Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Харківський національний університет радіоелектроніки
Адонін Олег Валерійович
УДК 681.513.6
АКТИВНО-АДАПТИВНЕ КЕРУВАННЯ ДИНАМІЧНИМИ ОБ'ЄКТАМИ ЗА НАЯВНОСТІ ОБМЕЖЕНЬ НА ФАЗОВІ ЗМІННІ
05.13.03 –системи та процеси керування
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник – доктор технічних наук, професор
Бодянський Євгеній Володимирович,
Харківський національний університет радіоелектроніки,
професор кафедри штучного інтелекту.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Абрамов Юрій Олексійович,
Академія цивільного захисту України,
проректор з наукової роботи, професор кафедри пожежної автоматики та зв’язку;
кандидат технічних наук, доцент
Бобух Анатолій Олексійович,
Харківська національна академія міського господарства,
доцент кафедри теплохолодопостачання.
Провідна установа – Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра технічної кібернетики, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.
Захист відбудеться 22.02.2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.02 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.
Автореферат розісланий 20.01.2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Безкоровайний В.В.
загальна характеристика роботи
Актуальність теми. На сьогодні адаптивні системи керування є галуззю сучасної теорії управління, що інтенсивно розвивається і відображає об’єктивну тенденцію сучасної автоматизації щодо вирішення все більш складних і універсальних задач. У зв’язку з необхідністю інтенсифікації технологічних процесів, підвищенням вимог до якості продукції, збільшенням частки нелінійних, нестаціонарних та стохастичних об’єктів адаптивні системи керування грають все більш значну роль.
Необхідно відзначити також, що в умовах значної мінливості більшості реальних об’єктів, наприклад, технологічних процесів, умов оточуючого середовища тощо та значного ступеня апріорної невизначеності, методи адаптивного керування є найбільш ефективними для вирішення конкретних задач.
Незважаючи на велику кількість робіт, присвячених проблемам адаптивного керування, алгоритмів, які враховують можливі обмеження, все-таки небагато. Разом з тим у реальних задачах завжди присутні всілякі обмеження (енергетичні, позиційні, функціональні, екологічні і т.п.) на стани, виходи, керування, похибки і т.п., неврахування яких суттєво знижує ефективність функціонування керованих систем. Крім того, традиційний підхід до синтезу адаптивних систем, заснований на теоремі розділення і принципі стохастичної еквівалентності, породжує низку проблем при керуванні суттєво нестаціонарними об'єктами. Тут, насамперед, слід зазначити низьку швидкість збіжності процесів ідентифікації, що протікають у замкненому контурі. У зв'язку з цим розробка і дослідження нових методів адаптивного керування безсумнівно є актуальною проблемою.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до плану науково-дослідних робіт Харківського національного університету радіоелектроніки в межах держбюджетної теми “Розробка теоретичних основ і математичного забезпечення нейро-фаззі-систем ранньої діагностики, прогнозування і моделювання за умов апріорної та поточної невизначеності” (№ДР 0101U001762), що виконувалась згідно з наказом Міністерства освіти і науки України, та госпдоговірної теми “Розробка алгоритмічного і програмного забезпечення системи керування та діагностики лінії бракування і пакування штучної шкіри”, що виконувались в Проблемній НДЛ АСУ Харківського національного університету радіоелектроніки. В межах зазначених тем здобувачем як виконавцем розроблені методи активно-адаптивного керування та процедури навчання вагових множників.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка методів керування стохастичними об'єктами за умов невизначеності щодо структури та параметрів об'єкта та за наявності обмежень на фазові змінні на основі принципу активної адаптації. Досягнення поставленої мети здійснюється розв'язанням таких основних задач:
– аналіз існуючих методів керування стохастичними об'єктами за умов невизначеності;
– синтез активно-адаптивних законів керування стохастичними об'єктами у просторі “вхід-вихід” з урахуванням обмежень на основі моделей, що настроюються;
– синтез активно-адаптивного закону керування суттєво нестаціонарним динамічним стохастичним об'єктом;
– синтез активно-адаптивного закону керування на основі багатокрокового налагоджувального упереджувача;
– синтез локально-оптимальних активно-адаптивних законів керування стохастичними об'єктами у просторі станів за наявності обмежень на фазові змінні;
– імітаційне моделювання розроблених алгоритмів і моделей і розв'язання з їхньою допомогою реальних практичних задач.
