость характеристик гидроакустической среды.

630-638 65
Аннотация
Рассматривается задача движения автопоезда по криволинейной траектории с оптимальной скоростью. Для решения задачи предлагается алгоритм управления, основанный на стратегии многосвязного упреждающего управления. Упреждающее управление предполагает вычисление последовательности управляющих воздействий путем решения задачи оптимального управления на фиксированном конечном горизонте для текущего состояния нестационарной нелинейной системы. В качестве управляющих воздействий используются угол поворота управляемых колес автомобилятягача и ускорение автопоезда. Продольная и поперечная динамика описывается неявной нелинейной математической моделью в непрерывном времени. Построение дискретной линейной нестационарной модели для прогнозирования, описывающей динамику отклонения системы от опорной траектории, основывается на дискретизации исходной системы методом Эйлера и вычислении явных аналитических выражений для ее якобиана с помощью пакета символьных вычислений системы MATLAB. Опорная траектория и соответствующие опорные значения вектора состояний вычисляются с помощью известных геометрических методов, использующих информацию о координатах траектории и ее кривизне. При вычислении опорной скорости учитываются ее ограничения по заносу и опрокидыванию. Для тестирования предлагаемого алгоритма разработана компьютерная модель в среде имитационного моделирования Simulink. Представлены результаты тестирования движения автопоезда по заданной траектории при различных значениях опорной скорости. Показано, что алгоритм обеспечивает достаточно высокую точность следования опорной траектории, поддержание скорости, близкой к ее опорному значению, и малые значения угла складывания при значениях опорной скорости не более 18 м/с и радиусах кривизны поворотов не менее 250 м. Разработанный алгоритм в дальнейшем может быть использован для разработки систем активной помощи водителю и автономных автопоездов.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

639-650 29
Аннотация
Выполнен обзор работ по актуальной в настоящее время проблеме планирования работы космических систем наблюдения, позволяющий дать оценку текущего состояния исследований по данной тематике, возможности их практического применения полученных результатов и перспектив развития. Приводится перечень требований, которым должны удовлетворять методы и средства планирования для обеспечения возможности применения их на практике. Описывается общая постановка задачи планирования работы космических систем наблюдения, позволяющая дать оценку ее сложности и многокритериальности. Анализируются работы, посвященные как разработке методик решения описанной задачи в общем виде, так и исследованиям, направленным на решение частных проблем, таких как: планирование работы целевой аппаратуры космического аппарата с учетом максимально возможного отклонения линии визирования от вертикали, планирование съемки с учетом быстроменяющихся метеоусловий, оптимизация выполнения сеансов связи между спутником и наземными станциями, оптимизация наблюдения площадного района и т.д. По результатам проведенного анализа делаются выводы, что имеющиеся в настоящее время методики планирования в основном имеют централизованный характер и опираются на различного рода эвристики для сокращения перебора, реализуемые как модификации под конкретную задачу. Кроме того, ни одно из решений, предложенных в рассмотренных статьях, не соответствует требованиям по масштабируемости, адаптивности, учету индивидуальных особенностей заявок и ресурсов и гибкости решения. Для преодоления приведенных недостатков предлагается расширенное применение мультиагентных технологий. Однако это требует значительной работы для их развития с учетом специфики данной задачи. Развитие предлагаемых подходов в перспективе позволит создавать автономные интеллектуальные системы управления спутниковыми группировками по типу "самоорганизующихся роев", со встроенными способностями к прямому взаимодействию и принятию решений в каждом спутнике, канале и узле связи, что предполагает реализацию полного цикла распределенного многокритериального ситуационного управления ресурсами в реальном времени.
651-655 40
Аннотация
Рассмотрена задача оптимального управления относительным движением группы (пары) космических аппаратов (КА), которая сформулирована в виде задачи Лагранжа на основе критерия минимизации расхода управляющих ускорений, соответствующего минимизации расхода рабочего тела или удельного импульса тяги. На основе уравнений Хилла—Клохесси—Уилтшира получена математическая модель относительного пространственного движения пары КА, находящейся на круговой орбите вокруг центрального тела. При этом один из них является управляемым, а другой — неуправляемым КА. Проведено аналитическое описание управления движением такой пары КА. Сформулирован критерий оптимальности, который определяет минимизацию расхода управляющих ускорений КА для решения задачи с заданными граничными условиями на фиксированном интервале времени. Получена система уравнений Эйлера—Лагранжа как необходимое условие существования экстремума. Получено аналитическое решение задачи Лагранжа. Для исследования полученного решения выполнено моделирование относительного движения КА по дистанции, относительной высоте, боковому отклонению для четырех временных интервалов, равных половине витка, одному, двум и четырем виткам. Исследовано влияние располагаемого времени (длительности) маневра КА на значение потребных максимальных управляющих ускорений и форму траекторий. Определена зависимость заданного критерия оптимальности управления от длительности маневра. Показано, что с увеличением длительности маневра уменьшаются суммарные затраты управляющих ускорений КА и максимальное значение управляющих ускорений. Показано изменение формы оптимальных траекторий и, соответственно, программного закона управления КА с увеличением длительности маневра. Обсуждается практическое применение полученных результатов. На основе аналитического решения предложен алгоритм синтеза управляющих ускорений КА, содержащий этапы определения начального относительного положения КА; определения потребного относительного положения КА; определения желаемой длительности маневра; вычисления значений постоянных интегрирования с учетом начального и желаемого состояний и длительности маневра КА; синтеза оптимальных управляющих ускорений и траекторий КА с использованием полученного аналитического решения.
656-662 38
Аннотация

Рассматривается оптимальное управление безопасностью полета воздушного судна, на базе которого проводится определение сигнала парирования угрозы авиационного происшествия. В процессе анализа воздействующих на безопасность полета воздушного судна факторов выделены в отдельные группы психофизическое состояние экипажа, исправность бортового оборудования летательного аппарата и погодные условия полета. На основе выполненного анализа предложена целевая функция управления безопасностью полета воздушного судна в виде максимума оценки безопасности полета, который обеспечивается выходным сигналом системы управления безопасности полета судна. Определение сигнала управления осуществляется на базе графа состояния условий полета воздушного судна, который позволяет оценить причинно-следственную взаимосвязь факторов угрозы авиационного происшествия, а также определить сигнал управления безопасностью полета судна.

Полученные в процессе выполнения работы результаты могут быть использованы для программно-аппаратной реализации систем управления безопасностью полета воздушных судов, а также при проектировании систем и комплексов его бортового оборудования.



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