Об’єкт дослідження: динамічні стохастичні об'єкти, що описуються як у просторі стану, так і у просторі “вхід-вихід”, що функціонують за умов апріорної та поточної невизначеності.
Предмет дослідження: активно-адаптивні методи керування.
Методи дослідження: теорія стохастичних систем керування, що дозволила синтезувати закони керування стохастичними об’єктами; нелінійне програмування, що забезпечило відшукання особливих точок лагранжіанів та функцій похибок; рекурентна ідентифікація, що дозволила синтезувати методи настроювання параметрів моделей у реальному часі; імітаційне моделювання, що підтвердило вірогідність отриманих теоретичних результатів.
Наукова новизна отриманих результатів:
– модифіковано активно-адаптивний закон керування в просторі "вхід-вихід" на основі критерія іноваційного дуального керування, що дозволяє врахувати наявні обмеження на величину похибки керування та динаміку керуючого впливу;
– вперше запропоновано закон активно-адаптивного керування суттєво нестаціонарним динамічним стохастичним об'єктом з непараметричною формою опису дрейфу параметрів в просторі "вхід-вихід", який відзначається тим, що здатен ідентифікувати параметри об'єкта для широкого класу дрейфів (поліноміальні, полігармонічні і т.п.), перевершуючи при цьому за якістю керування традиційні стохастично еквівалентні процедури;
– вперше розроблено активно-адаптивний закон керування на основі багатокрокового упереджувача в просторі "вхід-вихід", що забезпечує підтримання обмежень на похибку спостереження упереджувача та керуючого впливу. Цей закон керування характеризується кращою якістю керування, ніж відомі стохастично еквівалентні процедури, особливо в разі запізнення у каналі керування;
– вперше запропоновано локально-оптимальний активно-адаптивний закон керування в просторі станів, що реалізує компроміс між процесами керування та ідентифікації за допомогою додаткового контуру адаптації параметрів критерія, а також підтримання обмежень на стани і керування. Передбачено режими роботи як у реальному, так і в прискореному часі.
Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблені алгоритми та моделі можуть бути використані для керування широким класом динамічних стохастичних об’єктів за умов апріорної та поточної невизначеності щодо їхньої структури та параметрів.
Результати дисертаційної роботи знайшли застосування на заводі “ІСКОЖ-2000”, м. Запоріжжя при розробці програмно-апаратного комплекса керування та діагностики лінії бракування і пакування штучної шкіри, а також у навчальному процесі в Харківському національному університеті радіоелектроніки в курсі “Комп’ютерні системи керування”.
Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що виносяться на захист, отримані здобувачем особисто. У роботах, написаних у співавторстві, здобувачу належить: у роботі [1] –закон адаптивного керування на основі достовірно-еквівалентного підходу; [2] –закон адаптивного керування на основі непрямого підходу; [3] –закон активно-адаптивного керування стохастичними об’єктами зі швидким дрейфом параметрів; [4] –закон адаптивного керування на основі багатокрокового упереджувача; [5] –локально-оптимальний закон керування з додатковим контуром адаптації параметру критерія; [6] –локально-оптимальний закон керування який враховує обмеження на фазові змінні; [7] –процедура активно-адаптивного керування багатовимірними стохастичними об’єктами; [8] –процедура активно-адаптивного керування стохастичними об’єктами зі швидким дрейфом параметрів; [9] –процедура адаптивного керування на основі багатокрокового упереджувача; [10] –локально-оптимальна процедура керування, яка враховує обмеження на фазові змінні; [11] –локально-оптимальна процедура керування з додатковим контуром адаптації параметру критерія.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на 6-й, 7-й і 8-й Міжнародних конференціях “Теорія і техніка передачі, прийому й обробки інформації” (Харків –Туапсе, 2000, 2001, 2002); 7-й Міжнародній конференції з автоматичного керування “Автоматика-2000” (Львів, 2000); VI Міській науково-практичній конференції “Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених Харківщини” (Харків, 2001); 5-му Міжнародному молодіжному форумі “Радіоелектроніка і молодь у XXI столітті” (Харків, 2001).
Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковано в 11 друкованих працях (5 статей в журналах, 6 публікацій у працях конференцій), у тому числі 5 у виданнях, що входять до переліку ВАК України.
Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатку. Повний обсяг дисертації становить 151 сторінок, 24 рисунків, 16 окремих сторінок займають рисунки, 3 додатка на 11 сторінках, список використаних джерел, що включає 106 найменувань та займає 9 сторінок.
основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність завдання, сформульовано мету та задачі дослідження, розкрито наукову та практичну цінність отриманих результатів.
Перший розділ охоплює питання аналізу існуючих підходів до проблеми керування стохастичними об'єктами за умов невизначеності та постановку задачі дослідження. Детально розглянуто різні види систем керування та зроблено висновок про доцільність розробки активно-адаптивних систем, що поєднують можливості активного накопичення інформації в контурі ідентифікації та можливості врахування обмежень, що характерні для стохастичних цифрових регуляторів.
В дисертації розглядаються стохастичні об'єкти керування, що у загальному випадку описуються системою рівнянь у просторі станів:
(1)
де – вектор станів об’єкта;
– вектор керуючих дій;
– вектор виходів об’єкта;
– матриці коефіцієнтів об’єкта, які в загальному випадку залежать від невідомого та нестаціонарного вектора параметрів;
– вектори випадкових збурень таких, що;
– поточний дискретний час.
Задача дослідження полягає в розробці законів керування, що забезпечують мінімум критерію
,
де - бажана траєкторія руху;
за умов апріорної та поточної невизначеності щодо параметрів і структури об'єкта керування (1) та з урахуванням обмежень
.
Другий розділ роботи присвячено активно-адаптивному керуванню динамічним стохастичним нестаціонарним одновимірним об'єктом в умовах невизначеності відносно дрейфуючих параметрів та збурень.
Описання об'єкта керування (1) може бути перетворене до опису різницевим рівнянням
, (2)
де –стійкі поліноми від оператори зсуву ;
–час запізнення в каналі керування;
–оновлююча послідовність.
Вводячи до розгляду функцію допоміжного виходу
(3)
де деякі стійкі поліноми ступеня ;
зовнішній сигнал завдання;
та коваріаційну матрицю, що характеризує точність оцінок
,
запропоновано закон керування об'єктом (2)
(4)
де –вектор параметрів;
–вектор сигналів;
, - множники Лагранжа, що настроюються;
–параметр шага пошуку ;
що максимізує критерій
за обмежень
,
,
де - обмеження за часом на помилку прогнозування та енергетику керуючого впливу.
Процедура (4) відрізняється від існуючих тим, що не потребує знання дисперсії збурень , однак приховано припускається, що параметри об'єкта повільно дрейфують у часі, проте про характер дрейфу жодної інформації немає. Для розширення класу нестаціонарних задач, запропоновано використати непараметричну форму дрейфу параметрів, яка задається співвідношенням:
де , , - деякі апріорно задані та матриці, що визначають структуру об’єкта і характер дрейфу, наприклад, поліноміальний, полігармонічний, експоненціальний тощо;
- вектор оптимальних параметрів;
- випадкова складова дрейфу така, що при .
Використовуючи для оцінювання рекурентну процедуру мінімізації квадратичного критерію
де - матричний коефіцієнт підсилення алгоритму;
запропоновано закон керування
який мінімізує критерій
за обмежень
,
,
де - помилка прогнозування.
Аналіз структур різних адаптивних систем показав, що найширші функціональні можливості мають квазіпрямі системи, які особливо ефективні в разі керування об’єктами із запізненням в каналі керування. В основі синтезу квазіпрямих систем лежить мінімізація критерію
,
де - поліном ступеню .
Поставимо у відповідність об’єкту (3) оптимальний багатокроковий упереджувач виходу
,
що забезпечує прогноз на кроків з помилкою
.
Вводячи до розгляду відфільтровані змінні
можна записати рівняння оптимального упереджувача у вигляді:
,
або
, (5)
де -- вектор параметрів, який потрібно визначити,
Далі перепишемо (5) у формі
та поставимо у відповідність оптимальному упереджувачу рівняння упереджувача, що настроює свої параметри
за допомогою адаптивного алгоритму ідентифікації, який не використовує значення , наприклад, рекурентного методу найменших квадратів.
Багатокроковій прогноз можна дістати за допомогою прогнозуючої моделі
.
Вводячи критерій керування
за обмежень
, ,
де - помилка слідкування упреджувача;
- коваріаційна матриця;
можна записати функцію Лагранжа
, (6)
оптимізація якої за допомогою процедури Ероу-Гурвіца-Удзави дає адаптивний регулятор з активним накопиченням інформації
Таким чином, у другому розділі запропоновані непрямі та квазіпрямі адаптивні регуляторі з активним накопиченням інформації для нестаціонарних динамічних стохастичних об’єктів з запізненням у каналі керування.
У третьому розділі розглядається задача активно-адаптивного керування динамічним стохастичним багатовимірним об'єктом у просторі станів за умов апріорної невизначеності щодо його параметрів та за наявності обмежень на фазові змінні. Синтез алгоритмів керування базується на методі динамічного програмування (термінальне керування) та на принципі розділення та методиці локальної оптимізації (локально-оптимальне керування).
Використовуючи методику локальної оптимізації, можна дістати локально-оптимальний закон керування у вигляді
Оскільки матриці параметрів об’єкта А та С здебільш невідомі, то необхідно уточнювати їх у реальному масштабі часу, для чого перепишемо рівняння об’єкта у вигляді
та поставимо йому у відповідність модель
параметри якої уточнюються за допомогою рекурентного методу найменших квадратів
Такий підхід веде до стохастично еквівалентного закону керування
(7)
Оскільки в режимі навчання ідентифікатора оцінки можуть значно відрізнятися від істинних значень параметрів, збитки, пов’язані з неоптимальністю регулятора (7), можуть бути досить великими.
Поліпшити якість керування можна, використовуючи обережні регулятори. Вводячи матрицю помилок оцінювання
і зважену коваріаційну матрицю
можна представити критерій керування у формі
,
мінімізація якої дає регулятор
. (8)
Регулятор (8) належить до класу обережних і характеризується низькою швидкістю збіжності процесу ідентифікації та можливістю виникнення ефекту гальмування. Також цей алгоритм пов’язаний з необхідністю знання коваріаційної матриці шумів, яка здебільш невідома. Все це змусило шукати альтернативні підходи до синтезу адаптивного керування.
Для цього введемо тотожність
та критерій активно-адаптивного керування
мінімізація якого по дає регулятор
(9)
Легко бачити, що при великих значеннях регулятор працює у режимі ідентифікації, при регулятор працює у режимі обережного керування, а відповідає традиційному стохастично еквівалентному керуванню.
Труднощі з аналітичним визначенням вагового параметра у (9) змушують переформулювати задачу таким чином. Нехай на кожному такті керуючий сигнал повинен оптимізувати критерій ідентифікації
при обмеженнях на стан та керуючий вплив, заданий у формі цільових нерівностей
У такій постановці виникає стандартна задача нелінійного програмування, для вирішення якої сформулюємо лагранжіан
. (10)
Оптимізація якого за допомогою процедури Ероу-Гурвіца-Удзави дозволяє записати закон керування у явному вигляді
(11)
Закон керування (11) відрізняється тим, що припустима амплітуда керування регулюється зміною множників Лагранжа, при цьому в режиму ідентифікації на об’єкт не подаються надмірно великі по амплітуді впливи. Разом з тим, в процесі настроювання множників Лагранжа по ходу керування можуть виникати неприпустимі перерегулювання фазових змінних або нестійкі режими, уникнути яких можна вводячи ітерації в прискореному часі так, що між двома сусідніми тактами та реального часу може проводитись машинних ітерацій прискореного часу.
Алгоритм керування при цьому працює у такий спосіб:
1. Задається достатньо мале та велике , що відповідає режиму ідентифікації при “затиснутих” керуваннях.
. По першому співвідношенню (11) обчислюється та
3. Якщо , то покладається , тобто вирахуване керування подається на об’єкт.
. Якщо , то робиться уточнення
5. Якщо , то робиться уточнення
6. Якщо , то робиться одночасне уточнення
7. По першому співвідношенню (11) обчислюється , та робиться перевірка з пункту 3.
У загальному випадку закон керування на –м такті реального часу можна записати у вигляді
при цьому при досягненні умов покладається та сигнал подається на об’єкт.
Четвертий розділ присвячено імітаційному моделюванню запропонованих методів керування та розв’язанню практичної задачі.
Проведено імітаційне моделювання законів активно-адаптивного керування стохастичними динамічними об'єктами, представленими у просторі “вхід-вихід” із запізненням в каналі керування за умов дії збурень. Показано поліпшення якості керування при використанні процедур активного накопичення інформації у контурі адаптації, що враховують обмеження на фазові змінні та функції від них.
Проведено імітаційне моделювання активно-адаптивних систем керування багатомірними стохастичними об’єктами, представленими в просторі станів за наявності різного типу обмежень на стан та керування. Проведено порівнювальний аналіз роботи алгоритмів, надані рекомендації щодо їх практичного використання.
Розв’язана практична задача керування каландром на лінії виробництва штучної шкіри з використанням запропонованого локально-оптимального активно-адаптивного закону керування для об’єктів, представлених у просторі станів на базі розробленого програмно логічного контролера інтегрованого в систему керуванням каландра (рис.1). Відзначено, що якість керування відповідає запропонованим вимогам, при цьому регулятор реалізований у вигляді програмно-апаратного забезпечення, інтегрованого в систему керування лінією. Наведено опис структури програмно-апаратного комплексу, представлені основні моменти синтезу.
У висновках сформульовано основні наукові і практичні результати роботи.
У додатках наведені матеріали впровадження результатів досліджень, доказ зв’язку між матрицями і , схеми електричні принципові програмно-логічного контролера.
висновки
У дисертаційній роботі розв’язано актуальну наукову задачу розробки методів керування динамічними стохастичними об’єктами, що функціонують за умов апріорної та поточної невизначеності, на основі непрямого та квазіпрямого підходів.
Проведені дослідження дозволяють зробити такі висновки:
1. В результаті аналізу поточного стану проблеми керування стохастичними об'єктами за умов невизначеності щодо структури та параметрів відзначені недоліки відомих систем, які знижують ефективність їх застосування. Показано, що одним з найбільш актуальних та перспективних напрямків теорії адаптивних систем є синтез непрямих та квазіпрямих активно-адаптивних систем керування стохастичними динамічними об’єктами за наявності обмежень на фазові змінні, які треба суттєво
Рис.1. Функціональна схема системи керування каландром
модифікувати з метою стійкої підтримки обмежень.
2. Модифіковано активно-адаптивний закон керування на основі іноваційного дуального критерію. Показано, що при певних значеннях вагового множника цей закон керування може працювати в режимі стохастично еквівалентного, обережного керування або в проміжних режимах.
3. Розроблено активно-адаптивний закон керування з непараметричною формою опису дрейфу параметрів. Показано, що використаний в цій системі алгоритм ідентифікації забезпечує настроювання параметрів для широкого класу дрейфів. Одержано оцінки точності, що забезпечуються цим законом керування.
4. Розроблено активно-адаптивний закон керування на основі багатокрокового налагоджувального упереджувача. Запропоновано процедуру настроювання параметрів, яка забезпечує підтримку обмежень на помилку слідкування упереджувача та керуючий вплив.
5. Розроблено активно-адаптивний закон керування у просторі станів за припущень, що на стан та керування накладені обмеження. З цією метою в систему керування введено додатковий контур адаптації, який забезпечує підтримку цих обмежень та автоматичне налагоджування вагових матриць критерія.
6. Проведено імітаційне моделювання розроблених законів активно-адаптивного керування стохастичними об’єктами, представленими як у просторі станів, так і у просторі “вхід-вихід”. Показано їхні переваги перед традиційним стохастично-еквівалентним методом як за точністю, так і за швидкодією.
7. Розв’язано практичну задачу керування каландром на лінії виробництва штучної шкіри. Результати досліджень впроваджено на заводі “ІСКОЖ-2000”, м. Запоріжжя, при розробці програмно-апаратного комплексу керування та діагностики лінії бракування і пакування штучної шкіри, а також у навчальному процесі в Харківському національному університеті радіоелектроніки в курсі “Комп’ютерні системи керування”.
8. Розроблені в дисертаційній роботі алгоритми та моделі можуть бути використані для керування широким класом динамічних стохастичних об’єктів за умов апріорної та поточної невизначеності щодо їхньої структури та параметрів.
список опублікованих праць за темою дисертації
1. Адонин О.В., Бодянский Е.В., Котляревский С.В. Управление динамическими стохастическими нестационарными объектами в условиях неопределенности с активным накоплением информации. I. Достоверно–эквивалентный подход // Радиоэлектроника и информатика. –1999. –№4(9). –С. 76–.
2. Адонин О.В., Бодянский Е.В., Котляревский С.В Адаптивный регулятор с активным накоплением информации // Радиоэлектроника и информатика. –. –№3(12). –С. 89–.
3. Адонин О.В., Бодянский Е.В., Котляревский С.В. Управление динамическими стохастическими нестационарными объектами в условиях неопределенности с активным накоплением информации. II. Объекты с быстрым дрейфом параметров // Радиоэлектроника и информатика. –2001. –№1(14). –С. 68–.
4. Адонин О.В., Бодянский Е.В., Котляревский С.В. Адаптивный регулятор с активным накоплением информации на основе настраиваемого упредителя // Радиоэлектроника и информатика. – 2001. –№2(15). –С. 70–.
5. Адонин О.В., Бодянский Е.В., Котляревский С.В., Плисс И.П. Активно-адаптивное управление стохастическими объектами в пространстве состояний // Радіоелектроніка. Iнформатика. Управління. –. –№2. –С. 118–.
6. Адонин О.В., Островская Ж.Н., Плисс И.П. Активно-адаптивный регулятор для динамического стохастического объекта при наличии ограничений на управление // 6-я Междунар. конф. "Теория и техника передачи, приема и обработки информации": Сб. научных трудов. –Харьков: ХТУРЭ, 2000. –С. 335–.
7. Адонин О.В., Колодяжный В.В., Плисс И.П. Активно-адаптивный регулятор пониженного порядка для многомерного стохастического объекта // 7-я Международная конференция по автоматическому управлению "Автоматика–2000": Научные труды. –Львов: ЛНУ, 2000. –С. 7–.
. Адонин О.В. Адаптивный идентифицирующий регулятор с накоплением текущей информации // Вестник Харьковского университета. Выпуск 506. –Ч. 2. –Харьков: ХНУ, 2001. –С. 103-105.
9. Адонин О.В. Адаптивный регулятор с активным накоплением информации на основе настраиваемого упредителя // 5-й Междунар. молодежный форум "Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке": Сб. научых трудов –Ч. 1. –Харьков: ХТУРЭ, 2001. –С. 52-53.
10. Адонин О.В. Адаптивный локально-оптимальный регулятор, минимизирующий энергетику управления // 7-я Междунар. конференция "Теория и техника передачи, приема и обработки информации": Сб. научных трудов. –Харьков: ХТУРЭ, 2001. –С. 446-447
11. Адонин О.В. Локально-оптимальный регулятор с дополнительным контуром адаптации параметра критерия // 8-я Междунар. конф. "Теория и техника передачи, приема и обработки информации": Сб. научных трудов. –Харьков: ХТУРЭ, 2002. –С. 472-473.
анотація
Адонін О.В. Активно-адаптивне керування динамічними об'єктами за наявності обмежень на фазові змінні. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.03 –системи та процеси керування. –Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.
В дисертаційній роботі вирішено задачу керування стохастичними об’єктами за умов невизначеності щодо параметрів та збурень та за наявності обмежень на фазові змінні на основі принципу активної адаптації. Модифіковано активно-адаптивний закон керування на основі іноваційного дуального критерію. Розроблено закон активно-адаптивного керування суттєво нестаціонарним динамічним стохастичним об'єктом з непараметричною формою опису дрейфу параметрів в просторі "вхід-вихід", який відзначається тим, що здатен ідентифікувати параметри об'єкта для широкого класу дрейфів. Розроблено активно-адаптивний закон керування на основі багатокрокового упереджувача в просторі "вхід-вихід", що забезпечує підтримання обмежень на похибку спостереження упереджувача та керуючого впливу. Запропоновано локально-оптимальний активно-адаптивний закон керування в просторі станів, що реалізує компроміс між процесами керування та ідентифікації за допомогою додаткового контуру адаптації параметрів критерія, а також підтримання обмежень на стани і керування
Ключові слова: адаптивне керування, динамічний стохастичний об'єкт, обмеження, збурення, рекурентна ідентифікація, регулятор.
аннотация
Адонин О.В. Активно-адаптивное управление динамическими объектами при наличии ограничений на фазовые переменные. –Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.03 –системы и процессы управления. –Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2004.
Рассмотрена задача управления широким классом стохастических объектов в условиях неопределенности относительно структуры и параметров объекта. В результате анализа современного состояния проблемы отмечен ряд недостатков известных методов, снижающих эффективность их применения. Сделан вывод о целесообразности разработки методов адаптивного управления на основе принципа активной адаптация.
Модифицирован активно-адаптивный закон управления в пространстве “вход-выход”на основе критерия инновационного дуального управления позволяющий обеспечить поддержание существующих ограничений на ошибку управления и динамику управляющего воздействия. Показано, что при определенных значениях весового множителя полученный закон управления может работать в режиме стохастически эквивалентного, осторожного управления либо в промежуточных режимах. Особенностью алгоритма является отсутствие необходимости априорного знания о характеристиках шума.
Для улучшения качества управления существенно нестационарными объектами в пространстве “вход-выход”синтезирован активно-адаптивный закон с непараметрической формой описания дрейфов параметров. Полученный закон управления обеспечивает управление для широкого класса дрейфов (полиномиальные, полигармонические, и т.п.) превосходя по качеству традиционные стохастически эквивалентные процедуры. Получены оценки точности обеспечиваемые предложенным алгоритмом управления.
Разработан активно-адаптивный закон управления на основе многошагового настраиваемого упредителя в пространстве “вход-выход”, обеспечивающий поддержание ограничений на ошибку слежения упредителя и управляющего воздействия. Введенный закон управления характеризуется тем, что обеспечивает качество управления выше, чем традиционные стохастически эквивалентные процедуры особенно в случае запаздывания в канале управления.
Разработан локально-оптимальный активно-адаптивный закон управления в пространстве состояний, реализующий компромисс между процессами управления и идентификации с помощью дополнительного контура адаптации параметра критерия. Предусмотрен режим работы, как в реальном, так и в ускоренном времени. Получены оценки точности, обеспечиваемые предложенным алгоритмом.
Проведено имитационное моделирование разработанных законов активно-адаптивного управления, которое подтвердило полную работоспособность синтезированных алгоритмов и правильность теоретических предположений.
В качестве практического приложения решена задача управления каландром на линии производства искусственной кожи. Синтез системы управления был сведен к разработке математического и программного обеспечения и аппаратных средств, позволивших бы удовлетворить требования постановки задачи. Для синтеза программного обеспечения был использован локально-оптимальный активно-адаптивный закон управления, предложенный в данной диссертационной работе. Для синтеза аппаратных средств была предложена автоматизированная система управления зазором каландра на базе разработанного программно-логического контроллера. В целом результаты работы свидетельствуют о том, что стабилизация параметров и отработка внешних возмущающих воздействий происходят без нарушения заданных ограничений на режимные параметры. Программно-аппаратноый комплекс внедрен на заводе ЗАО "ИСКОЖ-2000", г. Запорожье
Разработанные в диссертационной работе алгоритмы и модели могут найти применение для управления широким классом динамических стохастических объектов в условиях априорной и текущей неопределенности относительно их структуры и параметров.
Ключевые слова: адаптивное управление, динамический стохастический объект, возмущения, ограничения, рекуррентная идентификация, регулятор.
abstract
Adonin O.V. Active-adaptive control for dynamic plants in presence of constraints on phase variables. –Manuscript.
Dissertation for a candidate of technical science (Ph.D.) degree in specialty 05.13.03 –control systems and processes. –Kharkiv National University of Radioelectronics, Kharkiv, 2004.
Control problem for the stochastic plant with unknown parameters and disturbances subject to constraints on variables and errors is solved in the dissertation.
Adaptive control problem of stochastic non-stationary dynamic plant in the presence of the parameter drift and disturbance uncertainties is considered. The adaptive law with active data acquisition is proposed. It provides better quality of control than adaptive generalized minimum variance controller based on the stochastic equivalence principle.
Active-adaptive control problem for dynamic plant with delay in the control channel in the presence of uncertainties is considered. The proposed control law can be considered as a generalization of quazidirect control technique.
The locally optimal active-adaptive control law that provides the compromise between the control and identification processes with the criterion parameter adaptation in additional loop is proposed. The given control law is considered as a generalization of locally optimal and pseudo-dual control algorithms. The adaptive system can operate both in real time and in accelerated time mode.
Keywords: adaptive control, dynamic stochastic plant, disturbances, constraints, recurrent identification, controller.
Підп. до друку 11.01.05. Формат 6084/.
Умов. друк. арк. 1,2. Облік. вид. арк. 1,0. Тираж 100 прим. Зам. №
Ціна договірна.
Україна, 61166 Харків, просп. Леніна, 14.
Надруковано в навчально-науковому видавничо-поліграфічному центрі ХНУРЕ.
Україна, 61166 Харків, просп. Леніна, 14.
4